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lunedì 13 dicembre 2010

Torraca provincia di Salerno. Sapevate che questa e’ l’unica cittadina al mondo dove l’illuminazione stradale e’ completamente a led?

La parola LED e’ un acronimo e significa Light-Emittion-Diode.


Il led e’ un prodotto dell’industria elettronica relativamente giovane; basato sull’elemento piu’ semplice della moderna elettronica; la giunzione PN di Silicio drogato, (significa addizionato con impurità droganti) detta in gergo semplicemente diodo.


Vediamo come e sotto quali condizioni, questo componente, puo’ essere usato come fonte luminosa per i nostri scopi subacquei e quali sono i vantaggi gli svantaggi e le complicazioni nell’uso di tale fonte.


Ho gia’ accennato alla giunzione PN, ma molti mi diranno, di cosa si tratta?


Guardatevi attorno, in ogni apparecchio elettronico di ogni genere ci sono chip, composti da transistor a loro volta composti da giunzioni PN. Questa struttura e’ la base di partenza per ogni componente elettronico anche il piu’ complesso. In un cellulare ci sono centinaia di milioni di queste minuscole giunzioni. “Giunzione” sta proprio per contatto tra due materiali con caratteristiche fisiche e quindi elettriche differenti. Parliamo di materiali semiconduttori derivati dal silicio raffinato, derivato da qualcosa molto simile alla sabbia della spiaggia…… quindi a noi vicina.


La zona di contatto tra i due materiali presenta molte caratteristiche particolari ed il numero di fenomeni fisici ed elettrici che in quella minuscola zona si verificano sono tali da riempire migliaia di pagine di complicatissime formule matematiche….. ma non preoccupatevi cio’ che a noi interessa e’ l’effetto fotoelettrico che si verifica in quella zona. FOTO-ELETTRICO ci fa gia’ capire che luce ed elettricita’ sono in qualche modo coinvolte in questo fenomeno.


Infatti, facendo scorrere elettroni attraverso la zona di giunzione si ottiene la generazione di fotoni, ovvero unita’ base di cio’ che banalmente chiamiamo luce. L’effetto e’ anche reversibile; infatti, illuminando con luce la zona di giunzione, si ottiene la generazione di energia elettrica. Questo e’ cio’ che accade nei pannelli solari per fotovoltaico tanto di moda ultimamente. Anche le celle fotovoltaiche sono infatti costituite da giunzioni PN.


Anche nel caso dei led, per poter confrontare il loro utilizzo e la loro resa con le classiche fonti di luce, dobbiamo parlare di efficienza luminosa, spettro di emissione, ed angolo di emissione.


Di efficienza luminosa abbiamo parlato gia’ nell’articolo inerente le lampade a scarica di gas; si misura in Lumen/w e da una misura di quanta luce in totale viene emessa per ogni watt elettrico utilizzato dalla fonte luminosa, in questo caso dal led.


Negli ultimi anni la tecnologia dei led per illuminazione ha fatto enormi progressi.


La difficolta’ principale nell’aumentare la resa dei led e’ che la luce emessa nella zona di contatto tra i due materiali deve poter uscire dal silicio e poiche’, come vi ho detto esiste l’effetto contrario, nel viaggio dalla giunzione all’esterno molti dei fotoni e quindi della luce emessa viene riassorbita nel materiale stesso abbassandone drasticamente l’efficienza di emissione.


La soluzione e’ nello studio dei materiali, in particolare di strati successivi di diversi materiali e nel rendere la struttura del led il piu’ sottile possibile.


Attualmente l’efficienza di queste sorgenti ha superato quella delle lampade alogene di un fattore 2 o 3. Ma nel caso dei led la storia e’ molto piu’ complessa di come puo’ sembrare, infatti non si puo’ parlare di efficienza luminosa se non si tiene in considerazione anche la differente capacita’ del nostro occhio a percepire le diverse componenti dello spettro della luce emessa.


