Problemi tecnici di illuminazione a LED

L'illuminazione a stato solido con diodi emettitori di luce, o LED, fornisce da cinque a 10 volte l'illuminazione per watt rispetto alle lampadine a incandescenza, o anche di più. I LED hanno una durata utile di decine di migliaia di ore, anziché delle migliaia circa offerte dalle lampadine a incandescenza. E i LED offrono un controllo preciso dell'emissione luminosa, al contrario delle lampadine a incandescenza, che spruzzano la loro luce in tutte le direzioni.

Tutte queste caratteristiche si traducono in significativi vantaggi prestazionali per i LED, ma ciò non significa che siano privi di problemi. Possono avere problemi con il colore, l'output può degradarsi nel tempo e i LED devono essere raffreddati. Il guasto in uno qualsiasi dei diversi componenti del dispositivo LED può causare il guasto dell'intero LED. L'industria, il governo e il mondo accademico hanno affrontato questi problemi, portando a una crescita esplosiva della disponibilità di LED per l'illuminazione generale.

Il carattere e il colore della luce che esce dalla tua lampadina a incandescenza dipendono dalla temperatura del minuscolo filamento all'interno. Anche se un filamento è costruito in modo diverso da un altro, verrà comunque riscaldato all'incirca alla stessa temperatura e emetterà all'incirca lo stesso colore della luce. Non così con i LED.

I LED sono costruiti come i chip dei computer, con strati di materiali semiconduttori depositati con precisione. Piccoli cambiamenti nello spessore degli strati possono cambiare il colore della luce del LED. Inoltre, la maggior parte dei LED a luce bianca ha un altro strato chiamato fosforo. Piccoli cambiamenti nel fosforo porteranno anche a cambiamenti di colore che possono far sembrare un LED bianco bluastro mentre un altro sembra rossastro e un altro giallastro.

Ogni fonte di luce si degrada con il tempo. Anche le tue lampadine a incandescenza cambieranno colore e si affievoliranno man mano che invecchiano, ma si rompono completamente prima che questi effetti diventino troppo evidenti. Anche i LED si attenuano e cambiano colore man mano che invecchiano. Nel corso della loro vita, l'esposizione al calore e alla luce causa cambiamenti fisici e chimici ai LED e ai fosfori che modificano l'illuminazione. Poiché i LED durano da 25 a 50 volte più a lungo delle lampade a incandescenza, questi effetti diventano evidenti.

I LED sono molto più efficienti delle lampadine a incandescenza. Le lampadine a incandescenza trasformano dal 5 al 10% della loro elettricità in luce, mentre i LED convertono circa la metà della loro elettricità in luce. Il resto di quell'energia - la parte sprecata - va in calore. Le lampadine a incandescenza si liberano di quel calore emettendolo come radiazione infrarossa invisibile, motivo per cui la tua mano si sente calda davanti a una lampadina a incandescenza. I LED non emettono molta radiazione infrarossa.

I LED generano ancora calore, quindi deve essere portato via con qualche altro metodo. I LED devono essere collegati ai dissipatori di calore per allontanare l'energia termica dal LED, quindi i dissipatori di calore devono essere progettati per eliminare in qualche modo quel calore. Se i LED non vengono raffreddati, si degradano molto rapidamente, quindi si guastano completamente.

Quando acquisti una luce a incandescenza, puoi collegarla a una lampada da scrivania, un'applique o un apparecchio da incasso a soffitto: funzionerà ovunque. È una storia diversa per i LED. Una sorgente luminosa a LED è costituita da molto più del LED stesso. Contiene anche il dissipatore di calore e l'elettronica del driver, un gruppo di circuiti che converte i 120 V dalla presa in una tensione CC che il LED può utilizzare. Affinché un LED funzioni correttamente, il LED stesso, il fosforo, il dissipatore di calore e l'elettronica devono essere tutti privi di guasti. Se hai mai visto un semaforo a LED con una macchia di oscurità nel mezzo, non hai visto un LED guasto; hai visto un pacchetto di elettronica LED guasto. Poiché i LED stessi possono durare molte decine di migliaia di ore, anche gli altri elementi del pacchetto devono essere progettati con quel tipo di durata: una sfida tecnica.

All'inizio degli anni 2000, tutti questi problemi - e pochi altri - erano problemi tecnici per l'illuminazione a LED. Il lavoro coordinato aziendale, universitario e governativo ha migliorato notevolmente la situazione. Ora ci sono serie di standard di progettazione e test. Sebbene i consumatori probabilmente non vogliano essere sepolti nei dettagli delle procedure di test, possono fare un semplice passo verificando che i prodotti LED che acquistano abbiano un'etichetta "Lighting Facts". Solo i produttori che seguono le procedure di prova possono utilizzare l'etichetta.