Prestazioni delle lampade LED e le loro requisiti

introduttivo

L'uso dei LED nell'illuminazione è in rapida crescita. A livello globale, circa 1/3 - 1/2 di tutti gli apparecchi di illuminazione commerciale, industriale e per esterni utilizzano moduli LED. Il potenziale risparmio energetico dei LED supera i 50%, il che, unito alla lunga durata di vita degli apparecchi LED, riduce significativamente i costi operativi e di manutenzione. Ciò si traduce in un periodo di ammortamento più breve per i LED e i progetti di illuminazione sono più inclini a scegliere questa tecnologia di illuminazione ecologica.

Negli ultimi anni, la transizione del mercato verso l'illuminazione a LED è stata molto più rapida di quanto previsto dalla ricerca. A volte è difficile tenere il passo con lo sviluppo di nuovi standard elettronici e di illuminazione, che vengono costantemente aggiornati. È importante che i responsabili delle decisioni e gli utenti comprendano la tecnologia, le prestazioni e gli standard dell'illuminazione a LED per poter scegliere un'illuminazione a LED di alta qualità. Questo non solo consente ai clienti di scegliere più rapidamente l'apparecchio giusto per le loro esigenze, ma garantisce anche che la nuova soluzione illuminotecnica scelta soddisfi gli standard e i requisiti di illuminazione pertinenti.

Norme sui requisiti prestazionali di lampade e lanterne a LED

Nel settore dell'illuminazione a LED, è importante identificare i parametri principali di un apparecchio di illuminazione a LED e comprendere il significato di ciascun parametro. La regola generale nell'UE è che le apparecchiature elettriche (compresi gli apparecchi di illuminazione) possono essere commercializzate e vendute solo se soddisfano i requisiti essenziali delle direttive europee pertinenti (tradotte in leggi nazionali). Le sorgenti luminose (apparecchi, moduli) e gli apparecchi di illuminazione sono soggetti alla direttiva sulla bassa tensione, alla direttiva sulla compatibilità elettromagnetica (EMC), alla direttiva sui prodotti connessi all'energia (ErP) e alla direttiva sulla sicurezza generale dei prodotti. Pertanto, questi prodotti (compresi i lampioni, i proiettori, l'illuminazione degli stadi e l'illuminazione interna) devono essere conformi ai requisiti EMC, EMF, eco-design e altri.

La Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) ha sviluppato degli standard di prestazione per gli apparecchi e i moduli LED. Gli standard di prestazione per i prodotti LED definiscono i criteri di qualità e specificano le condizioni di misurazione comuni concordate. In questo modo, tutti coloro che sono coinvolti o attivi nell'industria dei LED hanno una base per confrontare e valutare le prestazioni degli apparecchi di illuminazione a LED. Questo articolo si basa sui seguenti standard per apparecchi e moduli LED.

IEC 62722-1:2014 Prestazioni delle lampade Parte 1: Prescrizioni generali.

IEC 62722-2-1:2014-11 Prestazioni degli apparecchi di illuminazione Parte 2-1: Prescrizioni speciali per apparecchi di illuminazione a LED.

IEC 62717:2014-12+AMD:2015 Requisiti prestazionali per moduli LED per illuminazione generale.

IEC 62031:2020 Moduli LED per illuminazione generale. i requisiti prestazionali degli apparecchi di illuminazione a LED sono direttamente correlati alle disposizioni della norma sui moduli LED; pertanto, nella valutazione dei sistemi di illuminazione a LED occorre tenere conto anche di questa norma.

IEC 62778:2014 Valutazione del rischio di luce blu per tutti i prodotti di illuminazione.

IEC 13032-1:2004, IEC 13032-2 e IEC 13032-4:2015 Luce e illuminazione: distribuzione della luce e flusso luminoso.

