O mercado global de iluminação vem passando por uma transformação radical impulsionada pela adoção massivamente crescente da tecnologia de diodo emissor de luz (LED). Essa revolução da iluminação de estado sólido (SSL) alterou fundamentalmente a economia subjacente do mercado e a dinâmica do setor. Não apenas diferentes formas de produtividade foram possibilitadas pela tecnologia SSL, mas a transição das tecnologias convencionais para a iluminação LED também está mudando profundamente a maneira como as pessoas pensam sobre a iluminação. As tecnologias de iluminação convencionais foram projetadas principalmente para atender às necessidades visuais. Com a iluminação LED, a estimulação positiva dos efeitos biológicos da luz na saúde e no bem-estar das pessoas está chamando cada vez mais atenção. O advento da tecnologia LED também abriu caminho para a convergência entre a iluminação e a Internet das Coisas (IoT), que abre todo um novo mundo de possibilidades. No início, houve muita confusão sobre a iluminação LED. O alto crescimento do mercado e o enorme interesse do consumidor criam uma necessidade premente de esclarecer as dúvidas em torno da tecnologia e informar o público sobre suas vantagens e desvantagens.
Como os LEDs funcionam?
Um LED é um pacote de semicondutores que compreende uma matriz de LED (chip) e outros componentes que fornecem suporte mecânico, conexão elétrica, condução térmica, regulação óptica e conversão de comprimento de onda. O chip de LED é basicamente um dispositivo de junção pn formado por camadas de semicondutores compostos dopados de forma oposta. O semicondutor composto de uso comum é o nitreto de gálio (GaN), que tem um gap direto permitindo uma maior probabilidade de recombinação radiativa do que os semicondutores com um gap indireto. Quando a junção pn é polarizada na direção direta, os elétrons da banda de condução da camada semicondutora tipo n se movem através da camada limite para a junção p e se recombinam com lacunas da banda de valência da camada semicondutora tipo p na camada região ativa do diodo. A recombinação elétron-buraco faz com que os elétrons caiam em um estado de menor energia e liberem o excesso de energia na forma de fótons (pacotes de luz). Este efeito é chamado de eletroluminescência. O fóton pode transportar radiação eletromagnética de todos os comprimentos de onda. Os comprimentos de onda exatos da luz emitida pelo diodo são determinados pelo gap de energia do semicondutor.
A luz gerada por eletroluminescência no chip de LED tem uma distribuição de comprimento de onda estreita com uma largura de banda típica de algumas dezenas de nanômetros. As emissões de banda estreita resultam em luz com uma única cor, como vermelho, azul ou verde. Para fornecer uma fonte de luz branca de amplo espectro, a largura da distribuição de energia espectral (SPD) do chip de LED deve ser ampliada. A eletroluminescência do chip de LED é parcial ou totalmente convertida através da fotoluminescência em fósforos. A maioria dos LEDs brancos combina a emissão de comprimento de onda curto dos chips azuis InGaN e a luz de comprimento de onda mais longa reemitida dos fósforos. O pó de fósforo é disperso em uma matriz de silício, epóxi ou outras matrizes de resina. A matriz contendo fósforo é revestida no chip de LED. A luz branca também pode ser produzida bombeando fósforos vermelhos, verdes e azuis usando um chip de LED ultravioleta (UV) ou violeta. Nesse caso, o branco resultante pode alcançar uma renderização de cores superior. Mas esta abordagem sofre de baixa eficiência porque a grande mudança de comprimento de onda envolvida na conversão descendente de luz UV ou violeta é acompanhada por uma alta perda de energia de Stokes.
Vantagens da Iluminação LED
A invenção das lâmpadas incandescentes há mais de um século revolucionou a iluminação artificial. Atualmente, estamos testemunhando a revolução da iluminação digital possibilitada pelo SSL. A iluminação baseada em semicondutores não apenas oferece design, desempenho e benefícios econômicos sem precedentes, mas também permite uma infinidade de novas aplicações e propostas de valor que antes eram consideradas impraticáveis. O retorno da colheita dessas vantagens superará fortemente o custo inicial relativamente alto de instalar um sistema de LED, sobre o qual ainda há alguma hesitação no mercado.
