L’avanzata dei Led

ILLUMINAZIONE –

Il continuo aumento della competitività, in termini di lumen/watt e lumen/euro, consentirà ai Led di diffondersi gradualmente in tutti i settori del “general lighting”. Vantaggi significativi per gli esercizi commerciali e per l’illuminazione di strade e parcheggi.

È ormai chiaro che nel giro di alcuni anni le lampade a Led si diffonderanno massicciamente in tutti i settori dell’illuminazione. Il Led, infatti, offre non soltanto un livello di efficienza energetica e una durata impareggiabili, ma possiede anche le potenzialità necessarie per divenire in futuro la sorgente luminosa ideale sotto tutti gli aspetti. Ad esempio, anche sotto l’aspetto della qualità della luce: le tecnologie più recenti consentono infatti di fabbricare Led dotati di un Color Rendering Index pari a quella delle vecchie lampade a incandescenza. Con le sorgenti luminose tradizionali, invece, spesso il contenimento dei consumi può essere ottenuto solo accettando compromessi sul fronte del Color Rendering Index: si pensi, ad esempio, alle luci giallo-arancio di certi lampioni stradali. Nonostante questi vantaggi, tuttavia, l’avanzata dei Led avrà probabilmente le caratteristiche di una lunga transizione, non quelle di una breve rivoluzione, perché rifletterà il graduale aumento della competitività dei nuovi dispositivi – in termini di efficienza luminosa (lumen/watt) e di economicità (lumen/euro). Nel corso di questo sviluppo, l’illuminazione a stato solido si diffonderà in settori applicativi caratterizzati da soglie di ingresso via via più alte: ad esempio, già oggi i Led sono competitivi nell’illuminazione stradale, mentre sono ancora troppo costosi per poter rimpiazzare le normali lampadine domestiche. L’ulteriore miglioramento dei due parametri chiave (lumen/watt e lumen/euro) può essere dato per scontato, perché i Led condividono le stesse modalità evolutive degli altri semiconduttori: sperimentazione di nuovi materiali e nuovi processi, aumento delle dimensioni dei wafer ecc. Appare quindi certo che, nei prossimi anni, i Led entreranno anche nelle normali abitazioni. Per inciso, secondo gli analisti ciò avverrà quando il prezzo medio delle lampadine Led scenderà al di sotto dei dieci dollari (fonte: IMS Research) oppure quando il parametro lumen/euro dei “packaged Led” avrà raggiunto un valore pari a dieci volte la media attuale (fonte: Yole Développement ed European Photonics Industry Consortium).

Progressi tecnologici
Vediamo, allora, alcune delle recenti innovazioni che testimoniano la continua evoluzione tecnologica dei Led. Ovviamente i progressi nascono da una rincorsa continua tra tutti i produttori; qui ci limiteremo a citare solo alcuni esempi. Per quanto riguarda i processi di fabbricazione, Cree ha recentemente annunciato la disponibilità di wafer epitassiali 4HN in carburo di silicio da 150 millimetri; la notizia indica la tendenza verso l’uso di wafer di maggiori dimensioni, condizione necessaria per ridurre il costo dei Led. Prosegue, intanto, la corsa verso valori di efficienza sempre più alti: ad esempio, la già citata Cree ha presentato il prototipo di una lampadina a Led con un’efficienza di 170 lumen per watt. Seoul Semiconductor, dal canto suo, ha realizzato un Led capace di generare 500 lumen, cinque volte di più della media attuale; un singolo dispositivo di questo tipo potrà essere sufficiente per sostituire una lampadina a incandescenza da 60 watt. Tra le tecnologie che potranno contribuire a migliorare le caratteristiche delle lampade a Led è compresa quella dei “fosfori lontani” (remote phosphors), con riferimento alle sostanze utilizzate per trasformare in luce bianca la radiazione blu emessa dai chip. Normalmente questi fosfori sono depositati direttamente sopra il Led; collocandoli invece sull’involucro trasparente della lampada diviene possibile migliorare l’uniformità spaziale della luce emessa.

Luce Led per gli esercizi commerciali…
Uno dei settori in cui l’illuminazione a Led ha già iniziato a diffondersi è costituito dai supermercati e dalle altre tipologie di esercizi commerciali. In queste applicazioni i Led sono apprezzati non solo per i minori costi energetici e le minori necessità di manutenzione, ma anche perché consentono di gestire con precisione tutti i parametri della luce: intensità, tonalità di colore, distribuzione nello spazio. Ciò permette agli specialisti di progettare l’illuminazione più adatta per valorizzare le diverse categorie di prodotti, favorendo le vendite. Ad esempio, si ritiene che le carni fresche siano valorizzate da una luce con una lieve dominante rossa, mentre per i formaggi si potrà usare una tonalità tendente al giallo. La possibilità di illuminare le corsie in modo perfettamente uniforme dà inoltre una sensazione di ordine e pulizia, mentre le luci d’accento consentono di attirare l’attenzione su singoli prodotti. Tra le categorie di esercizi commerciali in cui inizia a diffondersi l’illuminazione a Led sono comprese le stazioni di servizio: qui le nuove lampade possono essere utilizzate per ottimizzare l’uso della luce sia nell’area esterna coperta dalla pensilina, sia nel negozietto adiacente. Installazioni di questo tipo sono già state realizzate, ad esempio, da Philips e da Cree.

