Rendimiento de las lámparas LED y sus requisitos

introducción

El uso de LED en iluminación está creciendo rápidamente. En todo el mundo, entre un tercio y la mitad de las luminarias comerciales, industriales y de exterior utilizan módulos LED. El potencial de ahorro energético de los LED supera los 50%, lo que, combinado con la larga vida útil de las luminarias LED, reduce significativamente los costes de funcionamiento y mantenimiento. El resultado es un periodo de amortización más corto para los LED, y los proyectos de iluminación se inclinan más por esta tecnología de iluminación respetuosa con el medio ambiente.

En los últimos años, la transición del mercado a la iluminación LED ha sido mucho más rápida de lo que preveían las investigaciones. A veces resulta difícil seguir el ritmo del desarrollo de nuevos productos electrónicos y normas de iluminación, y constantemente se actualizan múltiples normas. Es importante que los responsables de la toma de decisiones y los usuarios comprendan la tecnología, el rendimiento y las normas de la iluminación LED para poder seleccionar una iluminación LED de alta calidad. Esto no sólo permite a los clientes seleccionar más rápidamente la luminaria adecuada para sus necesidades, sino que también garantiza que la nueva solución de iluminación seleccionada cumple las normas y requisitos de iluminación pertinentes.

Normas de rendimiento de las lámparas y linternas LED

En el sector de la iluminación LED, es importante identificar los principales parámetros de una luminaria LED y comprender el significado de cada uno de ellos. La norma general en la UE es que los equipos eléctricos (incluidas las luminarias) sólo pueden comercializarse y venderse si cumplen los requisitos esenciales de las directivas europeas pertinentes (traducidas a la legislación nacional). Las fuentes de luz (luminarias, módulos) y los aparatos de alumbrado están sujetos a la Directiva sobre baja tensión, la Directiva sobre compatibilidad electromagnética (CEM), la Directiva sobre productos relacionados con la energía (ErP) y la Directiva sobre seguridad general de los productos. Por lo tanto, estos productos (incluidas las farolas, los proyectores, la iluminación de estadios y la iluminación interior) deben cumplir los requisitos de CEM, CEM, diseño ecológico y otros.

La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) ha desarrollado normas de rendimiento para luminarias LED y módulos LED. Las normas de rendimiento para productos LED definen criterios de calidad y especifican condiciones de medición comunes acordadas. De este modo, todos los implicados o activos en la industria LED disponen de una base para comparar y evaluar el rendimiento de las luminarias LED. Este artículo se basa en las siguientes normas para luminarias LED y módulos LED.

IEC 62722-1:2014 Rendimiento de las lámparas - Parte 1: Requisitos generales: Requisitos generales.

IEC 62722-2-1:2014-11 Comportamiento de las luminarias Parte 2-1: Requisitos especiales para luminarias LED.

IEC 62717:2014-12+AMD:2015 Requisitos de funcionamiento de los módulos LED para iluminación general.

IEC 62031:2020 Módulos LED para iluminación general. los requisitos de rendimiento de las luminarias LED están directamente relacionados con las disposiciones de la norma sobre módulos LED; por lo tanto, esta norma también debe tenerse en cuenta al evaluar los sistemas de iluminación LED.

IEC 62778:2014 Evaluación del peligro de la luz azul para todos los productos de iluminación.

IEC 13032-1:2004, IEC 13032-2 e IEC 13032-4:2015 Luz e iluminación: distribución de la luz y flujo luminoso.

Requisitos básicos de rendimiento

Potencia nominal de entrada de las luminarias LED (en vatios)

Si la luminaria utiliza módulos/bombillas LED sustituibles, deberá declararse la potencia de entrada nominal y el número de módulos LED. En el caso de las luminarias que utilicen módulos LED, la potencia nominal de entrada se declarará en las especificaciones de la luminaria.

En las condiciones de tensión nominal, temperatura ambiente nominal Ta y flujo luminoso (potencia luminosa) 100% después de la estabilización térmica, la potencia de entrada medida (W) de la luminaria LED no deberá superar 10% de la potencia de entrada nominal declarada. Cuando la potencia de entrada nominal <10W, deberá tener una precisión de un decimal. Cuando la potencia nominal de entrada ≥ 10W, debe declararse como un número entero.

Para las luminarias que utilicen la tecnología de flujo luminoso constante, el factor de potencia de entrada nominal de la iluminación LED se declarará al principio y al final de la vida útil de la luminaria LxBy, o en función de la vida útil media de la luminaria Lx.

