I sistemi LED per l’illuminazione civile

ledNell’ultimo secolo di veramente notevole, oltre la storia, le conquiste e le stronzate, abbiamo creato anche il ‘giorno continuo’ quello che ci ha permesso una vita (anche notturna) costantemente assistita da una adeguata illuminazione artificiale 24 ore su 24.
Chi ribadisce che, su questo, non vi sia nulla di veramente notevole, vorrei precisare in primis alcuni aspetti della vita sulla Terra.
Essa si è evoluta, nel corso dei milioni di anni, con l’alternanza continua ed incontrollabile di luce e buio, da sempre.
Potevamo cambiare le latitudini o le stagioni, esse modificavano la durata dei periodi di luce e di buio,  ma il susseguirsi di questi due stati è stato sempre una costante fondante per la biologia e l’evoluzione terrestre.

L’introduzione della luce artificiale nell’ambiente notturno ha portato, oltre ai vantaggi, ad evidenziare serie e complesse conseguenze negative sulla salute umana e su quella dell’ambiente antropizzato.
Sono alterazioni che possono provocare effetti di varia natura come disturbi del sonno, della veglia e disordini metabolici di vario genere. Addirittura effetti ormonali accertati, infatti uno dei più importanti ormoni che regolano i ritmi circadiani è la melatonina e l’esposizione continua alla luce, ne sopprime o ne diminuisce enormemente la produzione.
Recentemente però un autorevole studio ha dimostrato che un eccesso od uno squilibrio spettrale della componente luminosa sbilanciata troppo verso il blu (attorno a 440 – 460 nm), tende a sopprimere quasi totalmente la produzione di melatonina nell’organismo.
Queste problematiche, si notavano molto poco fino allo scorso secolo, perché l’illuminazione ad incandescenza la faceva da padrona e sbilanciamenti troppo pronunciati verso il blu non si verificavano praticamente mai (nemmeno con lampade ad altissima temperatura o ad arco).

Qualcosa però oggi è cambiato con l’avvento dei moderni LED (Light Emitting Diode diodi ad emissione di luce).

Un po’ di storia

I LED sono speciali componenti a stato solido inventati dal giapponese Nick Holonyak nel lontano 1962, sono dispositivi optoelettronici che sfruttano le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori in modo da produrre fotoni tramite il fenomeno dell’emissione spontanea. Quando il semiconduttore viene sottoposto ad una tensione diretta, per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza, rilasciando energia sotto forma di fotoni. Per la particolare modalità di realizzazione del dispositivo ed a causa dello spessore molto ridotto del chip, un buon numero di fotoni riescono quindi ad abbandonare il substrato per diffondersi nello spazio esterno sotto forma di luce (fotoni ottici).

Inizialmente questo dispositivo era in grado di emettere una tenue luce rossa e veniva usato come spia luminosa in ambito di apparecchiature elettroniche. Successivamente, con l’evoluzione della ricerca, si riusci a produrre Led di un’ampia gamma di colori iniziando dall’arancione, al giallo, per arrivare fino al verde.
Il LED in colore blu è stato l’ultima conquista tecnologica, una meta per molti anni irraggiungibile per gli enormi problemi tecnologici dovuti all’elevata frequenza spettrale intrinseca del colore e per  la complessità tecnica di combinare materiali speciali e drogaggi non convenzionali nei semiconduttori, ecc.

Si siesce a raggiungere la meta solo 40 anni dopo (nel 1993) quando Shuji Nakamura (ricercatore giapponese della Nichia Chemical) fà una scoperta da premio Nobel e risce nell’intento.
A quei tempi ricevette, in cambio della sua bravura, un misero premio pari a 150 €; è solo recentemente che, per il suo brevetto rubato, il tribunale di Tokyo, gli riconoscerà un consistente risarcimento di quasi 150 milioni di euro. Esattamente la cifra che l’inventore, ora docente all’Università Santa Barbara in California, aveva richiesto.
Per essere precisi, la clamorosa sentenza del tribunale distrettuale di Tokyo, recita così:  … il querelante avrebbe diritto a ben 60,4 miliardi di yen (circa 457 milioni di euro). Ma visto che ne ha richiesti solo 20 miliardi, si ordina l’immediata corresponsione dell’intera somma in unica soluzione…

Fu proprio col raggiungimento della radiazione blu che i LED hanno iniziato ad avere interessanti applicazioni anche in ambito illuminotecnico per molti motivi tra i quali l’alta efficienza luminosa, la lunga durata, il minimo ingombro, l’assenza quasi totale di emissioni di calore…

Tutti credo sanno che senza una emissione di colore blu (in tecnica additiva), non si riuscirebbe ad avere una emissione spettrale sufficientemente ampia tale da permettere l’ottenimento di una radiazione luminosa bianca abbastanza simile alle comuni lampade a fluorescenza o incandescenza.