Requisiti di base delle prestazioni

Potenza nominale di ingresso degli apparecchi LED (in watt)

Se l'apparecchio utilizza moduli/lampadine LED sostituibili, devono essere dichiarati la potenza nominale in ingresso e il numero di moduli LED. Per gli apparecchi che utilizzano moduli LED, la potenza nominale di ingresso deve essere dichiarata nelle specifiche dell'apparecchio.

In condizioni di tensione nominale, temperatura ambiente nominale Ta e flusso luminoso (emissione luminosa) di 100% dopo la stabilizzazione termica, la potenza di ingresso misurata (W) dell'apparecchio LED non deve superare 10% della potenza di ingresso nominale dichiarata. Quando la potenza nominale in ingresso è <10W, deve essere precisa con un decimale. Quando la potenza nominale in ingresso è ≥ 10W, deve essere dichiarata come numero intero.

Per gli apparecchi che utilizzano la tecnologia a flusso luminoso costante, il fattore di potenza nominale in ingresso dell'illuminazione a LED deve essere dichiarato all'inizio e alla fine della vita dell'apparecchio LxBy, oppure in base alla vita media dell'apparecchio Lx.

Flusso luminoso nominale degli apparecchi LED (in lumen)

Nel caso degli apparecchi LED, il flusso luminoso nominale (lumen) deve essere dichiarato nella documentazione del prodotto. Di solito si riferisce al flusso luminoso iniziale di un apparecchio nuovo in condizioni di funzionamento specifiche. Il flusso luminoso nominale di un apparecchio può essere determinato con un metodo di calcolo appropriato. Il valore del flusso luminoso iniziale misurato di un apparecchio non deve essere inferiore a 10% del flusso luminoso nominale pubblicato. I valori di flusso luminoso complessivo dichiarati per gli apparecchi LED si basano su una temperatura ambiente di 25°C, se non diversamente indicato. Per ulteriori informazioni sulla determinazione dei valori di flusso luminoso (la cosiddetta determinazione assoluta della luminosità), si rimanda alla norma EN 13032-4.

Potenza e flusso luminoso

Efficienza luminosa degli apparecchi LED (unità: lm/W)

L'efficacia luminosa degli apparecchi LED si riferisce al rapporto tra il flusso luminoso emesso dall'apparecchio e la potenza consumata (unità: lumen/watt), misurata in lumen per watt (lm/W) (metodo di calcolo dei lumen). È una misura dell'efficienza di una sorgente luminosa nel produrre luce visibile. In generale, maggiore è l'efficienza luminosa, più l'apparecchio è in grado di illuminare l'area di destinazione con una potenza inferiore. Tuttavia, per valutare le prestazioni di un apparecchio di illuminazione, spesso non è sufficiente considerare la sola efficienza luminosa, in quanto il flusso luminoso di un apparecchio comprende anche la luce parassita, che non contribuisce all'illuminazione dell'area di destinazione. Ad esempio, per i proiettori a fascio stretto e i lampioni, è importante considerare non solo l'efficienza luminosa, ma anche la distribuzione dell'intensità luminosa; per maggiori dettagli, si veda più avanti.

Distribuzione dell'intensità luminosa degli apparecchi LED

La distribuzione dell'intensità luminosa viene determinata con un Goniofotometro e registrata nel documento di progettazione illuminotecnica (documento IES o LDT). La distribuzione spaziale dell'intensità luminosa di una sorgente o di un apparecchio di illuminazione è rappresentata da una curva di distribuzione dell'intensità luminosa. La figura seguente mostra la distribuzione dell'intensità luminosa di un apparecchio per interni a sinistra e di un lampione a destra. La sezione trasversale sull'asse verticale è rappresentata dalle curve di distribuzione dell'intensità luminosa (IDC) nel piano C con l'angolo di fascio associato γ. Queste curve devono essere rappresentate in coordinate polari per essere conformi alla norma EN 13032-2. I valori di intensità luminosa sono espressi in candele (cd) o candele per mille lumen (cd/klm).

