Risparmio energetico: il ruolo chiave dell’illuminazione a stato solido

Grazie alla continua erosione dei prezzi l'illuminazione a LED sta via via sostituendo le soluzioni di illuminazioni tradizionali, più ingombranti e meno efficienti, e si può quindi a buon diritto definire come una tecnologia di tipo "disruptive" (in pratica un'innovazione tecnologica che si impone rispetto alle esistenti e conquista un mercato esistente o ne fa nascere di nuovi).

Introduzione

Finanziate in parte dal Dipartimento dell'Energia statunitense (DoE – Department of Energy), le attività di ricerca nel settore dell'illuminazione a stato solido non sono certamente terminate. Mentre alcuni produttori sono usciti dal mercato a causa della riduzione del prezzo medio di vendita (ASP – Average Selling Price), quelli che sono rimasti hanno dimostrato un impegno che dovrebbe garantire loro il successo sul lungo periodo. Una parte dei finanziamenti destinati alla ricerca sono stati impiegati nello sviluppo di OLED (Organic LED) da utilizzare per applicazioni di illuminazione. A questo punto la domanda da porsi è se ciò rappresenti una minaccia oppure un'opportunità per i LED. Al seguente link un interessante articolo dal titolo "Colleghiamo un display OLED ad ESPertino".

L'obiettivo del mondo industriale è raggiungere il traguardo dei 200 lumen/Watt in termini di efficienza luminosa entro il 2025, valore questo previsto dalla legge di Haitz (la quale afferma anche che il costo per lumen è destinato a diminuire di un fattore pari a 10 ogni 10 anni). Mentre i LED sembrano avviati a raggiungere questo obiettivo, per gli OLED vi sono ancora alcuni problemi da risolvere. In ogni caso, gli OLED garantiscono altri vantaggi che ne potrebbero favorire la diffusione.

Gli apparecchi di illuminazione a LED ad alta luminosità, che solitamente vengono realizzati utilizzando più emettitori focalizzati in un cono di luce, sono utilizzati in misura sempre maggiore in sostituzione di apparecchi di illuminazione che utilizzano lampade fluorescenti e a incandescenza in campo architettonico, oltre che negli uffici e nelle abitazioni. Il ritorno dell'investimento è generalmente calcolato sulla base di un certo numero di ore di funzionamento e, grazie all'evoluzione della tecnologia LED, questo numero diminuisce su base costante. Gli OLED, dal canto loro, sono caratterizzati da una durata nettamente inferiore e un costo più elevato rispetto ai LED (il cui prezzo di acquisto è a sua vota superiore rispetto a quello delle soluzioni di illuminazione tradizionali), oltre che da un'uscita luminosa inferiore. Nonostante gli svantaggi appena evidenziati, il loro futuro appare comunque brillante.

Il crescente interesse per l'illuminazione OLED è ascrivibile in larga misura a ragioni di natura estetica: questa tecnologia è in grado di garantire una distribuzione della luce molto più uniforme e supporta fattori di forma più sottili. I dispositivi OLED sono quindi molto più sottili rispetto a quelli che utilizzano i LED. Questo è dovuto al fatto che non richiedono l'integrazione di diffusori o riflettori, in quanto la luce è emessa direttamente dalla superficie. Ciò significa che i dispositivi OLED possono essere prodotti in varie forme e dimensioni per soddisfare le esigenze di specifiche installazioni, mettendo a disposizione una sorgente di luce più naturale su aree di grandi dimensioni al posto di un singolo punto luce. Appaiono dunque chiare le ragioni per cui tale tecnologia ha attirato l'attenzione sia dei progettisti di interni sia dei consumatori più esigenti.

E' indubbio che l'efficienza luminosa degli OLED, compresa tra 60 80 lumen/Watt, è ancora molto inferiore rispetto a quella dei LED, che si avvicina a 200 lumen/Watt. In ogni caso in questi ultimi anni si sono registrati interessanti progressi e l'adozione della tecnologia AMOLED (Active Matrix OLED) per la realizzazione di display utilizzati in TV, smartphone e altri dispositivi portatili è un’ulteriore dimostrazione che gli investimenti in questo settore restano comunque elevati. Tutto ciò avrà un impatto positivo sugli sviluppi della tecnologia OLED per applicazioni nel campo dell'illuminazione.

Anche se il numero di produttori di OLED è decisamente inferiore rispetto a quello dei produttori di LED, aziende come LG Display (Corea) e OLEDworks (U.S.A.) stanno effettuando notevoli investimenti nelle attività di ingegnerizzazione per supportare l'evoluzione di questa tecnologia – con prodotti di illuminazione commerciali disponibili in negozi specializzati in articoli per la casa e il bricolage.

Sebbene la diffusione su larga scala dei pannelli OLED è ancora penalizzata dal costo elevato, questa tecnologia ha iniziato a essere impiegata negli apparecchi di illuminazione di tipo ibrido, che prevedono la coesistenza di LED e OLED per fornire una sorgente luminosa più naturale.

