Lámpara led
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Bombilla de luz LED
Led-lampa.jpg
Una bombilla LED de 230 voltios con base E27 (10 vatios , 806 lúmenes , 3000 Kelvin )
EscribeLED , bombilla
Bombilla de filamento LED de 230 voltios , con base E27 . Los filamentos son visibles como las ocho líneas verticales amarillas.
Una variedad de lámparas LED disponibles comercialmente en 2010: apliques de iluminación (izquierda), luz de lectura (centro), lámparas para el hogar (centro derecha e inferior) y aplicaciones de luz de acento de baja potencia (derecha)
Un módulo LED de chips a bordo (COB) de 80 W de una luminaria de luz industrial, unido térmicamente al disipador de calor

Una lámpara LED o bombilla de luz LED es una luz eléctrica que produce luz mediante diodos emisores de luz (LED). Las lámparas LED son significativamente más eficientes energéticamente que las lámparas incandescentes equivalentes y pueden ser significativamente más eficientes que la mayoría de las lámparas fluorescentes . [1] [2] [3] Las lámparas LED más eficientes disponibles comercialmente tienen eficiencias de 200 lúmenes por vatio (Lm / W). [4] [5] [6] Las lámparas LED comerciales tienen una vida útil mucho más larga que las lámparas incandescentes.

Las lámparas LED requieren un circuito controlador de LED electrónico para operar desde las líneas eléctricas principales, y las pérdidas de este circuito significan que la eficiencia de la lámpara es menor que la eficiencia de los chips LED que utiliza. El circuito del controlador puede requerir características especiales para ser compatible con los atenuadores de lámpara diseñados para su uso en lámparas incandescentes. Generalmente, la forma de onda actual contiene cierta cantidad de distorsión, dependiendo de la tecnología de las luminarias. [7]

Se proyecta que el mercado de lámparas LED crecerá de $ 75.8 mil millones en 2020 y aumentará a $ 160 mil millones en 2026. [8]

Los LED alcanzan el brillo total de inmediato sin demora de calentamiento. El encendido y apagado frecuente no reduce la esperanza de vida como ocurre con la iluminación fluorescente. [9] La salida de luz disminuye gradualmente durante la vida útil del LED (consulte la sección Caída de eficiencia ).

Algunas lámparas LED son reemplazos directos de las lámparas incandescentes o fluorescentes. Las lámparas LED pueden usar múltiples paquetes de LED para mejorar la dispersión de la luz, la disipación del calor y el costo total. El texto en el empaque de la lámpara LED para minoristas puede mostrar la salida de luz en lúmenes , el consumo de energía en vatios, la temperatura de color en Kelvin o una descripción de color como "blanco cálido", "blanco frío" o "luz del día", el rango de temperatura de funcionamiento y, a veces, la potencia equivalente a una lámpara incandescente que ofrece la misma salida en lúmenes.

Historia

Ver también: Diodo emisor de luz § Historia
Ilustración de la ley de Haitz , que muestra una mejora en la salida de luz por LED a lo largo del tiempo, con una escala logarítmica en el eje vertical

Antes de la introducción de las lámparas LED, se utilizaban tres tipos de lámparas para la mayor parte de la iluminación general (blanca):

  • Luces incandescentes , que producen luz con un filamento incandescente calentado por corriente eléctrica. Son muy ineficientes, tienen una eficacia luminosa de 10 a 17 lúmenes / W y también tienen una vida útil corta de 1000 horas. Se están eliminando gradualmente de las aplicaciones generales de iluminación. Las lámparas incandescentes producen un espectro de luz de cuerpo negro continuo similar a la luz solar y, por lo tanto, producen un índice de reproducción cromática (CRI) alto .
  • Lámparas fluorescentes , que producen luz ultravioleta mediante una descarga luminiscente entre dos electrodos en un tubo de vapor de mercurio de baja presión , que se convierte en luz visible mediante una capa fluorescente en el interior del tubo. Son más eficientes que las luces incandescentes, tienen una eficacia luminosa de alrededor de 60 lúmenes / W, tienen una vida útil más larga de 6.000 a 15.000 horas y se utilizan ampliamente para la iluminación residencial y de oficinas. Sin embargo, su contenido de mercurio los convierte en un peligro para el medio ambiente y deben eliminarse como desechos peligrosos .
  • Lámparas de halogenuros metálicos , que producen luz mediante un arco entre dos electrodos en una atmósfera de argón, mercurio y otros metales, y yodo o bromo. Se trataba de las luces eléctricas blancas más eficientes antes de los LED, con una eficacia luminosa de 75 a 100 lúmenes / W y una vida útil de la bombilla relativamente larga de 6.000 a 15.000 horas, pero debido a que requieren un período de calentamiento de 5 a 7 minutos antes de encenderse, no se utilizan para iluminación residencial, sino para iluminación de área amplia comercial e industrial, y luces de seguridad para exteriores y farolas. Al igual que los fluorescentes, también contienen mercurio peligroso.