Flujo luminoso nominal de las luminarias LED (en lúmenes)

En el caso de las luminarias LED, el flujo luminoso nominal (lúmenes) debe declararse en la documentación del producto. Suele referirse al flujo luminoso inicial de una luminaria nueva en condiciones de funcionamiento específicas. El flujo luminoso nominal de una luminaria puede determinarse mediante un método de cálculo adecuado. El valor del flujo luminoso inicial medido de una luminaria no deberá ser inferior a 10% del flujo luminoso nominal publicado. Los valores de flujo luminoso global declarados para las luminarias LED se basan en una temperatura ambiente de 25°C, a menos que se indique lo contrario. Para más información sobre el ajuste de los valores de flujo luminoso (la denominada determinación absoluta de la luminosidad), consulte la norma EN 13032-4.

Potencia y flujo luminoso

Eficacia luminosa de las luminarias LED (unidad: lm/W)

La eficacia luminosa de las luminarias LED se refiere a la relación entre el flujo luminoso emitido por la luminaria y la potencia consumida (unidad: lumen/vatio), medida en lúmenes por vatio (lm/W) (método de cálculo del lumen). Es una medida de la eficacia de una fuente luminosa para producir luz visible. En general, cuanto mayor es la eficacia luminosa, más puede iluminar la luminaria la zona objetivo con una potencia menor. Sin embargo, para evaluar el rendimiento de una luminaria, a menudo no basta con considerar únicamente la eficacia luminosa, ya que la producción de lúmenes de una luminaria también incluye la luz parásita, que no contribuye a la iluminación de la zona objetivo. Por ejemplo, para los proyectores de haz estrecho y las farolas, es importante tener en cuenta no sólo la eficacia luminosa, sino también la distribución de la intensidad luminosa; para más detalles, véase más adelante.

Distribución de la intensidad luminosa de las luminarias LED

La distribución de la intensidad luminosa se determina utilizando un goniofotómetro y se registra en el documento de diseño del alumbrado (documento IES o LDT). La distribución espacial de la intensidad luminosa de una fuente de luz o luminaria se representa mediante una curva de distribución de la intensidad luminosa. La figura siguiente muestra la distribución de la intensidad luminosa de una luminaria de interior a la izquierda y de una farola a la derecha. La sección transversal en el eje vertical está representada por las curvas de distribución de la intensidad luminosa (IDC) en el plano C con el ángulo del haz γ asociado. Estas curvas deben representarse en coordenadas polares para cumplir la norma EN 13032-2. Los valores de intensidad luminosa se expresan en candelas (cd) o candelas por mil lúmenes (cd/klm).

Distribución de la luz o distribución de la intensidad luminosa

Ratio de mantenimiento del flujo luminoso

El mantenimiento del flujo luminoso describe la disminución del flujo luminoso con el paso del tiempo debido al envejecimiento de la luminaria durante su funcionamiento normal (esto excluye los efectos de factores externos como la suciedad, la óptica y el vidrio ligero). Se define como la relación entre el flujo luminoso decaído y el flujo luminoso inicial. Para el alumbrado exterior, la relación de mantenimiento del flujo luminoso se medirá a nivel de luminaria. La relación de mantenimiento del flujo luminoso se determinará en función de la vida útil nominal de la luminaria y será facilitada por el fabricante de conformidad con la norma IEC 62722-2-1:2014. Por ejemplo, la vida útil media Lx es igual a la duración del proyecto. Una vida útil media L90 = 100.000 horas significa que el flujo luminoso restante después de 100.000 horas es 90% del flujo luminoso inicial, lo que da como resultado una relación de mantenimiento del flujo luminoso = 0,90.

coordenadas de color

La coordenada de cromaticidad es una medida objetiva de la calidad de un color, independiente de la luminancia. La cromaticidad consta de dos parámetros separados, a menudo denominados tono (h) y croma (s), donde este último también se conoce como saturación, croma, intensidad o pureza de excitación. Las cantidades de estos parámetros se ajustan a la visión tricromática de la mayoría de las personas, que es la que asumen la mayoría de los modelos de la ciencia del color.

Una carta cromática es un gráfico que muestra todos los colores posibles. Cada color está definido por un par de coordenadas numéricas: las coordenadas cromáticas. Podemos utilizar una carta cromática para ver cómo se mezclan los distintos colores de la luz. Los puntos de los bordes de las curvas del gráfico son colores espectrales puros: los colores del arco iris. La línea entre dos puntos cualesquiera del diagrama muestra todos los colores que pueden producirse mezclando esos dos colores. Así, cualquier color del diagrama puede obtenerse mezclándolo de distintas maneras. Sólo los colores de los bordes del diagrama son colores únicos. Si ampliamos esta idea a la mezcla de tres colores, obtenemos un triángulo. Este triángulo se denomina gama cromática. La gama de colores muestra todos los colores que pueden obtenerse mezclando los colores de las tres esquinas. Los bordes de la gama de colores son los colores que pueden obtenerse mezclando los dos colores de los extremos.