1. Eficiência energética
Uma das principais justificativas para migrar para a iluminação LED é a eficiência energética. Ao longo da última década, a eficácia luminosa dos pacotes de LEDs brancos convertidos em fósforo aumentou de 85 lm/W para mais de 200 lm/W, o que representa uma eficiência de conversão de energia elétrica para óptica (PCE) de mais de 60%, em uma corrente operacional padrão densidade de 35 A/cm2. Apesar das melhorias na eficiência dos LEDs azuis InGaN, fósforos (eficiência e correspondência de comprimento de onda com a resposta do olho humano) e pacote (dispersão/absorção óptica), o Departamento de Energia dos EUA (DOE) diz que ainda há mais espaço para PC-LED melhorias de eficácia e eficácias luminosas de aproximadamente 255 lm/W devem ser possíveis na prática para LEDs de bomba azuis. As altas eficiências luminosas são, sem dúvida, uma vantagem esmagadora dos LEDs sobre as fontes de luz tradicionais — incandescentes (até 20 lm/W), halógenas (até 22 lm/W), fluorescentes lineares (65-104 lm/W), fluorescentes compactas (46-87 lm/W), fluorescente de indução (70-90 lm/W), vapor de mercúrio (60-60 lm/W), sódio de alta pressão (70-140 lm/W) , haleto de metal de quartzo (64-110 lm/W) e haleto de metal de cerâmica (80-120 lm/W).
2. Eficiência de entrega óptica
Além de melhorias significativas na eficácia da fonte de luz, a capacidade de alcançar alta eficiência óptica da luminária com iluminação LED é menos conhecida pelos consumidores em geral, mas altamente desejada pelos designers de iluminação. A entrega eficaz da luz emitida pelas fontes de luz ao alvo tem sido um grande desafio de design na indústria. Lâmpadas tradicionais em forma de bulbo emitem luz em todas as direções. Isso faz com que grande parte do fluxo luminoso produzido pela lâmpada fique preso dentro da luminária (por exemplo, pelos refletores, difusores), ou escape da luminária em uma direção que não é útil para a aplicação pretendida ou simplesmente ofensiva aos olhos. As luminárias HID, como haleto metálico e sódio de alta pressão, geralmente são cerca de 60% a 85% eficientes em direcionar a luz produzida pela lâmpada para fora da luminária. Não é incomum que downlights e troffers embutidos que usam fontes de luz fluorescente ou halógena tenham perdas ópticas de 40-50 por cento. A natureza direcional da iluminação LED permite a entrega eficaz da luz, e o formato compacto dos LEDs permite a regulação eficiente do fluxo luminoso usando lentes compostas. Sistemas de iluminação LED bem projetados podem oferecer uma eficiência óptica superior a 90%.
3. Uniformidade de iluminação
A iluminação uniforme é uma das principais prioridades em projetos de iluminação de ambientes internos e externos/estradas. A uniformidade é uma medida das relações da iluminância sobre uma área. Uma boa iluminação deve garantir a distribuição uniforme dos lúmens incidentes sobre uma superfície ou área de trabalho. Diferenças extremas de luminância resultantes de iluminação não uniforme podem levar à fadiga visual, afetar o desempenho da tarefa e até mesmo apresentar uma preocupação de segurança, pois o olho precisa se adaptar entre superfícies de luminância diferente. As transições de uma área muito iluminada para uma de luminância muito diferente causarão uma perda transitória da acuidade visual, o que tem grandes implicações de segurança em aplicações externas em que há tráfego de veículos. Em grandes instalações internas, a iluminação uniforme contribui para um alto conforto visual, permite flexibilidade na localização das tarefas e elimina a necessidade de realocação das luminárias. Isso pode ser particularmente benéfico em instalações industriais e comerciais de alto porte, onde custos e inconveniências substanciais estão envolvidos na movimentação de luminárias. Luminárias que usam lâmpadas HID têm uma iluminância muito maior diretamente abaixo da luminária do que áreas mais distantes da luminária. Isso resulta em uma uniformidade ruim (relação máxima/mín. típica de 6:1). Os projetistas de iluminação precisam aumentar a densidade da luminária para garantir que a uniformidade da iluminação atenda aos requisitos mínimos do projeto. Em contraste, uma grande superfície emissora de luz (LES) criada a partir de uma matriz de LEDs de pequeno porte produz uma distribuição de luz com uma uniformidade inferior a 3:1 máximo/mínimo, o que se traduz em melhores condições visuais, bem como um número significativamente reduzido de instalações sobre a área de tarefa.