Consideradas como convertidores de energía eléctrica, todas estas lámparas existentes son ineficientes y emiten más de su energía de entrada como calor residual que como luz visible. La iluminación eléctrica mundial en 1997 consumió 2016 teravatio-hora de energía. La iluminación consume aproximadamente el 12% de la energía eléctrica producida por los países industrializados. La creciente escasez de recursos energéticos y los costos ambientales de producir energía, en particular el descubrimiento del calentamiento global debido al dióxido de carbono emitido por la quema de combustibles fósiles , que son la mayor fuente de energía para la generación de energía eléctrica, crearon un mayor incentivo para Desarrollar luces eléctricas más eficientes energéticamente.

Los primeros LED de baja potencia se desarrollaron a principios de la década de 1960 y solo producían luz en las bajas frecuencias rojas del espectro. En 1968, se introdujeron las primeras lámparas LED comerciales: Hewlett-Packard 's pantalla LED , [10] que fue desarrollado bajo Howard C. Borden y Gerald P. Pighini, y Monsanto Company ' lámpara indicadora LED s. [10] Sin embargo, las primeras lámparas LED eran ineficientes y solo podían mostrar colores rojo intenso, lo que las hacía inadecuadas para la iluminación general y restringía su uso a pantallas numéricas y luces indicadoras. [10]

El primer LED azul de alto brillo fue demostrado por Shuji Nakamura de Nichia Corporation en 1994. [11] La existencia de LED azules y LED de alta eficiencia llevó al desarrollo del primer "LED blanco", que empleaba un revestimiento de fósforo para parcialmente convierte la luz azul emitida en frecuencias rojas y verdes, creando una luz que parece blanca. [12] Isamu Akasaki , Hiroshi Amano y Nakamura recibieron más tarde el Premio Nobel de Física 2014 por la invención del LED azul. [13]

China impulsó aún más la investigación y el desarrollo de LED en 1995 y demostró su primer árbol de Navidad LED en 1998. La nueva aplicación de tecnología LED se hizo común a principios del siglo XXI en EE. UU. (Cree) y Japón (Nichia, Panasonic y Toshiba) y luego a partir de 2004 por Corea y China (Samsung, Kingsun, Solstice, Hoyol y otros). [14]

En los EE. UU., La Ley de Seguridad e Independencia Energética (EISA) de 2007 autorizó al Departamento de Energía (DOE) a establecer el concurso Bright Tomorrow Lighting Prize , conocido como el "Premio L", [15] el primer concurso de tecnología patrocinado por el gobierno diseñado para desafiar a la industria a desarrollar reemplazos para lámparas incandescentes de 60 W y lámparas halógenas PAR 38 . La legislación EISA estableció requisitos básicos y montos de premios para cada una de las dos categorías de competencia, y autorizó hasta $ 20 millones en premios en efectivo. [dieciséis]La competencia también incluyó la posibilidad de que los ganadores obtengan acuerdos de compra federales, programas de servicios públicos y otros incentivos. En mayo de 2008, anunciaron los detalles de la competencia y los requisitos técnicos para cada categoría. Los productos de iluminación que cumplen con los requisitos de la competencia podrían utilizar solo el 17% de la energía utilizada por la mayoría de las lámparas incandescentes que se utilizan en la actualidad. Ese mismo año, el DOE también lanzó el programa Energy Star para productos de iluminación de estado sólido. La legislación EISA también autorizó un programa adicional del Premio L para desarrollar una nueva "Lámpara del siglo XXI".

Philips Lighting dejó de investigar sobre fluorescentes compactos en 2008 y comenzó a dedicar la mayor parte de su presupuesto de investigación y desarrollo a la iluminación de estado sólido. [17] El 24 de septiembre de 2009, Philips Lighting North America se convirtió en la primera en presentar lámparas en la categoría para reemplazar la bombilla estándar A-19 " Edison atornillable " de 60 W , [18] con un diseño basado en su anterior "AmbientLED". "producto de consumo. El 3 de agosto de 2011, DOE otorgó el premio en la categoría de reemplazo de 60 W a una lámpara LED de Philips después de 18 meses de pruebas exhaustivas. [19]

Las primeras lámparas LED variaban mucho en cromaticidad de las lámparas incandescentes que estaban reemplazando. Se desarrolló un estándar, ANSI C78.377-2008, que especificaba los rangos de color recomendados para productos de iluminación de estado sólido que utilizan LED de blanco frío a cálido con varias temperaturas de color correlacionadas. [20] En junio de 2008, NIST anunció los dos primeros estándares para iluminación de estado sólido en los Estados Unidos. Estos estándares detallan las especificaciones de rendimiento para las fuentes de luz LED y prescriben métodos de prueba para productos de iluminación de estado sólido.