Elipses de MacAdam

propiedad de reproducción cromática

La reproducción cromática se expresa mediante el índice de reproducción cromática (Ra). Aunque las fuentes de luz pueden emitir el mismo color de luz, puede haber diferencias en la reproducción cromática de la fuente de luz debido a diferencias en la composición espectral del haz de luz. Por lo tanto, se introdujo el índice general de reproducción cromática Ra, que proporciona una escala para identificar objetivamente las características de reproducción cromática de una fuente de luz. Indica el grado de coincidencia entre el color percibido de un objeto bajo una fuente de luz particular y su apariencia bajo una fuente de luz de referencia. Según la norma EN 12464-1, las fuentes luminosas con un índice de reproducción cromática inferior a 80 no deben utilizarse en lugares de trabajo donde las personas pasen largos periodos de tiempo. Un índice de reproducción cromática Ra superior a 90 se considera generalmente muy bueno, mientras que un valor Ra entre 80 y 90 se califica de bueno.

rendimiento del color

tolerancia de color

La tolerancia del color puede definirse con precisión utilizando las coordenadas x e y de la carta de colores CIE. en 1942, el científico McAdam (McAdam) realizó experimentos con 25 colores utilizando temperaturas de color correlacionadas, midió entre 5 y 9 puntos opuestos de cada color y registró los dos puntos que podían distinguirse entre sí cuando había una diferencia de color. El resultado fue una serie de teorías de diferentes tamaños y longitudes conocidas como elipses de McAdam: la teoría de la elipse de McAdam. Una elipse McAdam es un área de la carta de colores CIE que contiene un color que el ojo humano no puede distinguir del color situado en el centro de la elipse. El contorno de la elipse representa el color distinguible. Las elipses de McAdam suelen ampliarse, por ejemplo, a tres, cinco o siete veces su diámetro original. Estas elipses McAdam de tres, cinco o siete pasos se utilizan para distinguir entre dos fuentes luminosas, donde “paso” representa la gama de diferencias de color. Una fuente de luz con una elipse McAdam de tres pasos muestra menos variación que una fuente de luz con una elipse McAdam de cinco pasos. Debe prestarse especial atención a que la diferencia de color sea pequeña, sobre todo en aplicaciones de iluminación en las que las fuentes luminosas no están muy separadas y pueden verse al mismo tiempo.

Temperatura ambiente especificada de la luminaria

El rendimiento de una luminaria puede verse afectado por la temperatura ambiente. La temperatura ambiente nominal Ta es la temperatura máxima a la que la luminaria puede funcionar de forma continua en condiciones normales de funcionamiento (puede superar brevemente los 10K durante el funcionamiento). Cuando Ta = 25°C, no es necesaria una declaración especial de la luminaria; otros valores de temperatura ambiente nominal deben declararse. Para demostrar que la luminaria es capaz de funcionar normalmente a temperaturas elevadas durante largos periodos de tiempo, la norma 62722-2-1 introduce el parámetro Tq. La temperatura Tq (calidad) indica la temperatura ambiente nominal máxima permitida a un nivel especificado de rendimiento (incluida la esperanza de vida, las características de iluminación). Por ejemplo, una luminaria ZGSM puede funcionar normalmente a 50°C durante largos periodos de tiempo, por lo que su Tq nominal = 50°C.

Normas de vida útil para lámparas y linternas LED

La vida útil de una luminaria LED no se define por un único punto de fallo repentino. De hecho, la mayoría de las luminarias no fallan completamente en un determinado tiempo de funcionamiento, sino que su luminosidad disminuye con el tiempo (es decir, la potencia luminosa decae), lo que se denomina una disminución gradual de la potencia luminosa. Así pues, la vida útil de una luminaria LED está limitada esencialmente por una disminución del flujo luminoso por debajo de un nivel mínimo predefinido de “x[%]” y por un fallo repentino. Aquí no se considera el fallo del dispositivo de control de los LED. Además del decaimiento de los LED, la reducción o decaimiento del flujo luminoso también puede deberse al fallo de LED individuales o de módulos LED. Los criterios de vida útil de las luminarias se describen detalladamente en las normas IEC 62717 e IEC 62722.

resumir

A través de este artículo, esperamos que comprenda en cierta medida los requisitos de rendimiento de las luminarias LED. Estos requisitos de rendimiento incluyen la potencia, el flujo luminoso, la eficacia luminosa, la distribución de la luz, la temperatura del color, el índice de reproducción cromática, la tolerancia del color, la vida útil (índice de mantenimiento del flujo luminoso) y otros (factor de mantenimiento de la luz y fallo repentino). Estos parámetros son los puntos clave en los que hay que centrarse en un proyecto de iluminación, y están relacionados con si el proyecto cumple los requisitos, incluida la eficiencia energética, la iluminancia y el mantenimiento rutinario. Este artículo es sólo una breve introducción; para una comprensión más profunda, consulte el contenido correspondiente en línea.

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