La denominada como Eficiencia en Aplicación de la Iluminación describe la entrega eficiente de luz desde la fuente de luz hasta la tarea final iluminada y se considera una nueva frontera para el ahorro de energía con las tecnologías de iluminación LED. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) propone un marco para este concepto que consta de cuatro elementos principales: la eficiencia de la fuente de luz, la eficiencia de la entrega óptica, la eficiencia espectral y finalmente la efectividad de la intensidad. Para clarificar más este concepto, el DOE ha hecho una investigación centrada en varios productos LED, los cuales han modificado su salida espectral, ya que el método de modificación del espectro tiene un impacto significativo en la eficiencia de la fuente de luz, la entrega óptica y la eficiencias espectrales a largo plazo y por tanto en la eficiencia en aplicación.
El nuevo informe presentado por el DOE evalúa el rendimiento de los productos LED que han modificado la salida espectral en términos de mantenimiento de la cromaticidad, eficacia luminosa, fiabilidad del producto y sus posibles impactos en la eficiencia en aplicación. Debido a la alta fiabilidad de los dispositivos LED, la consideración del rendimiento a largo plazo de los dispositivos SSL sólo puede hacerse a través de estos ensayos de envejecimiento acelerado. Es por ello que en esta investigación de desarrollo un régimen de pruebas de estrés acelerado para abordar los cambios que se pueden producir durante el envejecimiento de estos dispositivos LED.
Las salidas espectrales modificadas de los productos LED que se examinan en la investigación se presentan en una variedad de formas y logran un mejor rendimiento óptico mediante el uso de diversos métodos: filtrado de las emisiones de luz, omitir los emisores de la mezcla de fósforo, añadiendo emisores adicionales a la mezcla de fósforo, o usando múltiples LED primarios con un mecanismos de conmutación manual. Cada uno de estos métodos para modificar la salida espectral tiene su propio impacto en el rendimiento del dispositivo y finalmente en la eficiencia de aplicación. Cuando se modifica el espectro debido a un filtro óptico, los fotones generados por el dispositivo son absorbidos por el filtro. El resultado es que la energía gastada para producir esos fotones absorbidos se desperdicia, lo que lleva a una menor eficiencia del dispositivo y a una menor eficacia luminosa. Del mismo modo, la adición de emisores introduce más preocupaciones sobre los efectos de cada uno de los emisores que contribuyen al rendimiento y la eficiencia del dispositivo con el tiempo. En algunos nuevos productos orientados al bienestar humano, el LED azul se omite en las emisiones y se sustituye por un LED violeta. Este LED violeta reduce la eficacia luminosa y tiene el potencial de distorsionar las propiedades de reproducción del color. Por último, el aumento de la complejidad electrónica necesaria para regular la corriente a las primarias de los LED individuales para la mezcla espectral manual tiene el potencial de reducir la eficiencia del dispositivo y aumentar los costos de producción generales.
Todos los productos examinados en el estudio utilizan diodos emisores de luz de potencia media (MP-LED), aunque el número, la configuración, el contenido de fósforo y la emisión de los LED difieren. A continuación se listan los productos que han sido analizados:
- MS1: Bombilla A19 con un globo de vidrio herméticamente sellado, que contiene un filtro óptico incorporado para absorber las emisiones verdes y amarillas, creando así un espectro modificado “similar al sol”.
- MS2: Bombilla A19 con 30 MP-LEDs y utilizan un LED violeta, junto con emisiones de fósforo verde y rojo, para producir un “espectro saludable”. Este espectro omite las emisiones azules en un esfuerzo por reducir el lux melanópico.
- MS3: Módulo LED que consiste en 21 MP-LEDs que utiliza una LED violeta, junto con fósforos azul, verde y rojo, para producir un espectro «similar al del sol”.
- MS4 y MS5: 2 Downlights de 6 pulgadas que utilizan un mecanismo de conmutación mabual para que para que los usuarios puedan seleccionar las temperaturas de color correlacionadas específicas de la aplicación antes de la instalación. Estos contienen dos LEDs primarios D (2.700 Kelvin [K] y 5.000 K) para la sintonización espectral.
Los resultados obtenidos después de ser sometidos estos productos a los ensayos de envejecimiento acelerado, demuestran que a menudo se reduce la eficiencia de la fuente de luz para lograr diferentes características espectrales. Además, el envejecimiento de los componentes ópticos (por ejemplo, lentes, máscaras de soldadura) en los dispositivos puede producir un aumento de la absorción de la luz, lo que afecta negativamente a la eficiencia de la entrega óptica y a la eficiencia de la fuente de luz. A continuación se listan algunas de las conclusiones obtenidas del estudio:
- La mejora del rendimiento óptico se produjo a costa de la reducción de la eficiencia de la fuente de luz para las lámparas y motores de luz examinados en este estudio. El filtro óptico utilizado para producir un espectro «similar al del sol» para el producto MS-1 redujo la eficiencia de la fuente de luz en un 26%, de 113 lúmenes por vatio (lm/W) a 85 lm/W. Los productos MS-2 y MS-3 que utilizaron un LED con bomba violeta para lograr un rendimiento óptico mejorado «saludable» y «similar al del sol», respectivamente, sufrieron la mayor reducción en la eficiencia inicial de la fuente de luz (49 lm/W para el producto MS-2 y 68 lm/W para el producto MS-3) quizás debido al uso del LED violeta como bomba óptica. El Producto MS-2 también tuvo la menor fidelidad de color debido a la subsaturación de los azules y la sobresaturación de los verdes y amarillos.
- El mantenimiento de la cromaticidad de los productos en este estudio fue generalmente bueno, con fallos paramétricos que sólo se produjeron en un producto. El cambio de cromaticidad para el Producto MS-3 en las condiciones de prueba de 7575 resultó de la reducción de las emisiones de los amplios fósforos verde y rojo utilizados para imitar la luz solar en el rango de 500-750 nanómetros (nm). Como resultado de estas pérdidas de emisión de fósforo, la cromaticidad se desplazó hacia el LED de color violeta y el fósforo azul, que son más estables.
- Aunque el mantenimiento de la cromaticidad fue aceptable para la mayoría de los productos ensayados, se observaron diferentes mecanismos de cambio de cromaticidad para los ensayos de temperatura y humedad en comparación con la temperatura sola para los productos MS-1, MS-2 y MS-3.
- Se necesitan tiempos de prueba más largos para comprender plenamente el LFM, los cambios de eficacia luminosa y los cambios de cromaticidad de algunos de los productos.
Los datos reunidos en este informe comienzan a proporcionar una comprensión de las compensaciones a las que se someten los productos LED actuales cuando se optimizan los diferentes elementos de eficiencia relacionados con la eficiencia en aplicación, y que van a ser fundamentales para mejorar los futuros diseños de dispositivos de iluminación LED.
Fuente de imagen: DOE