4. Iluminação direcional
Devido ao seu padrão de emissão direcional e alta densidade de fluxo, os LEDs são inerentemente adequados para iluminação direcional. Uma luminária direcional concentra a luz emitida pela fonte de luz em um feixe direcionado que viaja ininterruptamente da luminária para a área alvo. Feixes de luz com foco estreito são usados para criar uma hierarquia de importância por meio do uso de contraste, para fazer com que recursos selecionados se destaquem do fundo e para adicionar interesse e apelo emocional a um objeto. Luminárias direcionais, incluindo holofotes e holofotes, são amplamente utilizadas em aplicações de iluminação de realce para aumentar o destaque ou destacar um elemento de design. A iluminação direcional também é empregada em aplicações onde um feixe intenso é necessário para ajudar a realizar tarefas visuais exigentes ou para fornecer iluminação de longo alcance. Os produtos que atendem a esse propósito incluem lanternas, holofotes, followpots, luzes de condução de veículos, holofotes de estádios, etc. LEDs COB ou para lançar um feixe longo à distância com LEDs de alta potência.
5. Engenharia espectral
A tecnologia LED oferece a nova capacidade de controlar a distribuição de energia espectral (SPD) da fonte de luz, o que significa que a composição da luz pode ser adaptada para várias aplicações. A controlabilidade espectral permite que o espectro de produtos de iluminação seja projetado para envolver respostas específicas de humanos visuais, fisiológicos, psicológicos, fotorreceptores de plantas ou mesmo detectores de semicondutores (ou seja, câmera HD), ou uma combinação de tais respostas. A alta eficiência espectral pode ser alcançada por meio da maximização dos comprimentos de onda desejados e da remoção ou redução de porções prejudiciais ou desnecessárias do espectro para uma determinada aplicação. Em aplicações de luz branca, o SPD dos LEDs pode ser otimizado para fidelidade de cor prescrita e temperatura de cor correlacionada (CCT). Com um design multicanal e multiemissor, a cor produzida pela luminária LED pode ser controlada de forma ativa e precisa. Os sistemas de mistura de cores RGB, RGBA ou RGBW, capazes de produzir um espectro completo de luz, criam infinitas possibilidades estéticas para designers e arquitetos. Os sistemas de branco dinâmico utilizam LEDs multi-CCT para fornecer escurecimento quente que imita as características de cor das lâmpadas incandescentes quando escurecido, ou para fornecer iluminação branca sintonizável que permite o controle independente da temperatura da cor e da intensidade da luz. A iluminação centrada no ser humano baseada na tecnologia de LED branco sintonizável é um dos impulsos por trás de muitos dos mais recentes desenvolvimentos da tecnologia de iluminação.