También en 2008 en los Estados Unidos y Canadá, el programa Energy Star comenzó a etiquetar lámparas que cumplen con un conjunto de estándares de tiempo de inicio, esperanza de vida, color y consistencia de desempeño. La intención del programa es reducir las preocupaciones de los consumidores debido a la calidad variable de los productos, proporcionando transparencia y estándares para el etiquetado y la usabilidad de los productos disponibles en el mercado. [21] Las bombillas con certificación Energy Star son un recurso para encontrar y comparar lámparas con certificación Energy Star. Se lanzó un programa similar en el Reino Unido (dirigido por Energy Saving Trust ) para identificar productos de iluminación que cumplan con las pautas de rendimiento y conservación de energía. [22]Ushio lanzó la primera lámpara de filamento LED en 2008. [23] Philips lanzó su primera lámpara LED en 2009, [24] seguida de la primera lámpara LED equivalente a 60w del mundo en 2010, [25] [26] [27] [28] y una versión equivalente a 75 vatios en 2011. [29]

La Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) publicó en 2008 un documental estándar LM-79 , que describe los métodos para probar productos de iluminación de estado sólido en cuanto a su salida de luz (lúmenes), eficacia (lúmenes por vatio) y cromaticidad.

A partir de 2016 , en opinión de Noah Horowitz del Consejo de Defensa de los Recursos Naturales , los nuevos estándares propuestos por el Departamento de Energía de los Estados Unidos probablemente significarían que la mayoría de las bombillas utilizadas en el futuro serían LED. [30]

Para 2019, el uso de electricidad en los Estados Unidos había disminuido durante al menos cinco años consecutivos, debido en parte a que los consumidores de electricidad estadounidenses reemplazaron las bombillas incandescentes por LED debido a su eficiencia energética y alto rendimiento. [31]

Ejemplos de adopción temprana

LED como iluminación navideña en Viborg, Dinamarca

En 2008, Sentry Equipment Corporation en Oconomowoc , Wisconsin , EE. UU., Pudo iluminar el interior y el exterior de su nueva fábrica casi exclusivamente con LED. El costo inicial era tres veces mayor que el de una combinación tradicional de lámparas incandescentes y fluorescentes, pero el costo adicional se recuperó en dos años mediante el ahorro de electricidad, y las lámparas no deberían ser reemplazadas durante 20 años. [17] En 2009, la oficina de Manapakkam, Chennai de la empresa india de TI, iGate, gastó ₹ 3,700,000 ( US $ 80,000) para iluminar 57,000 pies cuadrados (5,300 m 2 ) de espacio de oficina con LED. La empresa esperaba que la nueva iluminación se amortizara por sí sola en 5 años. [32]

En 2009, el árbol de Navidad excepcionalmente grande que se encuentra frente a la catedral de Turku en Finlandia se colgó con 710 lámparas LED, cada una con 2 vatios. Se ha calculado que estas lámparas LED se amortizaron en tres años y medio, a pesar de que las luces funcionan solo 48 días al año. [33]

En 2009 se inauguró una nueva autopista (A29) en Aveiro , Portugal ; incluyó la primera autopista de iluminación pública europea basada en LED. [34]

En 2010, las instalaciones masivas de iluminación LED para usos comerciales y públicos se estaban volviendo comunes. Las lámparas LED se utilizaron para una serie de proyectos de demostración para iluminación exterior y alumbrado público LED . El Departamento de Energía de los Estados Unidos puso a disposición varios informes sobre los resultados de muchos proyectos piloto de alumbrado exterior municipal [35], y pronto siguieron muchos proyectos adicionales de alumbrado público y alumbrado público municipal. [36]

Resumen de la tecnología

Las lámparas LED a menudo se fabrican con conjuntos de módulos LED de montaje en superficie que reemplazan a las lámparas incandescentes o fluorescentes compactas, reemplazando principalmente a las lámparas incandescentes de 5 a 200 vatios.

Una diferencia significativa con otras fuentes de luz es que la luz es más direccional, es decir, se emite como un haz más estrecho.

LED de luz blanca

Lámpara LED utilizada en fotografía.

La iluminación de uso general requiere una luz blanca, emulando un cuerpo negro a una temperatura específica, desde "blanco cálido" (como una bombilla incandescente) a 2700K, hasta "luz diurna" alrededor de 6000K. Los primeros LED emitían luz en una banda muy estrecha de longitudes de onda, de un color característico de la banda prohibida de energía del material semiconductor utilizado para fabricar el LED. Los LED que emiten luz blanca se fabrican mediante dos métodos principales: ya sea mezclando luz de varios LED de varios colores o utilizando un fósforo para convertir parte de la luz en otros colores. La luz no es lo mismo que un verdadero cuerpo negro, dando un aspecto diferente a los colores que una bombilla incandescente. La calidad de reproducción del color está especificada por el CRI, y a partir de 2019es aproximadamente 80 para muchas bombillas LED y más de 95 para iluminación LED de alto CRI más cara (100 es el valor ideal).

Los LED blancos RGB o tricromáticos utilizan varios chips LED que emiten longitudes de onda rojas, verdes y azules. Estos tres colores se combinan para producir luz blanca. El índice de reproducción cromática (CRI) es deficiente, normalmente de 25 a 65, debido al estrecho rango de longitudes de onda emitidas. [37] Se pueden obtener valores de CRI más altos utilizando más de tres colores de LED para cubrir un rango mayor de longitudes de onda.

