Cos'è il LED e come funziona
Il primo dispositivo LED fu ideato e sviluppato nel 1962 da Nick Holonyak. Le ricerche portate avanti su questa nuova tecnologia hanno premiato, con il Nobel per la fisica 2014, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano della Nagoya University. Il LED è sostanzialmente un diodo che emette radiazione luminosa spontaneamente sotto forma di fotoni (particelle della luce cariche di energia), sfruttando le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori. Questo effetto è chiamato "elettroluminescenza". Questi dispositivi sono molto sensibili alle variazioni e ai picchi di potenza: hanno necessariamente bisogno di un driver, un dispositivo in grado di trasformare la corrente elettrica alternata della rete domestica in corrente continua, riducendone la tensione, in modo da poter fornire al LED un flusso di energia costante nel tempo. Il driver influenza consistentemente il rendimento e la durata delle lampadine.
L'efficienza e il consumo dei LED
I dispositivi LED hanno una grande potenzialità: la possibilità di fornire gran quantità di luce (quadruplo rispetto a lampadine a filamento di tungsteno) con un consumo molto ridotto e con una durata molto superiore a quella delle classiche lampadine (hanno una garanzia di vita di circa 30.000 ore). Il vantaggio dei LED è quello di produrre luce fredda: in questo modo non si hanno dispersioni di calore e, di conseguenza, dispersioni di energia. Ciò permette di avere un rendimento prossimo al 100%. Essi inoltre non richiedono circuiti di alimentazione complessi, possiedono alta velocità di commutazione e la loro tecnologia di costruzione è compatibile con quella dei circuiti integrati al silicio. I primi LED ad alta efficienza sono stati progettati da Alberto Barbieri presso i laboratori di ricerca dell'Università di Cardiff nel 1995. Grazie a ciò si è aperta la frontiera dell'illuminazione stradale a LED.
L'illuminazione stradale a LED può essere vantaggiosa
Nell'ambito della "spending review", si sostiene che l’illuminazione stradale a LED può comportare, un risparmio compreso fra il 50% ed il 70%. Questo risulta corretto solo in determinate condizioni. Innanzitutto si rischia di risparmiare sui consumi, a scapito di una buona illuminazione. Questo tipo di illuminazione diventa una fonte di risparmio nel momento in cui si progetta una nuova linea elettrica: i lampioni già esistenti sono stati progettati in base alle lampadine precedenti ai LED e la loro posizione è stata valutata in base al flusso luminoso generato da quelle stesse lampadine. L'applicazione dei LED ad impianti già esistenti perciò può comportare anche malfunzionamenti nella linea elettrica e ciò di conseguenza porterebbe a strade male illuminate o alla presenza di una quantità di luce addirittura eccessiva e abbagliante. In conclusione l'illuminazione stradale a LED funziona correttamente, e quindi genera risparmi reali, se la linea elettrica viene progettata nuovamente, tenendo di conto di tutti i fabbisogni.
Il futuro dei LED
Le previsioni per il futuro dell'illuminazione a LED lasciano ben sperare. Sostituendo il silicio con il nitruro di gallio, alcuni ricercatori tedeschi hanno progettato lampadine a LED ancora più efficienti e quindi luminose. È stata così messa a punto la prima lampadina a LED con un'efficienza pari 200 lm/W (il doppio di quelle precedentemente esistenti), lanciata sul mercato nel novembre del 2014. Un'altra ricerca molto importante è quella condotta sui nanotubi: questi dispositivi consistono in minuscoli cilindri di carbonio che potrebbero produrre energia luminosa con un consumo di 0,1 Wh (cento volte inferiore a quello dei LED). Nuovi passi avanti mostrano che una nuove generazione di sorgenti luminose potrebbe nascere proprio da questi nanotubi, a bassissimo consumo e basso costo, che potrebbero addirittura ottenere il predominio del mercato, a discapito dei LED "tradizionali".
Domande frequenti
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È vero che sostituire i vecchi lampioni con LED garantisce automaticamente un risparmio energetico del 50-70%?Non necessariamente. Sebbene i LED siano estremamente efficienti, il risparmio reale dipende dalla progettazione dell'impianto. Applicare semplicemente LED a infrastrutture vecchie, calcolate per lampade a incandescenza o sodio, può causare problemi di illuminazione, come zone buie o abbagliamenti eccessivi. Per ottenere il risparmio effettivo e una corretta illuminazione, è spesso necessario riprogettare la linea elettrica e la disposizione dei corpi illuminanti, tenendo conto del diverso flusso luminoso e della distribuzione della luce tipica dei LED.
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Perché i dispositivi LED richiedono obbligatoriamente un driver esterno?I LED sono componenti elettronici sensibili che operano a corrente continua e bassa tensione, mentre la rete elettrica fornisce corrente alternata ad alta tensione. Il driver trasforma e stabilizza l'energia fornita dalla rete, proteggendo il LED dai picchi di tensione e garantendo un flusso di energia costante. Senza questo componente, il LED sarebbe soggetto a danni immediati o a un rapido degramento delle prestazioni. La qualità del driver influisce direttamente sulla durata e sull'efficienza complessiva del sistema d'illuminazione.
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Quali sono i principali vantaggi tecnici dei LED rispetto alle lampadine tradizionali?I LED offrono diversi vantaggi significativi: producono 'luce freda', minimizzando le dispersioni energetiche sotto forma di calore e raggiungendo rendimenti vicini al 100%. Hanno una durata media di circa 30.000 ore, molto superiore alle lampade a filamento. Inoltre, garantiscono un'accensione istantanea grazie all'alta velocità di commutazione e sono compatibili con i moderni circuiti integrati. Questa tecnologia combina alta efficienza luminosa, con flussi fino a quattro volte superiori a quelli delle vecchie lampade, a consumi ridottissimi.
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Cosa sono i nanotubi di carbonio e perché rappresentano il futuro dell'illuminazione?I nanotubi di carbonio sono strutture microscopiche a forma di cilindro che stanno attirando l'interesse della ricerca scientifica per la produzione di luce. Si prevede che possano generare illuminazione con un consumo energetico stimato di soli 0,1 Wh, ovvero cento volte inferiore rispetto ai LED attuali. Se le tecnologie legate ai nanotubi matureranno commercialmente, potrebbero sostituire i LED tradizionali, offrendo sorgenti luminose a bassissimo costo e consumo, dominando così il mercato dell'illuminazione futura.
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Come sta evolvendo l'efficienza dei LED negli ultimi anni?L'evoluzione dei LED è stata rapida e significativa. Dopo la scoperta iniziale nel 1962 e gli studi pionieristici degli anni '90, l'introduzione del nitruro di gallio ha permesso di raddoppiare l'efficienza, arrivando a lampadine da 200 lm/W nel 2014. Oggi la ricerca punta a superare questi limiti attraverso materiali innovativi come i nanotubi di carbonio. L'obiettivo è continuare a ridurre il consumo energetico mantenendo o aumentando l'intensità luminosa, rendendo l'illuminazione sempre più sostenibile ed economica.