6. Ligar/desligar
Os LEDs acendem com brilho total quase instantaneamente (de um dígito a dezenas de nanossegundos) e têm um tempo de desligamento de dezenas de nanossegundos. Por outro lado, o tempo de aquecimento, ou seja, o tempo que a lâmpada leva para atingir sua capacidade total de luz, das lâmpadas fluorescentes compactas pode durar até 3 minutos. As lâmpadas HID requerem um período de aquecimento de vários minutos antes de fornecer luz utilizável. O reacendimento a quente é uma preocupação muito maior do que a inicialização inicial de lâmpadas de iodetos metálicos, que já foram a principal tecnologia empregada para iluminação de grandes vãos e iluminação de alta potência em instalações industriais, estádios e arenas. Uma queda de energia em uma instalação com iluminação de iodetos metálicos pode comprometer a segurança porque o processo de reacendimento a quente das lâmpadas de iodetos metálicos leva até 20 minutos. Inicialização instantânea e reativação a quente conferem aos LEDs uma posição única para realizar efetivamente muitas tarefas. Não apenas as aplicações de iluminação geral se beneficiam muito do curto tempo de resposta dos LEDs, mas uma ampla gama de aplicações especiais também está aproveitando essa capacidade. Por exemplo, luzes de LED podem funcionar em sincronização com câmeras de trânsito para fornecer iluminação intermitente para capturar veículos em movimento. Os LEDs ligam 140 a 200 milissegundos mais rápido que as lâmpadas incandescentes. A vantagem do tempo de reação sugere que as luzes de freio de LED são mais eficazes do que as lâmpadas incandescentes na prevenção de colisões de impacto traseiro. Outra vantagem dos LEDs na operação de comutação é o ciclo de comutação. A vida útil dos LEDs não é afetada pela troca frequente. Os drivers de LED típicos para aplicações de iluminação geral são classificados para 50,000 ciclos de comutação, e é incomum que os drivers de LED de alto desempenho durem 100,000, 200,000 ou até mesmo 1 milhão ciclos de comutação. A vida útil do LED não é afetada pelo ciclo rápido (comutação de alta frequência). Esse recurso torna as luzes LED adequadas para iluminação dinâmica e para uso com controles de iluminação, como ocupação ou sensores de luz natural. Por outro lado, ligar/desligar frequentemente pode encurtar a vida útil das lâmpadas incandescentes, HID e fluorescentes. Essas fontes de luz geralmente têm apenas alguns milhares de ciclos de comutação durante sua vida nominal.
7. Capacidade de escurecimento
A capacidade de produzir uma saída de luz de maneira muito dinâmica empresta perfeitamente aos LEDs o controle de escurecimento, enquanto as lâmpadas fluorescentes e HID não respondem bem ao escurecimento. O escurecimento de lâmpadas fluorescentes requer o uso de circuitos caros, grandes e complexos para manter a excitação do gás e as condições de voltagem. O escurecimento das lâmpadas HID levará a uma vida útil mais curta e falha prematura da lâmpada. Lâmpadas de iodetos metálicos e de sódio de alta pressão não podem ser reduzidas abaixo de 50 por cento da potência nominal. Eles também respondem a sinais de escurecimento substancialmente mais lentos que os LEDs. O escurecimento do LED pode ser feito por meio de redução de corrente constante (CCR), que é mais conhecido como escurecimento analógico, ou pela aplicação de modulação por largura de pulso (PWM) ao LED, também conhecido como escurecimento digital. O escurecimento analógico controla a corrente do drive que flui para os LEDs. Esta é a solução de dimerização mais amplamente utilizada para aplicações de iluminação geral, embora os LEDs possam não funcionar bem em correntes muito baixas (abaixo de 10 por cento). O escurecimento PWM varia o ciclo de trabalho da modulação de largura de pulso para criar um valor médio em sua saída em uma faixa completa de 100 por cento a 0 por cento. O controle de escurecimento dos LEDs permite alinhar a iluminação com as necessidades humanas, maximizar a economia de energia, permitir a mistura de cores e o ajuste de CCT e prolongar a vida útil do LED.
8. Controlabilidade
A natureza digital dos LEDs facilita a integração perfeita de sensores, processadores, controladores e interfaces de rede em sistemas de iluminação para implementar várias estratégias de iluminação inteligentes, desde iluminação dinâmica e iluminação adaptativa até o que quer que a IoT traga a seguir. O aspecto dinâmico da iluminação LED varia de uma simples mudança de cor a intrincados shows de luz em centenas ou milhares de nós de iluminação controláveis individualmente e tradução complexa de conteúdo de vídeo para exibição em sistemas de matriz de LED. A tecnologia SSL está no centro de um grande ecossistema de soluções de iluminação conectadas que podem aproveitar a colheita de luz natural, detecção de ocupação, controle de tempo, programação incorporada e dispositivos conectados à rede para controlar, automatizar e otimizar vários aspectos da iluminação. A migração do controle de iluminação para redes baseadas em IP permite que sistemas de iluminação inteligentes e carregados de sensores interoperem com outros dispositivos nas redes IoT. Isso abre possibilidades para a criação de uma ampla gama de novos serviços, benefícios, funcionalidades e fluxos de receita que aumentam o valor dos sistemas de iluminação LED. O controle de sistemas de iluminação LED pode ser implementado usando uma variedade de protocolos de comunicação com e sem fio, incluindo protocolos de controle de iluminação como 0-10V, DALI, DMX512 e DMX-RDM, construindo protocolos de automação como BACnet, LON, KNX e EnOcean, e protocolos implantados na arquitetura de malha cada vez mais popular (por exemplo, ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Flexibilidade de projeto
O tamanho pequeno dos LEDs permite que os projetistas de luminárias criem fontes de luz em formas e tamanhos adequados para muitas aplicações. Essa característica física dá aos designers mais liberdade para expressar sua filosofia de design ou para compor identidades de marca. A flexibilidade resultante da integração direta de fontes de luz oferece possibilidades de criar produtos de iluminação que carregam uma fusão perfeita entre forma e função. As luminárias LED podem ser criadas para esbater os limites entre design e arte para aplicações onde um ponto focal decorativo é comandado. Eles também podem ser projetados para suportar um alto nível de integração arquitetônica e combinar em qualquer composição de design. A iluminação de estado sólido impulsiona novas tendências de design em outros setores também. Possibilidades de estilo únicas permitem que os fabricantes de veículos projetem faróis e lanternas traseiras distintos que dão aos carros uma aparência atraente.
