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DAL FUOCO AL LED
L’uomo ha fin da subito avuto bisogno di luce. Luce che compensasse i vantaggi che le altre creature avevano su di lui. In un mondo popolato di animali, prede o cacciatori che fossero, l’uomo ebbe presto bisogno di un ausilio che gli permettesse di competere alla pari dopo il tramonto del sole. Il fuoco fu la scintilla che portò l’intelletto umano a studiare soluzioni sempre più articolate per imprigionare la luce e poi crearla alla bisogna. Candele, lanterne e tempo dopo, con l’elettricità, lampadine sempre più elaborate. Una lenta evoluzione che ci ha accompagnato fino alle attuali lampade a risparmio energetico.
Si cominciò con uno stoppino immerso per una parte in un recipiente colmo di gas liquidi. Assorbiva il liquido in modo capillare e incendiato produceva luce grazie alla combustione dello stesso. L’evoluzione portò presto alle lampade a gas.
Il 4 Settembre 1882, a Manhattan, alla presenza dei giornalisti del famoso quotidiano “New York Times”, venne accesa la prima lampadina comunemente detta “a incandescenza”. Thomas Edison proiettava il mondo intero in una nuova era. Una luce, come la descrissero i presenti, tenue, calda, spettacolare, con l’indubbio vantaggio rispetto alle precedenti di emettere molto meno calore.
Si parlava già di risparmio energetico, sotto un certo punto di vista. Le lampade a gas precedenti sprecavano un’enorme quantità di energia sotto forma di calore. Edison riuscì a imporsi limitando la dispersione energetica a un quindicesimo. La sfida, dopo quella svolta tecnologica, si spostò sul campo dell’efficienza. Le prime lampadine a incandescenza generavano 1,4 lumen/watt per energia consumata. Le moderne lampadine, dette anche CFL, oltre a durare quattro volte tanto, sono in grado di limitare al minimo il differenziale energetico, generando tra i 15 e i 20 lumen/watt.
Il progresso tecnologico porta come naturale conseguenza a una tecnologia ancora superiore. Il led come concezione ribalta totalmente quella delle lampadine a incandescenza, genera luce partendo da presupposti differenti, ma arriva a superare la soglia dei 100 lumen/watt. Anche senza una formazione tecnica sull’argomento, ci si rende conto che siamo davanti a una svolta. In un mondo in profonda crisi energetica e ambientale, una tecnologia che ci consente un risparmio del genere sotto molteplici aspetti non può che essere abbracciata e supportata. Il 12,5% dei consumi mondiali di energia sono dovuti all’illuminazione. Cifre che al giorno d’oggi, devono far riflettere.
LED
Diodo ad emissione luminosa ( in inglese Light Emitting Diode). Un dispositivo optoelettronico sfrutta le proprietà ottiche di alcuni semiconduttori per produrre fotoni (quindi luce) attraverso un fenomeno di emissione spontanea.
FUNZIONAMENTO
Il LED è uno speciale diodo a giunzione p-n costruito in modo da lasciare uscire con la minore attenuazione possibile la luce emessa. Per effetto della tensione di polarizzazione diretta, gli elettroni e le lacune vengono guidati nella regione attiva compresa fra N e P, generando energia sotto forma di fotoni.
TEMPERATURA COLORE E COLORAZIONI
La luce bianca risulta dall’insieme di tutte le possibili colorazioni, nel senso che il suo spettro contiene tutte le radiazioni visibili. In dipendenza dall’intensità delle singole radiazioni luminose che la compongono la luce bianca può quindi presentare diverse tonalità. La temperatura di colore è la grandezza che definisce tali tonalità.
Per quanto riguarda le colorazioni, i semiconduttori dei LED possono essere addizionati con GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio).
A seconda del drogante utilizzato, i LED producono differenti colorazioni.
EFFICIENZA ED AFFIDABILITÀ
I LED sono interessanti per le loro caratteristiche di elevata efficienza luminosa e di affidabilità. Si tratta di una tecnologia giovane, che evolve rapidamente al passo con le più recenti scoperte. Si parla oggi di LED ad alta efficienza e l’evoluzione dei materiali è stata quindi la chiave per ottenere delle sorgenti luminose che ormai hanno tutte le caratteristiche per sostituire quelle ad oggi utilizzate. Nei telefoni cellulari sono presenti nel formato più piccolo in commercio per l’illuminazione delle tastiere, su alcuni modelli di autovetture e ciclomotori di nuova produzione, sostituiscono le lampade a filamento usate per le luci di “posizione” e “stop”, sul mercato sono già presenti dispositivi sostitutivi diretti dei faretti alogeni, con lo stesso standard dimensionale, per l’illuminazione stradale sono disponibili lampioni analoghi ai tradizionali.
La quantità di luce necessaria alle varie applicazioni viene ottenuta con matrici di led in numero vario. Per esempio uno dei dispositivi luminosi più potenti (100 watt) è realizzato disponendo 100 Led da 1 watt in una matrice quadrata 10 X 10.
L’incremento di efficienza è in continuo aumento, è del marzo 2014 l’annuncio del produttore Cree, il raggiungimento in luce bianca di 303 lumen per watt con temperatura colore di 5150 gradi Kelvin a 350 milliampere.
ALIMENTAZIONE
Per alimentare un LED nel modo corretto è buona norma fare riferimento al datasheet del produttore, tenendo conto che il diodo richiede un’alimentazione in corrente costante. E’ possibile utilizzare un generatore di corrente ad hoc o porre in serie un resistore col compito di limitare la corrente che scorre nel LED. Con la seconda soluzione andiamo però incontro a una lieve perdita di efficienza del sistema, considerando che la corrente in eccesso viene dissipata in calore nel resistore.
FORZA COMMERCIALE
La forza commerciale di questi dispositivi nasce dall’elevata efficienza luminosa, dal notevole risparmio in termini di costi energetici e dalla drastica riduzione dei costi di mantenimento, tenendo conto che non vanno incontro a molte delle problematiche che al contrario riducono spesso la vita media dei comuni dispositivi a luce tradizionale. Non richiedono circuiti di alimentazione complessi e nella maggior parte dei casi possono andare in sostituzione diretta degli impianti esistenti, senza impegni eccessivi in termini economici al momento dell’installazione.
GLOSSARIO LED
Lumen: Il lumen (simbolo: lm) è l’unità di misura del flusso luminoso.
Lux: Il lux (simbolo lx) è l’unità di misura per l’illuminamento, adottata dal Sistema Internazionale. Un lux è pari a un lumen per metro quadrato.
Alcuni dati di illuminamento per dare un’idea di quanto vale un lux:
– in uno studio televisivo durante le riprese si hanno circa 1 000 lx (1 klx);
– in ambiente lavorativo (ufficio) si richiedono circa 400 lx;
– la luce della Luna misurata in un luogo completamente privo di fonti luminose è pari a circa 1 lx.
