Seminario de Iluminación: Claves del Diseño Eficiente

y Sustentable de la Iluminación

LED HOY

¿Quimera o realidad en la arquitectura?

Leonardo Assaf

Asociación Argentina de LuminotecniaCENTRO REGIONAL NOROESTE

A A D L

LED LIGHTING TODAY:

TALES OR FACTS?

Illuminazione a LED oggi: chimera o realtà?

University of Naples Federico II

March 11-13, 2009

University of Naples Federico II

Una evaluación integral Diodos Emisores de Luz como

fuentes parailuminación general

…precisa una visión amplia

www.adelco.org.ar

www.aadl.org.ar

Normas

Protección del Consumidor

Fuente: Elembaas, J Lighting Devices, From A to Z NYC, 1998

Fuente: Coaton JR, Marsden AM LAMPS AND LIGHTING 4th. Edition NYC 1997

AzulCarburo de silicio (SiC)

AzulNitruro de galio e indio (InGaN)

AzulSeleniuro de zinc (ZnSe)

VerdeNitruro de galio (GaN)

VerdeFosfuro de galio (GaP)

Rojo, naranja y amarilloArseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo e infrarrojoArseniuro de galio

y aluminio (AlGaAs)

InfrarrojoArseniuro de galio (GaAs)

ColorCompuesto

Conviene distinguir el análisis

• A Iluminación decorativa

• B Iluminación Arquitectónica (Iluminación General)

ALED para

Iluminación ornamental

Barras luminosas

Tiras luminosas

Cintas luminosas

BLED para

Iluminación general

Fuentes eléctricas

Radiadores incandescentes

Radiadores luminiscentes

Radiadores Electroluminisc.

USO GENERAL HALÓGENAS ALTA PRESIÓN BAJA PRESIÓN CAPSULADOS ENTABLETADOS

SODIOBaja Presión

MERCURIO(fluorescentes)

SODIOMERCURIO HALOGENADO

COMPACTASTUBULARES

INTEGRADASMODULARES

SIN ELECTRODOS(de inducción)

INCANDESCENTS DESCARGA LED´s

Mercado de LED, hoy• Hay disponible una amplia gama de productos

Opción para LFC o incandescentes

Opción para halogenadas incandescetes

Opción para Fluorescentes tubulares

Los Productos pueden agruparse según características comunes

…también para luminarias de alumbrado público

Situación del mercado, hoy

• El mercado doméstico está creciendo a una tasa anual del 30% en Argentina

• La gran expectativa para SSI, proviene de los diseñadores y especialistas.

• La información al consumidors es sóloprovista por fabricantes o comercializadoresy en muchos casos es poco confiable.

Ventajas comparativas de LEDsrespecto a lámparas convencionales

• Miniaturización y peso

• Eficiencia en color

• Cambio de color e intensidad

• Fortaleza y duración– Golpes y encendido frecuente

• Encendido instantáneo

Tecnología antigua y moderna en LFC.

Table 1 – Three well known lighting technologies. Elapsed time to present market penetration. (Argentina)

Efficiency technology Launched in

(year) Addressed to

replace Present penetration

in market

Electronic ballast 1982 Standard

magnetic ballast 3%

T8 triphosphor fluorescent lamp

1976 T12 fluorescent

lamp 70%

Compact fluorescent lamp

1980 Incandescent 35%

Nichia Corporationeficiencia 150 lm/W

Demonstration using nine pieces of the latest white LEDs: a luminous flux of 90 lm was achieved at an input power of 0.6 W.

650 €3,6 €Price range (€)

81,25 lm/W(20W/1600lm)

46,6 lm/W, (3x0,5W/70lm)

Efficienciy range(lm/W)

14.000 lm(street lighting AP 1001)

50 lmLight output range (lm)

70.000 h20.000 hLife range (h)

400 W(street lighting AP 1001)

0,25 W(SMS LED-HB class III)

Power range (W)

1600 LED(street lighting luminaire)

1 LED(high power LED: 3, 5,10 W)

Numero de LED por unidad (Nr.)

MáximoMínimoCaracterística

Rango de productos (según información comercial)

Criterios de Evaluación :

Los LEDs deberían ser evaluados en la misma medida que las lámparas convencionales, principalmente:

• Eficiencia

• Depreciación

• Vida y duración

• Calidad y cambio de color

• Impacto en el medioambiente

V P D

Ensayos de Laboratorio

Eficiencia y depreciación

Según information comercial

81,25 lm/W

(20W/1600lm)

46,6 lm/W

(3x0,5W/70lm)

Efficienciy range of

LEDs

MaximumMinimum

Eficiencia en LEDs puede caer drasticamente debido a la depreciación luminosa

Luminous Lux & Efficiency VS Source

55

56

57

58

59

60

88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102% 104% 106% 108% 110% 112%