10. Durabilidade
Um LED emite luz de um bloco de semicondutor - em vez de um bulbo ou tubo de vidro, como é o caso das lâmpadas incandescentes, halógenas, fluorescentes e HID herdadas que utilizam filamentos ou gases para gerar luz. Os dispositivos de estado sólido são geralmente montados em uma placa de circuito impresso com núcleo de metal (MCPCB), com conexão normalmente fornecida por cabos soldados. Sem vidro frágil, sem peças móveis e sem quebra de filamentos, os sistemas de iluminação LED são, portanto, extremamente resistentes a choques, vibrações e desgaste. A durabilidade do estado sólido dos sistemas de iluminação LED tem valores evidentes em uma variedade de aplicações. Dentro de uma instalação industrial, existem locais onde as luzes sofrem vibração excessiva de máquinas de grande porte. As luminárias instaladas ao longo de estradas e túneis devem suportar vibrações repetidas causadas por veículos pesados que passam em alta velocidade. A vibração compõe o dia típico de trabalho das luzes montadas em veículos, máquinas e equipamentos de construção, mineração e agricultura. As luminárias portáteis, como lanternas e lanternas de acampamento, estão frequentemente sujeitas ao impacto de quedas. Existem também muitas aplicações em que lâmpadas quebradas representam um perigo para os ocupantes. Todos esses desafios exigem uma solução de iluminação robusta, que é exatamente o que a iluminação de estado sólido pode oferecer.
11. Vida útil do produto
A vida útil longa se destaca como uma das principais vantagens da iluminação LED, mas as alegações de vida longa baseadas apenas na métrica de vida útil do pacote LED (fonte de luz) podem ser enganosas. A vida útil de um pacote de LED, uma lâmpada de LED ou uma luminária de LED (aparelhos de iluminação) é frequentemente citada como o ponto no tempo em que a saída do fluxo luminoso diminuiu para 70% de sua saída inicial, ou L70. Normalmente, os LEDs (pacotes de LEDs) têm vida útil L70 entre 30,000 e 100,000 horas (a Ta=85 graus ). No entanto, as medições LM-80 usadas para prever a vida L70 de pacotes de LED usando o método TM-21 são feitas com os pacotes de LED operando continuamente sob condições operacionais bem controladas (por exemplo, em um ambiente com temperatura controlada e alimentado com uma corrente DC constante). Por outro lado, os sistemas de LED em aplicações do mundo real são frequentemente desafiados com sobrecarga elétrica mais alta, temperaturas de junção mais altas e condições ambientais mais severas. Os sistemas de LED podem sofrer manutenção acelerada do lúmen ou falha prematura total. Em geral, as lâmpadas LED (lâmpadas, tubos) têm vida útil L70 entre 10,000 e 25,000 horas, luminárias LED integradas (por exemplo, lâmpadas altas, iluminação pública, downlights) têm vida útil entre 30, 000 horas e 60,000 horas. Em comparação com produtos de iluminação tradicionais—incandescente (750-2,000 horas), halogênio (3,000-4,000 horas), fluorescente compacta (8,000-10 ,000 horas) e iodetos metálicos (7,500-25,000 horas), os sistemas LED, em particular as luminárias integradas, proporcionam uma vida útil substancialmente mais longa. Como as luzes de LED praticamente não requerem manutenção, os custos de manutenção reduzidos em conjunto com a alta economia de energia do uso de luzes de LED ao longo de sua vida útil estendida fornecem uma base para um alto retorno sobre o investimento (ROI).