… e per l’illuminazione esterna
Un’altra applicazione che è già oggi alla portata dei Led è l’illuminazione degli spazi esterni, pubblici e privati: strade, giardini, parcheggi, ecc. In tutte queste installazioni i Led possono far valere un mix di qualità che li rende estremamente competitivi rispetto alle sorgenti luminose tradizionali.

1) Forti risparmi energetici, non solo grazie alla maggiore efficienza di conversione da energia elettrica a luce, ma anche per la possibilità di utilizzare sistemi di gestione intelligente dell’illuminazione. Nei grandi parcheggi, ad esempio, diviene possibile diminuire e rialzare tempestivamente il livello di illuminazione a seconda dell’assenza o presenza di utenti.

2) L’ottima qualità della luce in termini di Color Rendering Index: anche nelle strade e nei giardini diviene possibile distinguere perfettamente tutti i colori, con evidenti vantaggi sul piano del comfort visivo e anche della sicurezza. La possibilità di tarare con precisione la temperatura di colore consente inoltre di utilizzare i Led anche per salvaguardare l’aspetto notturno dei centri storici: nel centro di Lipsia, ad esempio, sorgenti Led appositamente studiate sono state utilizzate per fornire una luce identica a quella dei vecchi lampioni a gas, in un’applicazione realizzata con la partecipazione di Future Lighting Solutions. Anche l’uniformità dell’illuminazione nei diversi punti dello spazio può essere notevolmente migliorata grazie ai Led.

3) La riduzione dei costi di manutenzione. I Led hanno una vita utile molto lunga e quindi riducono la necessità di intervenire con piattaforme aeree per sostituire le lampade guaste. Questa possibilità è particolarmente apprezzata nel caso dei tunnel stradali, che presentano problemi di manutenzione particolari: la necessità di accensione ininterrotta (ventiquattro ore su ventiquattro) riduce la durata delle sorgenti luminose tradizionali, mentre l’uso di piattaforme aeree in galleria comporta problemi per la circolazione stradale. Un’installazione di questo tipo è stata realizzata, ad esempio, da Cree nel tunnel Crocina, ad Arezzo.

La filiera illuminotecnica
Parallelamente ai progressi tecnologici prosegue anche l’evoluzione della filiera illuminotecnica, l’insieme degli anelli produttivi che portano dal singolo Led all’apparecchio illuminante completo (faretto, plafoniera, lampione ecc.). La prima fase dello sviluppo dell’illuminazione a Led è stata caratterizzata dalla creazione di una “filiera corta”, diversa da quella delle soluzioni basate sulle sorgenti luminose tradizionali: in altri termini, spesso il produttore dei Led e dell’apparecchio illuminante coincidono. È il caso, ad esempio, di Philips, ma anche della già citata Cree, un produttore di Led che ha recentemente acquisito un costruttore di apparecchi illuminanti, Ruud Lighting. La creazione di una “filiera corta” è dovuta principalmente alla mancanza di standard: non esistono ancora “lampadine Led” standardizzate, a differenza di quanto avviene da sempre per le lampade a incandescenza, per i tubi fluorescenti ecc. La mancanza di standardizzazione rende difficile lo sviluppo di apparecchi illuminanti “universali”; non solo per motivi meccanici, ma anche perché  lo sfruttamento ottimale dei Led richiede progetti molto accurati sotto vari aspetti tra cui quelli della dissipazione del calore e dell’ottica. Pare però di poter affermare che nei prossimi anni la filiera illuminotecnica dei Led verrà “normalizzata” e sarà più simile a quella delle sorgenti luminose tradizionali. I primi standard per le sorgenti luminose a Led sono infatti già stati messi a punto, ad opera del consorzio industriale Zhaga. Anche alcune innovazioni tecnologiche potrebbero contribuire a normalizzare la filiera: tra esse, probabilmente, l’impiego della cosiddetta “stampa 3D” nella fabbricazione delle ottiche secondarie per gli apparecchi illuminanti a Led. Una soluzione di questo tipo è stata messa a punto recentemente dalla società olandese LUXeXceL. La possibilità di fabbricare nuove ottiche con tempi e costi ridotti darebbe infatti ai costruttori di apparecchi illuminanti maggiore libertà nella scelta dei Led. La tecnologia di LUXeXceL è stata recentemente premiata dalla società di ricerche di mercato Frost & Sullivan.

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