Ogni sorgente luminosa emette una luce differente e composta da onde elettromagnetiche di lunghezza d’onda differente che miscelate insieme ci fanno percepire una luce come piu’ calda, piu’ fredda, o tendente verso un colore in particolare. L’esempio classico e’ l’arcobaleno; ad ogni frequenza e’ associato un colore.


La luce solare e’ una luce con spettro continuo che contiene in se tutte le lunghezze d’onda del visibile ed altre che non vediamo come l’infrarosso, responsabile della sensazione di calore che da’ il sole sulla pelle e l’ultravioletto tanto pericoloso per i danni che puo’ arrecare.


Il nostro occhio ha una sensibilità differente ad ogni lunghezza d’onda ed ha il massimo della sensibilita’ in corrispondenza dei 550nm ovvero in prossimita’ del verde. Piu’ ci allontaniamo da questa lunghezza d’onda piu’ il nostro occhio diventa cieco a quel tipo di luce.


Cio’ che abbiamo di piu’ simile alla luce naturale e’ la luce emessa dalle classiche lampade ad incandescenza ormai in disuso. Queste emettono uno spettro continuo ed emettono infrarossi infatti scaldano (provate a mettere la mano davanti ad una potente alogena senza toccarla).


Qui nella figura sono rappresentati gli spettri di emissione di alcuni tipi di led, il picco di percezione dell’occhio umano, l’emissione di una alogena.


Sensibilita' dell'occhio umano e spettro di emissione di alcuni tipi di led e lampada alogena

Ma cosa c’entra tutto questo con l’efficienza luminosa di un led?

I led non emettono, come la luce solare o le alogene, uno spettro continuo contenente in se tutte le lunghezze d’onda, ma a seconda di come sono realizzati centrano il loro spettro di emissione su lunghezze d’onda diverse. Si intuisce che, se gran parte della luce emessa ricade su lunghezze d’onda lontane dal nostro picco di percezione, possiamo avere anche efficienze enormi ma il nostro occhio percepira’ l’illuminazione come blanda.


E’ chiaro adesso che un led per illuminazione deve avere caratteristiche ben precise ed emettere il piu’ possibile in prossimità del picco di percezione dell’occhio umano.


Purtroppo le rese luminose decantate da molte aziende che costruiscono lampade a led NON tengono conto di questo importante fattore, quindi, di fatto, anche se si parla di 100lm/w la resa luminosa e’ alla fine minore.


L’ultimo fattore fondamentale per la valutazione dell’efficienza di un sistema di illuminazione a led e’ l’angolo di emissione della luce.


Il led e’ una sorgente quasi puntiforme. Tutta la luce viene generata da una superficie molto piccola (pochi mm^2) e se non propriamente focalizzata non riesce ad abbandonare la zona di emissione per diffondere nell’ambiente o meglio per arrivare sul target che vogliamo illuminare. Lo studio dell’ottica associata ai led e’ molto complesso. Per fortuna le aziende che realizzano i led realizzano o fanno realizzare ad aziende specializzare le lenti adatte a quel tipo di led. Usare lenti concepite per un led su un altro modello puo’ abbattere l’efficienza luminosa anche del 50%!!!


Quindi scegliete aziende competenti che sanno quello che fanno e non si limitano ad assemblare una torcia a led con pezzi trovati sul mercato senza fare attenzione a questi particolari.


E’ inutile dire che e’ meglio diffidare da chi vi propone lampade a led con nessun sistema di lenti o con ridicole paraboline, ho visto anche questo in giro.

A presto un nuovo articolo con alcune considerazioni tecniche su come utilizzare un led.
Daremo un’occhiata a qualche led commerciale concepito per scopi di illuminazione e trarremo insieme alcune importanti considerazioni in merito a: rendimento luminoso, durata della batteria ( nel caso di sistema a batteria ) e potenza dissipata in calore.

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