Rimanendo comunque delle sostanziali differenze di distribuzione spettrale (vedasi articolo precedente), l’illuminazione a led ottenuta da 3 diodi distinti in colore Rosso, Verde e Blu (RGB) permetterebbe, se opportunamente bilanciata, di ottenere una radiazione luminosa sufficientemente bianca ed adatta in impieghi generici anche se non sempre specialistici.

Oggi i LED vengono utilizzati in vari campi, sono utilizzati in massa come retroilluminazione nelle nuove generazioni di televisori LCD e negli schermi dei computer sostituendosi ai vecchi pannelli elettroluminescente che, pur ottimi sistemi, richiedevano tensioni di innesco ragguardevoli (oltre i 400 V), ma sono utilizzati anche nei semafori, nei dispositivi luminosi come fari di auto e moto, nei lampeggianti dei veicoli d’emergenza, nelle decorazioni luminose, nei quadri, nelle insegne, nei dispositivi di illuminazione pubblica e domestica.

Oggi I LED vengono sempre più utilizzati in ambito illuminotecnico in sostituzione di alcune sorgenti di luce tradizionali. Il loro utilizzo nell’illuminazione domestica, quindi in sostituzione di lampade ad incandescenza, alogene o fluorescenti compatte (comunemente chiamate a risparmio energetico che pero rendono di piu’), è oggi possibile con notevoli vantaggi raggiunti grazie alle tecniche innovative sviluppate nel campo.
L’efficienza dei dispositivi attuali è di gran lunga aumentata, ora si attesta oltre i 120lm/W (lumen per Watt) ma crollano attorno ai 65 lm/W se si parla di illuminazione equilibrata ad ampio spettro con qualità (Ra>80 e 2700°K).
Come termine di paragone basti pensare che una lampada tradizionale ad incandescenza, ha un’efficienza luminosa di circa 10-19 lm/W, mentre una lampada ad alogeni circa 12-20 lm/W ed una fluorescente lineare circa 50-110 lm/W.

Proprio su questo ultimo punto che riprendiamo il discorso abbandonato all’inizio.
L’emissione dei LED bianchi, benché sufficientemente bilanciata, porta inevitabilmente ad una sovraesposizione di emmissioni blu ed ultravioletta dimostratasi molto dannosa nella biologia umana. E’ un picco di emissione molto tipico per questa tipologia di fonte luminosa che difficilmente si riesce a controllare e limitare, soprattutto se si fa uso di componenti scadenti e di basso pregio.

spettro1

Nella  figura sono riportate la risposta spettrale standard dell’occhio umano (linea fine) e la risposta spettrale tipica di un sistema a LED bianco (linea spessa)
Si vede come il picco di emissione nel blu dei LED sia posizionato intorno ai 450 nm e coincida proprio con la sensibilità massima del nostro corpo (sensibilità circadiana).
E’ evidente quindi che l’uso dei LED di questo tipo andrebbe regolato, regolamentato e controllato. Per il prossimo futuro sarebbe necessario ripensare alla tecnologia LED in maniera più ecocompatibile e salutistica.

Invece le usatissime lampade a scarica al sodio ad alta pressione e ancora di più quelle a bassa pressione, hanno, al contrario dei LED bianchi, un bassissimo contenuto di luce blu e anche per questo sono ancora oggi da preferire per le applicazioni di illuminazione esterna

Ora la mia opinione è semplice: tutti noi siamo in grado di controllare e gestire la nostra vita, siamo liberi di imbottirci di conservanti ed antibiotici nei pasti o illuminare la nostra casa con attrezzature potenzialmente pericolose e scadenti.

Però, in fondo…
– se già fumiamo costantemente
– se già usiamo il cellulare senza accortezze né protezioni
– se già ci vestiamo con abbigliamento scadente e colorato con sostanze tossiche
– se acquistiamo mobili di scarso valore che emettono per anni sostanze tossiche e solventi volatili pericolosi

… che vuoi che possa influire una illuminazione sbilanciata ed inadatta alla nostra salute!

 

 

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2 Risposte a “I sistemi LED per l’illuminazione civile”

  1. andrea valdesi ha detto:

    Quella dell’illuminazione a led è stata un esperienza veramente rivoluzionaria, in quanto la bolletta mensile dell’energia elettrica si è dimezzata. Consiglio a tutti l’istallazione di questi prodotti.
    Condivido l’idea del risparmio. Anche perchè in questo momento di crisi le bollette mensili cominciano a risultare veramente salate. Vi consiglio un marchio che offre prodotti affidabili e ad un costo conveniente. Io ho installato questi prodotti su tutta la mia abitazione ed ho ottenuto dei risultati veramente vantaggiosi. Inserisco il link del sito e-commerce di questo marchio che offre anche il servizio di spedizione in tutta la penisola.
    http://shop.securbay.it/epages/8861.sf/it_IT/?ObjectPath=/Shops/8861/Categories/ILLUMINAZIONE_A_LED

  2. incallito ha detto:

    Secondo me queste nuove tecnologie benché più risparmiose non tengono mai conto della nostra salute, ma puntano quasi sempre al proprio portafoglio

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