Distribuzione della luce o distribuzione dell'intensità luminosa

Rapporto di mantenimento del flusso luminoso

Il mantenimento del flusso luminoso descrive il decadimento del flusso luminoso nel tempo, dovuto all'invecchiamento dell'apparecchio durante il normale funzionamento (sono esclusi gli effetti di fattori esterni come sporcizia, ottiche e vetri leggeri). È definito come il rapporto tra il flusso luminoso decaduto e il flusso luminoso iniziale. Per l'illuminazione esterna, il rapporto di mantenimento del flusso luminoso sarà misurato a livello di apparecchio. Il rapporto di mantenimento del flusso luminoso sarà determinato in base alla durata nominale dell'apparecchio e sarà fornito dal produttore in conformità alla norma IEC 62722-2-1:2014. Ad esempio, la vita media Lx è pari alla durata del progetto. Una vita media L90 = 100.000 ore significa che il flusso luminoso rimanente dopo 100.000 ore è pari a 90% del flusso luminoso iniziale, con un conseguente rapporto di mantenimento del flusso luminoso = 0,90.

coordinate di colore

La coordinata cromatica è una misura oggettiva della qualità di un colore, indipendente dalla luminanza. La cromaticità è costituita da due parametri separati, spesso indicati come tinta (h) e croma (s), dove quest'ultimo è noto anche come saturazione, croma, intensità o purezza di eccitazione. Le quantità di questi parametri seguono la visione tricromatica della maggior parte delle persone, che viene assunta dalla maggior parte dei modelli di scienza del colore.

Un diagramma cromatico è un grafico che mostra tutti i colori possibili. Ogni colore è definito da una coppia di coordinate numeriche: le coordinate cromatiche. Possiamo usare un grafico cromatico per vedere come si mescolano i diversi colori della luce. I punti sui bordi delle curve del grafico sono i colori spettrali puri: i colori dell'arcobaleno. La linea tra due punti qualsiasi del diagramma mostra tutti i colori che possono essere prodotti mescolando questi due colori. Pertanto, ogni colore del diagramma può essere ottenuto mescolandolo in modi diversi. Solo i colori ai bordi del diagramma sono colori unici. Se estendiamo questa idea alla miscelazione di tre colori, otteniamo un triangolo. Questo triangolo è chiamato gamma di colori. La gamma cromatica mostra tutti i colori che si possono ottenere mescolando i colori ai tre angoli. I bordi della gamma cromatica sono i colori che si possono ottenere mescolando i due colori finali.

Elipses de MacAdam

proprietà di resa del colore

La resa cromatica è espressa dall'indice di resa cromatica (Ra). Anche se le sorgenti luminose possono emettere lo stesso colore di luce, possono esserci differenze nella resa cromatica della sorgente luminosa a causa della diversa composizione spettrale del fascio luminoso. Pertanto, è stato introdotto l'indice generale di resa cromatica Ra, che fornisce una scala per identificare oggettivamente le caratteristiche di resa cromatica di una sorgente luminosa. Esso indica il grado di corrispondenza tra il colore percepito di un oggetto sotto una particolare sorgente luminosa e il suo aspetto sotto una sorgente luminosa di riferimento. Secondo la norma EN 12464-1, le sorgenti luminose con un indice di resa cromatica inferiore a 80 non dovrebbero essere utilizzate in luoghi di lavoro in cui le persone trascorrono lunghi periodi di tempo. Un valore dell'indice di resa cromatica Ra superiore a 90 è generalmente considerato molto buono, mentre un valore Ra compreso tra 80 e 90 è definito buono.