Un’illuminazione più “intelligente”

L'illuminazione a stato solido, indipendentemente dal fatto che utilizzi LED oppure OLED, sta alimentando la domanda di sistemi di illuminazione sempre più "intelligenti". La possibilità di regolare l'intensità luminosa è stata ampiamente utilizzata come un mezzo efficace per risparmiare energia. Mediante l’integrazione di meccanismi di controllo di questo tipo in un sistema BMS (Buiding Management System) è possibile conseguire risparmio di questo tipo in modo automatico. Mentre numerose implementazione di un BMS sono realizzate “ad hoc”, un recente sviluppo potrebbe consentire di connettere in rete quasi istantaneamente tutti i sistemi di illuminazione. La più recente release delle specifiche Bluetooth prevede la possibilità di implementare reti di tipo mesh (o magliate, in cui non esiste un nodo centrale a cui tutti gli altri devono collegarsi per scambiare dati) e questa opzione rappresenta, secondo Bluetooth SIG (Special Interest Group), la soluzione ideale per aggiungere funzionalità di networking “intelligente” alle installazioni di illuminazione esistenti.

Una rete di tipo mesh utilizza qualsiasi dispositivo come se fosse un nodo e ogni nodo è in grado di ricevere e ritrasmettere messaggi da/verso gli altri nodi che compongono la rete. Si tratta di un approccio particolarmente adatto per le installazioni in ambienti in cui è presente rumore elettrico, dove i brevi “salti” (hop) tra i vari nodi contribuisce a preservare l’integrità dei segnali anche nel caso la potenza dell’elemento RF risulti ridotta. Queste reti wireless a basso consumo si stanno diffondendo in ambito IoT (Internet of Things) e l’aggiunta del collegamento in rete in modalità mesh alle specifiche Bluetooth potrebbe consentire il trasferimento delle tecnologie IoT dai dispositivi portatili alle apparecchiature di illuminazione. Ma non bisogna dimenticare che in questo tipologia di applicazioni la concorrenza è abbastanza agguerrita.

Mentre Bluetooth può garantire l’interoperabilità, alcuni sviluppi di natura “disruptive”, come appunto gli apparecchi di illuminazione connessi in rete, spesso richiedono che le più importanti aziende del settore prendano l’iniziativa. Per ragioni commerciali, questi pionieri potrebbe avere l’esigenza di mantenere la loro tecnologia “proprietaria”, fatto questo che ha un impatto negative sul tasso di adozione. Un esempio è rappresentato dalla piattaforma Lutron Vive che utilizza il protocollo Clear Connect proprietario per lo scambio di dati tra sensori, controllori di carico e interruttori e Wi-Fi per l’hub principale. Mentre l’hub garantisce la compatibilità con BACnet, la rete risulta effettivamente chiusa.

Per evitare gli svantaggi di un sistema chiuso, altre realtà hanno deciso di supportare ZigBee come protocollo wireless per il collegamento in rete dei loro apparecchi di illuminazione, anche in prodotti proprietari. Un esempio è rappresentato da ControlScope, la piattaforma di controllo di Daintree Networks che adotta il protocollo ZigBee. La conformità a questo standard dovrebbe assicurare un certo livello di interoperabilità tra i sistemi. L’elenco dei produttori che hanno dichiarato l’intenzione di assicurare la compatibilità con la piattaforma ControlScope comprende tra gli altri EuControls, Iventronics, Magtech, MMB Networks e Samsung. Daintree ha anche collaborato con Osram Sylvania per aiutare quest’ultima a sviluppare un modulo di interfaccia wireless compatibile che può essere installato sui sistemi di illuminazione. Poiché il driver ha un’uscita a 12 V, esso può essere utilizzato per aggiungere la connettività a ogni apparecchio di illuminazione, che diventa quindi parte di una rete di illuminazione “intelligente” (figura 1).

Figura 1: la piattaforma di controllo ControlScope di Daintree Networks

Operante anch’essa nella banda sub-GHz, EnOcean è una tecnologia wireless a bassissimo consumo di tipo auto-alimentato: i transceiver non prevedono batterie, ma utilizzano tecniche di energy harvesting per inviare e ricevere brevi messaggi in modalità wireless. La tecnologia, di tipo proprietario, è ora gestita da un’associazione industriale e continua a guadagnare consensi nel settore degli edifici “intelligenti”. Al seguente link un interessante articolo dal titolo "Un dispositivo Bluetooth Low Energy (BLE) alimentato mediante Indoor Light". La EnOcean Alliance, che può contare su numerosi aziende aderenti che operano lungo tutta la supply-chain, sta collaborando con ZigBee Alliance allo scopo di sviluppare soluzioni in grado di garantire la coesistenza di reti di illuminazione a stato solido basate su entrambe le tecnologie. Ciò non fa altro che rafforzare ulteriormente il ruolo delle reti di illuminazione “intelligenti” (figura 2).

 

Figura 2: La soluzione Dolphin di EnOcean che sfrutta la connettività Bluetooth e Zigbee.

 

Considerazioni conclusive

I vantaggi, in termini di risparmio energetico, offerti dall’illuminazione a stato solido sono significativi e ciò si traduce nell’implementazione in una diminuzione della bolletta energetica per privati e imprese, ma anche dell’impatto ambientale. I progressi tecnologici nella realizzazione dell’emettitore e nell’implementazione della connettività in rete saranno gli elementi cruciali alla base delle future evoluzioni.

 

A cura di, Mark Patrick, Mouser Electronics

 

Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 17 ottobre 2017

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