El segundo método básico utiliza LED junto con un fósforo para producir colores complementarios a partir de un solo LED. Parte de la luz del LED es absorbida por las moléculas del fósforo, lo que hace que emitan fluorescencia y emitan luz de otro color a través del cambio de Stokes . El método más común es combinar un LED azul con un fósforo amarillo, produciendo un rango estrecho de longitudes de onda azules y una banda ancha de longitudes de onda "amarillas" que cubren el espectro de verde a rojo. El valor CRI puede oscilar entre menos de 70 y más de 90, aunque una amplia gama de LED comerciales de este tipo tienen un índice de reproducción cromática de alrededor de 82. [37] Tras sucesivos aumentos en la eficacia, que ha alcanzado los 150 lm / W en producción a partir de 2017, este tipo ha superado el rendimiento de los LED tricromáticos.

Los fósforos utilizados en los LED de luz blanca pueden proporcionar temperaturas de color correlacionadas en el rango de 2200 K (incandescente atenuado) hasta 7000 K o más. [38]

Iluminación LED que cambia de color

Los sistemas de iluminación sintonizables emplean bancos de LED de colores que se pueden controlar individualmente, ya sea utilizando bancos separados de cada color, o LED de varios chips con los colores combinados y controlados a nivel de chip. [39] Por ejemplo, los LED blancos de diferentes temperaturas de color se pueden combinar para construir una bombilla LED que disminuye su temperatura de color cuando se atenúa. [40]

Controladores LED

Artículo principal: controlador LED
Lámpara LED para el hogar con sus elementos LED internos y circuitos de controlador LED expuestos.

Los chips LED requieren energía eléctrica de corriente continua controlada (CC) y un circuito apropiado, ya que se requiere un controlador de LED para convertir la corriente alterna de la fuente de alimentación a la corriente continua de voltaje regulado utilizada por los LED.

Los controladores LED son componentes esenciales de las lámparas LED para garantizar una vida útil y un rendimiento aceptables de la lámpara. Un controlador puede proporcionar funciones como atenuación y control remoto. Los controladores de LED pueden estar en el mismo recinto de la lámpara que la matriz de diodos, o montados de forma remota desde los diodos emisores de luz. Los controladores de LED pueden requerir componentes adicionales para cumplir con las regulaciones de corriente armónica de línea de CA aceptable.

Gestión térmica

La alta temperatura de los LED puede causar fallas prematuras y una reducción de la salida de luz. Las lámparas LED tienden a funcionar más frías que sus predecesoras ya que no hay arco eléctrico ni filamento de tungsteno, pero aún pueden causar quemaduras. Se requiere la gestión térmica de los LED de alta potencia para mantener la temperatura de unión del dispositivo LED cerca de la temperatura ambiente, ya que el aumento de temperatura provocará un aumento de corriente, más calentamiento, más corriente, etc. hasta que falle. Los LED usan mucha menos energía para una salida de luz determinada, pero producen algo de calor y se concentra en un semiconductor muy pequeño, que debe enfriarse. Las lámparas LED suelen incluir disipadores de calor y aletas de refrigeración . [24]Las lámparas de muy alta potencia para usos industriales suelen estar equipadas con ventiladores de refrigeración . [41] Algunos colocan los LED y todos los circuitos en una bombilla de vidrio al igual que las bombillas incandescentes convencionales, pero con un relleno de gas helio para conducir el calor y así enfriar los LED. [42] Otros colocan los LED en una placa de circuito con un respaldo de aluminio; la parte trasera de aluminio está conectada térmicamente a la base de aluminio de la lámpara mediante pasta térmica, y la base está incrustada en una carcasa de plástico de melamina.

Caída de eficiencia

El término "caída de la eficiencia" se refiere a la disminución de la eficacia luminosa de los LED a medida que la corriente eléctrica aumenta por encima de decenas de miliamperios (mA) . En lugar de aumentar los niveles de corriente, la luminancia suele incrementarse combinando varios LED en una lámpara. Resolver el problema de la caída de la eficiencia significaría que las lámparas LED domésticas requerirían menos LED, lo que reduciría significativamente los costos.

Además de ser menos eficientes, el funcionamiento de los LED a corrientes eléctricas más altas produce altas temperaturas que comprometen la vida útil del LED. Debido a este aumento de calentamiento a corrientes más altas , los LED de alto brillo tienen un estándar industrial de funcionamiento a solo 350 mA, lo que brinda un buen compromiso entre salida de luz, eficiencia y longevidad. [43] [44] [45] [46]

Las primeras sospechas fueron que la caída del LED fue causada por temperaturas elevadas. Los científicos demostraron lo contrario: que, aunque la vida útil del LED se acortaría, las temperaturas elevadas en realidad mejoraron la eficiencia del LED. [47] El mecanismo que causa la caída de la eficiencia se identificó en 2007 como recombinación Auger , que se tomó con una reacción mixta. [46] Un estudio de 2013 identificó de manera concluyente la recombinación Auger como la causa de la caída de la eficiencia. [48]