Source (%V)

21

22

23

24

25

luminous flux (lm) efficiency (lm/w)

lum

inous

flux

(lm

)

effici

ency

(lm

/w)

Lamp P2

Variation range

from -1% /2Volt to -1%/5Volt

Fotocorriente vs Temperature

77%

79%

81%

83%

85%

87%

89%

91%

93%

95%

97%

99%

101%

25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57

Temperature [ºC]

Fo

toco

rrie

nte

[%

]

Lamp V2

Lamp D2

Lamp P2

Efficiency drops with temperature

Variation rangefrom -1% /ºC to -0,25%/ºC

La disipación de calor pareciera ser en el presente la mayor limitación a

mayor densidad de potencia. El calor afecta a la eficiencia luminosa y a la

vida. Los diodos de nuevo diseñoincorporan un disipador su propio

capsulado

Source: Philips Lumileds

• Una unidad LED aislada tiene poca potencia

• Para obtener mayor potencia se ensamblan en racimos de LEDs. Algunas luminarias concentran hasta 1600 unidades.

• Una matriz de LED requiere una mejordisipación: cuanto mayor sea el número de unidades en la matriz, mayor será la salidaluminosa y mayor la temperatura a disipar

La eficacia cae con la temperatura

Un LED aislado es más eficiente que en una matriz. Por el contrario: las lamparas Convencionales

incrementan su eficiencia a mayor potencia

Efficiency VS Lamp power

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Lamp power (W)

Eff

icie

nc

y (

lm/W

)

Incandescent

Mercury halide

tubularFluorescent

Campactfluorescent lamps

High pressuresodium

Un LED aislado es más eficiente que en una matriz. Por el contrario: las lamparas Convencionales

incrementan su eficiencia a mayor potencia

Efficiency VS Lamp power

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Lamp power (W)

Eff

icie

nc

y (

lm/W

)

Incandescent

Mercury halide

tubularFluorescent

Campactfluorescent lamps

High pressuresodium

LED

LED vida y duración

• Uno de los más promisorios aspectos en LED es su duración (20.000 h to 70.000 h)

• No existe hasta el momento procedimiento para determinar la duración de un LED..

LED life and endurance• Useful life criterion

– Luminous depreciation is the main component in LED life. As conventional lamps, depreciation of 50% (or 30% in some cases) of their luminous output determining the useful life of LEDs. The same criterion may be applicable for colour shift.

– Based on this concept ASSIST (Alliance for Solid-State Illumination System and Technologies-Lighting Research Center –Rensselaer) proposes a 6.000 hours (10 month) test to assess lumen depreciation and colour shift. Useful life is obtained by theextrapolation on depreciation1

– In our opinion lumen depreciation is not the only factor to determine LED life; endurance also account.

1 ASSIST (Alliance for Solid-State Illumination System and Technologies-Lighting Research Center – Rensselaer) “LED Life for General Lighting” Vol 1, Issue 1,2 & 3. Feb.2005

LED life and endurance

• Endurance criterion– LED are sensitive to grid-transients. Over voltages/current may

accelerate lighting depreciation or result in early failures.

– A test under abnormal conditions, those commons of power supply is currently being developed to proof LED endurance.

Dos aspectos ambientales básicos• LED manufacturing implies less material and

critical sustances and last longer than any other conventional lamps, therefore they impact less on the environment.

• Does LED light cause damages to human health? Although LED emits non-coherent radiation, further studies are carry on to ensure that in any cirumstances LED light are not harmful to humans.

Tecnología antigua y moderna en LFC.

Table 1 – Three well known lighting technologies. Elapsed time to present market penetration. (Argentina)

Efficiency technology Launched in

(year) Addressed to

replace Present penetration

in market

Electronic ballast 1982 Standard

magnetic ballast 3%

T8 triphosphor fluorescent lamp

1976 T12 fluorescent

lamp 70%

Compact fluorescent lamp

1980 Incandescent 35%

Risk assessment in lampsIEC 60825-1

• Safety of laser product

(include LEDs)

CIE DS 009• Photobiological Safety of Lamps

and Lamp System.

3 mmNo action spectrum for monocromatics sources

Action spectrum

A 200 mm7 mmPupil diameter to assess

hazards

Emmission of 50% of source output.

Smallest image in retina containing 63% of total power

Definitions for sourcegeometry

LED is considered as a lamp for general service

LED is considered as a laserClasification

CIE StandardIEC StandardAspects

Conclusiones

• Según las evaluaciones de laboratorio losLEDs comerciales tienen una eficacia menor a 30 lm/W, la información comercial resultaentonces poco confiable

• No hay procedimiento para medir la vida de los LEDs

• Los cambios de color podrían ser los puntosmás críticos de esta tecnología