prestazioni del colore

tolleranza del colore

La tolleranza del colore può essere definita con precisione utilizzando le coordinate x e y della tabella dei colori CIE. Nel 1942, lo scienziato McAdam (McAdam) condusse esperimenti su 25 colori utilizzando temperature di colore correlate, misurando circa 5-9 opposti di ogni punto di colore e registrando i due punti che potevano essere distinti l'uno dall'altro quando c'era una differenza di colore. Il risultato fu una serie di teorie di varie dimensioni e lunghezze, note come ellissi di McAdam: la teoria dell'ellisse di McAdam. Un'ellisse di McAdam è un'area della tabella dei colori CIE che contiene un colore che l'occhio umano non può distinguere dal colore al centro dell'ellisse. Il contorno dell'ellisse rappresenta il colore distinguibile. Le ellissi di McAdam vengono solitamente ingrandite, ad esempio, a tre, cinque o sette volte il loro diametro originale. Queste ellissi di McAdam a tre, cinque o sette gradini vengono utilizzate per distinguere due sorgenti luminose, dove il “gradino” rappresenta la gamma di differenze di colore. Una sorgente luminosa con un'ellisse di McAdam a tre gradini presenta una variazione minore rispetto a una sorgente luminosa con un'ellisse di McAdam a cinque gradini. È necessario prestare particolare attenzione affinché la differenza di colore sia minima, soprattutto nelle applicazioni di illuminazione in cui le sorgenti luminose sono poco distanti e possono essere viste contemporaneamente.

Temperatura ambiente specificata dell'apparecchio di illuminazione

Le prestazioni di un apparecchio possono essere influenzate dalla temperatura ambiente. La temperatura ambiente nominale Ta è la temperatura massima a cui l'apparecchio può funzionare ininterrottamente in condizioni di funzionamento normali (può superare brevemente i 10K durante il funzionamento). Quando Ta = 25°C, non è richiesta alcuna dichiarazione speciale per l'apparecchio; altri valori di temperatura ambiente nominale devono essere dichiarati. Per dimostrare che l'apparecchio è in grado di funzionare normalmente a temperature elevate per lunghi periodi di tempo, la norma 62722-2-1 introduce il parametro Tq. La temperatura Tq (qualità) indica la massima temperatura ambiente nominale consentita a un determinato livello di prestazioni (compresa l'aspettativa di vita e le caratteristiche illuminotecniche). Ad esempio, un apparecchio ZGSM può funzionare normalmente a 50°C per lunghi periodi di tempo, quindi la sua Tq nominale = 50°C.

Standard di durata per lampade e lanterne a LED

La vita di un apparecchio LED non è definita solo da un punto di guasto improvviso. Infatti, la maggior parte degli apparecchi di illuminazione non si guasta completamente entro un certo tempo di funzionamento, ma la loro luminosità diminuisce nel tempo (cioè l'emissione luminosa decade), il che viene definito come un decadimento graduale dell'emissione luminosa. Pertanto, la durata di un apparecchio LED è essenzialmente limitata da una diminuzione del flusso luminoso al di sotto di un livello minimo predefinito di “x[%]” e da un guasto improvviso. Il guasto del dispositivo di controllo dei LED non viene considerato in questa sede. Oltre al decadimento dei LED, la riduzione o il decadimento del flusso luminoso possono essere causati anche dal guasto di singoli LED o moduli LED. I criteri di durata degli apparecchi di illuminazione sono descritti in dettaglio nelle norme IEC 62717 e IEC 62722.

riassumere

Con questo articolo ci auguriamo che abbiate compreso i requisiti prestazionali degli apparecchi di illuminazione a LED. I requisiti di prestazione comprendono la potenza, il flusso luminoso, l'efficacia luminosa, la distribuzione della luce, la temperatura del colore, l'indice di resa cromatica, la tolleranza cromatica, la durata (tasso di mantenimento del flusso luminoso) e altri parametri (fattore di mantenimento della luce e guasto improvviso). Questi parametri sono i punti chiave su cui concentrarsi in un progetto illuminotecnico e riguardano la conformità del progetto ai requisiti, tra cui l'efficienza energetica, l'illuminamento e la manutenzione ordinaria. Questo articolo è solo una breve introduzione; per una comprensione più approfondita, si rimanda ai relativi contenuti online.