Solicitud

Las lámparas LED se utilizan tanto para iluminación general como para fines especiales. Cuando se necesita luz de color, los LED que emiten inherentemente luz de un solo color no requieren filtros que absorban energía. Las lámparas LED están comúnmente disponibles como reemplazos directos para bombillas o accesorios, reemplazando un accesorio completo (como paneles de luz LED que reemplazan a los fluorescentes o los focos LED que reemplazan los accesorios halógenos similares) o bombillas (como tubos LED que reemplazan los tubos fluorescentes en el interior troffers o lámparas de reemplazo LED HID que reemplazan bombillas HID dentro de accesorios HID) Las diferencias entre reemplazar un accesorio y reemplazar una bombilla son que, cuando un accesorio (como un troffer) se reemplaza con algo como un panel LED,el panel debe ser reemplazado en su totalidad si fallan los LED o el controlador que contiene, ya que es imposible reemplazarlos individualmente de manera práctica (aunque el controlador a menudo está separado y, por lo tanto, puede ser reemplazado), donde como, si solo el Si la bombilla se reemplaza por una lámpara de reemplazo LED, la lámpara se puede reemplazar independientemente del accesorio en caso de que la lámpara falle. Algunas lámparas de reemplazo LED requieren que se modifique el dispositivo, por ejemplo, quitando eléctricamente el balasto del dispositivo, conectando así la lámpara LED directamente a la red eléctrica; otros pueden funcionar sin modificaciones en el dispositivo.Algunas lámparas de reemplazo LED requieren que se modifique el dispositivo, por ejemplo, quitando eléctricamente el balasto del dispositivo, conectando así la lámpara LED directamente a la red eléctrica; otros pueden funcionar sin modificaciones en el dispositivo.Algunas lámparas de reemplazo LED requieren que se modifique el dispositivo, por ejemplo, quitando eléctricamente el balasto del dispositivo, conectando así la lámpara LED directamente a la red eléctrica; otros pueden funcionar sin modificaciones en el dispositivo.[49]

BAPS Shri Swaminarayan Mandir Atlanta Iluminación con luminarias LED de mezcla de colores
La iluminación LED por computadora permite mejorar las cualidades únicas de las pinturas en el Museo Nacional de Varsovia . [50]

Las lámparas LED de luz blanca tienen una vida útil más larga y una mayor eficiencia (más luz por la misma electricidad) que la mayoría de las demás luces cuando se usan a la temperatura adecuada. Las fuentes LED son compactas, lo que brinda flexibilidad en el diseño de dispositivos de iluminación y un buen control sobre la distribución de la luz con pequeños reflectores o lentes. Debido al pequeño tamaño de los LED, el control de la distribución espacial de la iluminación es extremadamente flexible, [51] y la salida de luz y la distribución espacial de una matriz de LED se pueden controlar sin pérdida de eficiencia.

Los LED que utilizan el principio de mezcla de colores pueden emitir una amplia gama de colores cambiando las proporciones de luz generada en cada color primario. Esto permite la mezcla a todo color en lámparas con LED de diferentes colores. [52] A diferencia de otras tecnologías de iluminación, la emisión de LED tiende a ser direccional (o al menos lambertiana ), lo que puede ser ventajoso o desventajoso, según los requisitos. Para aplicaciones donde se requiere luz no direccional, se usa un difusor o se usan múltiples emisores LED individuales para emitir en diferentes direcciones.

Lámpara LED para el hogar

Bombilla de luz LED desmontada con placa de circuito de controlador y tornillo Edison

Tamaños de lámpara y bases

Las lámparas LED están fabricadas con conexiones y formas de lámpara estándar , como una base de tornillo Edison , una forma MR16 con una base de dos clavijas o un GU5.3 (tapa de dos clavijas) o GU10 (conexión de bayoneta) y se hacen compatibles con la tensión suministrada a los enchufes. Incluyen circuitos de controlador para rectificar la alimentación de CA y convertir el voltaje a un valor apropiado, generalmente una fuente de alimentación de modo conmutado .

A partir de 2010, algunas lámparas LED reemplazaron las bombillas de mayor potencia; por ejemplo, un fabricante afirmó que una lámpara LED de 16 vatios era tan brillante como una lámpara halógena de 150 W. [53] Una bombilla incandescente de uso general estándar emite luz con una eficiencia de aproximadamente 14 a 17 lúmenes / W, según su tamaño y voltaje. De acuerdo con el estándar de la Unión Europea, una lámpara de bajo consumo que dice ser equivalente a una lámpara de tungsteno de 60 W debe tener una salida de luz mínima de 806 lúmenes. [54]

Una selección de bombillas LED de consumo disponibles en 2012 como reemplazos directos de bombillas incandescentes en casquillos de rosca

