La massima efficienza luminosa di un LED bianco
Negli ultimi anni l’efficienza delle lampade è aumentata notevolmente grazie all’utilizzo dei LED bianchi nell’illuminazione architetturale. I rivenditori affermano che è in arrivo un enorme balzo in avanti nell’efficacia luminosa, ma tali affermazioni mancano di credibilità.
Cosa determina l’efficacia luminosa e quanto possono essere realmente efficienti i LED bianchi? Negli ultimi anni, i produttori hanno gareggiato sull'efficacia luminosa dei loro prodotti LED. Tuttavia, non è stato raggiunto alcun consenso su una definizione uniforme di efficienza luminosa o di condizioni operative standard-che spesso portano a interpretazioni che confondono progettisti e designer dell'illuminazione.
DIAL ha utilizzato metodi matematici per determinare l'efficacia luminosa massima teorica di vari spettri luminosi.
Efficacia luminosa teorica massima dei LED bianchi
La retina umana è dotata di circa 7 milioni di recettori-per la percezione dei colori chiamati coni, suddivisi in rosso, verde e blu. I coni verdi costituiscono circa il 60% del totale, quindi gli esseri umani percepiscono il verde molto più luminoso del rosso o del blu-anche quando hanno tutti lo stesso potere radiante fisico.
Per gli occhi adattati alle condizioni luminose, la massima sensibilità spettrale relativa si verifica a 555 nm. La luce verde a questa lunghezza d'onda crea la percezione di luminosità più forte, con un'efficacia luminosa massima teorica di 683 lm/W-nota nel settore come equivalente della radiazione fotometrica, Km. In pratica, però, questo valore è irraggiungibile, poiché richiederebbe la conversione di 1 W di potenza radiante fisica in luce visibile senza perdite.
Anche se la luce verde monocromatica fosse la più efficiente, non sarebbe adatta alla maggior parte delle esigenze di illuminazione. I progettisti preferiscono la luce bianca, disponibile in diverse temperature di colore e con una resa cromatica ottimale. Ma aggiungendo più lunghezze d’onda all’interno dell’intervallo visibile (380–780 nm) alla distribuzione spettrale si ridurrà l’efficacia luminosa massima teorica.
Anche se la luce verde monocromatica fosse la più efficiente, non sarebbe adatta alla maggior parte delle esigenze di illuminazione. I progettisti preferiscono la luce bianca, disponibile in diverse temperature di colore e con una resa cromatica ottimale. Ma aggiungendo più lunghezze d’onda all’interno dell’intervallo visibile (380–780 nm) alla distribuzione spettrale si ridurrà l’efficacia luminosa massima teorica.
La dipendenza dell'efficacia luminosa dallo spettro
La tabella seguente mostra l'efficacia luminosa massima teorica di diversi spettri determinata matematicamente da DIAL:
Al di làLEDcon temperature di colore variabili, ci sono anche esempi di illuminazione a radiazione di temperatura e a scarica di gas. L'efficienza del sistema e il flusso luminoso delle lampade o dei moduli presenti in questa tabella sono stati testati e misurati nel laboratorio fotometrico accreditato DIAL-e queste misurazioni costituiscono la base per il calcolo dell'efficacia luminosa del sistema. Utilizzando la curva di sensibilità luminosa relativa per la visione fotopica (indicata come V(λ)), è stata calcolata l'efficacia luminosa massima teorica per ciascuno spettro luminoso.
Dalla tabella è evidente che lo spettro tipico di aLED bianco caldoraggiunge un'efficienza luminosa teorica del modulo di circa 320 lm/W. Tuttavia, questo calcolo presuppone una conversione senza perdite della potenza radiante fisica nelle lunghezze d'onda dello spettro; in realtà l'efficacia luminosa ottenibile dal modulo è ben inferiore. Guardando al futuro, potrebbe essere possibile raggiungere un'efficienza luminosa del sistema compresa tra 200 e 250 lm/W.
Inoltre, la panoramica include l'efficienza di conversione energetica delle lampade testate-un parametro che descrive quale percentuale della potenza in ingresso viene convertita in luce visibile. A questo proposito, i LED efficienti superano nettamente le lampade convenzionali. Ad esempio, le lampade a incandescenza hanno un'efficienza di conversione energetica solo dal 10% al 20%, mentrei LED altamente efficienti di oggi raggiungono valoritra il 40% e il 50%. Anche così, ciò significa comunque che dal 50% al 60% della potenza viene dispersa sotto forma di calore
Queste cifre, tuttavia, non dovrebbero oscurare il fatto che molti LED attualmente sul mercato hanno un'efficacia luminosa del sistema significativamente inferiore-e che la loro efficienza di conversione energetica è di conseguenza scarsa.
Addio all'idea di enormi progressi nell'efficacia luminosa
Negli anni a venire, è improbabile che l’aumento dell’efficienza luminosa ottenibile possa eguagliare i rapidi guadagni osservati nei primi anni dopo l’entrata in produzione di massa dei LED bianchi. La curva che traccia l’efficienza luminosa massima dei prodotti LED di nuova concezione si sta gradualmente appiattindo.
Detto questo, nella mediaefficienza luminosa degli apparecchi a LEDcontinuerà senza dubbio a migliorare. Questo perché sul mercato ci sono ancora molti apparecchi con un'efficienza luminosa di 50–70 lm/W-cifre che lasciano ampio margine di ottimizzazione. Le misurazioni DIAL condotte negli ultimi anni nel suo laboratorio accreditato dimostrano chiaramente questa tendenza.
Insieme, lo miglioriamo.
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