Algunos modelos de lámparas LED son compatibles con los atenuadores que se utilizan para las lámparas incandescentes [55] (aunque los atenuadores para iluminación incandescente no son adecuados para los LED). Las lámparas LED a menudo tienen características de luz direccional. Estas lámparas consumen más energía que las lámparas fluorescentes compactas [56] [se necesita una mejor fuente ] y ofrecen una vida útil de 30.000 horas o más, reducida si se utilizan a una temperatura superior a la especificada. Las lámparas incandescentes tienen una vida útil típica de 1.000 horas [57] y las fluorescentes compactas de unas 8.000 horas. [58]Las lámparas mantienen la intensidad de la luz de salida a lo largo de su vida útil. Las especificaciones Energy Star requieren que las lámparas caigan menos del 10% después de 6.000 horas o más de funcionamiento y, en el peor de los casos, no más del 15%. [59] Las lámparas LED están disponibles con una variedad de propiedades de color. El precio de compra es más alto que el de la mayoría de las otras lámparas, aunque está bajando, pero la mayor eficiencia generalmente hace que el costo total de propiedad (precio de compra más costo de electricidad y cambio de bombillas) sea más bajo. [18]

Bombilla de luz LED "mazorca de maíz" de alta potencia

Varias empresas ofrecen lámparas LED para fines de iluminación general. La tecnología está mejorando rápidamente y se encuentran disponibles nuevas lámparas LED de consumo de bajo consumo. [60]

A partir de 2016 , en los Estados Unidos, las lámparas LED están a punto de ser adoptadas como la principal fuente de luz [61] debido a la caída de los precios y a la eliminación gradual de las lámparas incandescentes . [62] En los Estados Unidos, la Ley de Seguridad e Independencia Energética de 2007 prohíbe efectivamente la fabricación e importación de la mayoría de las lámparas incandescentes actuales. Las lámparas LED han bajado sustancialmente de precio y muchas variedades se venden con precios subsidiados por los servicios públicos locales. Sin embargo, en septiembre de 2019, la administración Trump revocó los requisitos para nuevas bombillas de bajo consumo. [63]

Un tubo de LED de 17 W que tiene la misma intensidad que un tubo fluorescente de 45 W

Lámparas de tubo LED

Artículo principal: tubo LED

Las luces de tubo LED están diseñadas para encajar físicamente en accesorios destinados a tubos fluorescentes . Algunas lámparas tubulares LED están diseñadas para ser un reemplazo directo en los accesorios existentes si se usa el balasto apropiado . Otros requieren volver a cablear los accesorios para quitar el lastre. Una lámpara de tubo LED generalmente utiliza muchos LED de montaje en superficie individuales que son direccionales y requieren una orientación adecuada durante la instalación, a diferencia de las lámparas de tubo fluorescente que emiten luz en todas las direcciones alrededor del tubo. La mayoría de las luces de tubo LED disponibles se pueden usar en lugar de las designaciones de tubo T5, T8, T10 o T12 , T8 es D26mm, T10 es D30mm, en longitudes de 590 mm (23 in), 1.200 mm (47 in) y 1.500 mm ( 59 pulg.).

Iluminación diseñada para LED

Lámpara de pared LED

Los accesorios de iluminación más nuevos con LED de larga duración incorporados, o diseñados para lámparas LED, se han comenzado a utilizar a medida que disminuye la necesidad de compatibilidad con los accesorios existentes. Dicha iluminación no requiere que cada bombilla contenga circuitos para funcionar con el voltaje de la red .

Plantas

Artículo principal: Luz de crecimiento § Diodos emisores de luz (LED)

Los experimentos revelaron un rendimiento y una producción sorprendentes de vegetales y plantas ornamentales bajo fuentes de luz LED. [64] Se han evaluado muchas especies de plantas en ensayos de invernadero para asegurarse de que la calidad de la biomasa y los ingredientes bioquímicos de dichas plantas sea al menos comparable con las que se cultivan en condiciones de campo. El rendimiento de las plantas de menta, albahaca, lentejas, lechuga, repollo, perejil y zanahoria se midió evaluando tanto la salud y el vigor de las plantas como el éxito de los LED en la promoción del crecimiento. También se notó una abundante floración de plantas ornamentales selectas, incluidas la prímula, la caléndula y el stock. [64] [65]

Los diodos emisores de luz (LED) ofrecen una iluminación eléctrica eficiente en las longitudes de onda deseadas (rojo + azul) que apoyan la producción de invernadero en un tiempo mínimo y con alta calidad y cantidad. Como los LED son fríos, las plantas se pueden colocar muy cerca de las fuentes de luz sin sobrecalentarse ni quemarse, lo que requiere mucho menos espacio para un cultivo intenso que con la iluminación de funcionamiento caliente.

Especialidad

Bombilla de reemplazo de linterna LED (izquierda), con equivalente de tungsteno (derecha)
Matriz de LED de temperatura de color variable en un reflector

Las lámparas LED blancas han dominado el mercado en aplicaciones en las que es importante una alta eficiencia a bajos niveles de potencia. Algunas de estas aplicaciones incluyen linternas , luces solares para jardines o pasillos y luces para bicicletas. Las lámparas LED de colores ahora se utilizan comercialmente para luces de señales de tráfico, donde la capacidad de emitir luz brillante del color requerido es esencial, y en cadenas de luces navideñas. Las lámparas LED para automóviles se utilizan ampliamente por su larga vida útil y su pequeño tamaño. Se utilizan varios LED en aplicaciones donde se requiere más salida de luz que la disponible de un solo LED.

Iluminación LED para exteriores

Proyectores LED

Aproximadamente en 2010, la tecnología LED llegó a dominar la industria de la iluminación exterior; Los LED anteriores no eran lo suficientemente brillantes para la iluminación exterior. Un estudio finalizado en 2014 concluyó que los consumidores reconocían fácilmente la temperatura de color y la precisión de las luces LED, con preferencia por los LED a temperaturas de color naturales. [66] Los LED ahora pueden igualar el brillo y la temperatura de color más cálida que los consumidores desean de su sistema de iluminación exterior.

Los LED se utilizan cada vez más para el alumbrado público en lugar de las lámparas de mercurio y sodio debido a sus menores costos de funcionamiento y reemplazo de lámparas. Sin embargo, ha existido la preocupación de que el uso de alumbrado público LED con luz predominantemente azul pueda causar daño ocular, y que algunos LED se enciendan y apaguen al doble de la frecuencia de la red, causando malestar en algunas personas y posiblemente induciendo a error con la maquinaria giratoria debido a efectos estroboscópicos . Estas preocupaciones se pueden abordar mediante el uso de una iluminación adecuada, en lugar de una simple preocupación por el costo. [67]

Comparación con otras tecnologías de iluminación

Consulte la eficacia luminosa para ver una tabla de eficiencia que compara varias tecnologías.

Tabla de comparación

Comparación de costos de una bombilla incandescente equivalente de 60 vatios (precios de la electricidad residencial en EE. UU.)
LED (EcoSmart claro) [68]LED (V-TAC) [69]LED (Philips) [70]LED (Cree) [71]CFL [72]Halógeno [73]Incandescente [ 74]
Precio de compra$ 3,29$ 1.79$ 2.033,50 USD0,99 USD1,17 $$ 0.41
Vatios6.598.59.5144360
lúmenes (media)800806800815775 [75]750860
lúmenes / vatio123,189,694,185,855,417,414.3
Temperatura de color kelvin2700270027002700270029202700
CRI8080+808582100100
Vida útil (horas)15.00020.00010,00025.00010,0001.0001.000
Vida útil de la lámpara en años a 6 horas / día6,89.14.611,44.60,460,46
Costo de energía durante 20 años a 12,5 centavos / kWh$ 36$ 49$ 47$ 5277 $$ 235$ 329
Costo de los reemplazos de las bombillas a lo largo de 20  años.$ 10$ 5$ 10$ 7$ 3$ 51$ 18
Costo total durante 20  años$ 45$ 55$ 57$ 59$ 80$ 287$ 347
Costo total por 860  lúmenes$ 49$ 58$ 61$ 62$ 88$ 329$ 347
Comparación basada en 6 horas de uso por día (43,800 horas durante 20 años)

En consonancia con la larga duración de las lámparas LED, se ofrecen garantías de larga duración. Sin embargo, actualmente no existen procedimientos de prueba estandarizados establecidos por el Departamento de Energía de los Estados Unidos para probar estas afirmaciones de cada fabricante. [76] Se dice que una lámpara LED doméstica típica tiene una "vida media" de 15.000 horas (15 años a 3 horas / día) y admite 50.000 ciclos de conmutación. [77]

Las lámparas incandescentes y halógenas tienen naturalmente un factor de potencia de 1, pero las lámparas fluorescentes compactas y LED utilizan rectificadores de entrada y esto provoca factores de potencia más bajos. Los factores de baja potencia pueden resultar en recargos para los usuarios comerciales de energía; Las lámparas CFL y LED están disponibles con circuitos de controlador para proporcionar cualquier factor de potencia deseado, o se puede realizar una corrección del factor de potencia en todo el sitio . Las normas de la UE requieren un factor de potencia mejor que 0,4 para potencias de lámpara entre 2 y 5 vatios, mejor que 0,5 para potencias de lámpara entre 5 y 25 vatios y superior a 0,9 para lámparas de mayor potencia. [78] [79]

Calificación Energy Star

Energy Star es un estándar internacional para productos de consumo energéticamente eficientes . [80] [81] Los dispositivos que llevan la marca de servicio Energy Star generalmente usan entre un 20% y un 30% menos de energía que la requerida por las normas estadounidenses. [82]

Cualificaciones de Energy Star LED : [83]

  • Reduce los costos de energía: utiliza al menos un 75% menos de energía que la iluminación incandescente , lo que ahorra en gastos operativos.
  • Reduce los costos de mantenimiento: dura de 35 a 50 veces más que la iluminación incandescente y aproximadamente de 2 a 5 veces más que la iluminación fluorescente. Sin reemplazo de lámparas, sin escaleras, sin un programa de eliminación continuo.
  • Reduce los costos de enfriamiento: los LED producen muy poco calor.
  • Está garantizado, viene con una garantía mínima de tres años, mucho más allá del estándar de la industria.
  • Ofrece funciones convenientes, disponibles con atenuación en algunos modelos para interiores y apagado automático de la luz del día y sensores de movimiento en algunos modelos para exteriores.
  • Es duradero, no se rompe como una bombilla de vidrio.

Para calificar para la certificación Energy Star, los productos de iluminación LED deben pasar una variedad de pruebas para demostrar que los productos mostrarán las siguientes características:

  • El brillo es igual o mayor que las tecnologías de iluminación existentes (incandescente o fluorescente) y la luz está bien distribuida sobre el área iluminada por el dispositivo.
  • La salida de luz permanece constante a lo largo del tiempo, solo disminuyendo hacia el final de la vida útil nominal (al menos 35,000 horas o 12 años según el uso de 8 horas por día).
  • Excelente calidad de color. El tono de la luz blanca parece claro y consistente a lo largo del tiempo.
  • La eficiencia es tan buena o mejor que la iluminación fluorescente.
  • La luz se enciende instantáneamente cuando se enciende.
  • Sin parpadeo cuando se atenúa.
  • Sin consumo de energía fuera del estado. El aparato no consume energía cuando está apagado, con la excepción de los controles externos, cuya potencia no debe exceder los 0.5 vatios en el estado apagado.
  • Factor de potencia de al menos 0,7 para todas las lámparas de 5 W o más.

Limitaciones

Muchos no funcionarán con los reguladores de intensidad existentes diseñados para lámparas incandescentes de mayor potencia. [55] Las luces LED deben ser explícitamente regulables y compatibles con la marca del regulador de intensidad. De lo contrario, provocará un parpadeo o un brillo dentro de las luces.

La reproducción del color no es idéntica a las lámparas incandescentes que emiten una radiación de cuerpo negro cercana a la perfecta como la del sol y para lo que han evolucionado los ojos. Se usa una unidad de medida llamada CRI para expresar cómo la capacidad de la fuente de luz para representar los chips de muestra de ocho colores se compara con una referencia en una escala de 0 a 100. [84] Los LED con CRI por debajo de 75 no se recomiendan para uso en iluminación interior. [85]

Las lámparas LED pueden parpadear. El efecto se puede ver en un video en cámara lenta de dicha lámpara. El alcance del parpadeo se basa en la calidad de la fuente de alimentación de CC incorporada en la estructura de la lámpara, generalmente ubicada en la base de la lámpara. Las exposiciones más prolongadas a la luz parpadeante contribuyen a los dolores de cabeza y la fatiga visual. [86] [87] [88]

La vida útil del LED como función del mantenimiento de la luz disminuye a temperaturas más altas, lo que limita la potencia que se puede utilizar en las lámparas que reemplazan físicamente los filamentos existentes y los tipos fluorescentes compactos. La gestión térmica de los LED de alta potencia es un factor importante en el diseño de equipos de iluminación de estado sólido. Las lámparas LED son sensibles al calor excesivo, como la mayoría de los componentes electrónicos de estado sólido . Además, la presencia de compuestos orgánicos volátiles incompatibles puede afectar el rendimiento y reducir la vida útil. [89]

La larga vida útil de los LED, que se espera que sea aproximadamente 50 veces mayor que la de las lámparas incandescentes más comunes y significativamente más larga que los tipos fluorescentes, es ventajosa para los usuarios, pero afectará a los fabricantes, ya que reduce el mercado de reemplazos en un futuro lejano. [17]

El ritmo circadiano humano puede verse afectado por las fuentes de luz . [90] [91] La temperatura de color efectiva de la luz del día es ~ 5700 K [92] (blanco azulado) mientras que las lámparas de tungsteno son ~ 2700 K (amarillo). [93] Las personas que tienen trastornos del ritmo circadiano del sueño a veces se tratan con terapia de luz (exposición a luz blanca azulada intensa durante el día) y terapia de oscuridad (uso de anteojos de color ámbar por la noche para reducir la luz azulada). [94] [95] [96]

Algunas organizaciones recomiendan que las personas no utilicen lámparas de color blanco azulado por la noche. La Asociación Médica Estadounidense se opone al uso de LED de color blanco azulado para el alumbrado público municipal. [97]

La investigación sugiere que el cambio al alumbrado público LED atrae un 48% más de insectos voladores que las lámparas HPS , lo que podría causar impactos ecológicos directos, así como impactos indirectos, como atraer más polillas gitanas a las áreas portuarias. [98]

Ver también

  • Linterna frontal § LED
  • Pantalla LED
  • Lista de tecnologías emergentes
  • Lista de fuentes de luz
  • Lux
  • Fotometría (óptica)
  • Ángulo de radiación
  • Lámpara solar
  • Iluminación de estado sólido
  • Espectroscopia

Referencias

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enlaces externos

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  • e-lumen.eu  : un sitio web de la Comisión Europea sobre la segunda generación de lámparas de bajo consumo
  • Algunas ciudades están volviendo a mirar la iluminación LED después de la advertencia de AMA (25 de septiembre de 2016), The Washington Post
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