12. Segurança fotobiológica
Os LEDs são fontes de luz fotobiologicamente seguras. Eles não produzem emissão infravermelha (IR) e emitem uma quantidade insignificante de luz ultravioleta (UV) (menos de 5 uW/lm). Lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de iodetos metálicos convertem 73%, 37% e 17% da energia consumida em energia infravermelha, respectivamente. Eles também emitem na região UV do espectro eletromagnético—incandescente (70-80 uW/lm), fluorescente compacta (30-100 uW/lm) e haleto metálico (160-700 uW/lm) . Em uma intensidade alta o suficiente, as fontes de luz que emitem luz UV ou IR podem representar riscos fotobiológicos para a pele e os olhos. A exposição à radiação UV pode causar catarata (opacificação do cristalino normalmente transparente) ou fotoqueratite (inflamação da córnea). A exposição de curta duração a altos níveis de radiação IV pode causar lesões térmicas na retina do olho. A exposição prolongada a altas doses de radiação infravermelha pode induzir a catarata do soprador de vidro. O desconforto térmico causado pelo sistema de iluminação incandescente tem sido um aborrecimento no setor de saúde, pois as luzes convencionais de tarefas cirúrgicas e odontológicas usam fontes de luz incandescente para produzir luz com alta fidelidade de cor. O feixe de alta intensidade produzido por essas luminárias fornece uma grande quantidade de energia térmica que pode causar muito desconforto aos pacientes.
Inevitavelmente, a discussão sobre a segurança fotobiológica geralmente se concentra no perigo da luz azul, que se refere a um dano fotoquímico da retina resultante da exposição à radiação em comprimentos de onda principalmente entre 400 nm e 500 nm. Um equívoco comum é que os LEDs podem ser mais propensos a causar perigo de luz azul porque a maioria dos LEDs brancos convertidos em fósforo utiliza uma bomba de LED azul. DOE e IES deixaram claro que os produtos de LED não são diferentes de outras fontes de luz que têm a mesma temperatura de cor em relação ao risco de luz azul. Os LEDs convertidos em fósforo não representam tal risco, mesmo sob critérios de avaliação rigorosos.
13. Efeito de radiação
Os LEDs produzem energia radiante apenas dentro da porção visível do espectro eletromagnético de aproximadamente 400 nm a 700 nm. Esta característica espectral dá às luzes LED uma valiosa vantagem de aplicação sobre as fontes de luz que produzem energia radiante fora do espectro de luz visível. A radiação UV e IR de fontes de luz tradicionais não apenas apresenta riscos fotobiológicos, mas também leva à degradação do material. A radiação UV é extremamente prejudicial para os materiais orgânicos, pois a energia dos fótons da radiação na banda espectral UV é alta o suficiente para produzir cisão de ligação direta e caminhos de fotooxidação. A ruptura ou destruição resultante do cromóforo pode levar à deterioração e descoloração do material. As aplicações em museus exigem que todas as fontes de luz que gerem UV acima de 75 uW/lm sejam filtradas para minimizar danos irreversíveis à obra de arte. IR não induz o mesmo tipo de dano fotoquímico causado pela radiação UV, mas ainda pode contribuir para o dano. Aumentar a temperatura da superfície de um objeto pode resultar em atividade química acelerada e mudanças físicas. A radiação IR em altas intensidades pode provocar o endurecimento da superfície, descoloração e rachaduras de pinturas, deterioração de produtos cosméticos, ressecamento de vegetais e frutas, derretimento de chocolate e confeitaria, etc.
14. Segurança contra incêndio e explosão
Riscos de incêndio e exposição não são uma característica dos sistemas de iluminação LED, pois um LED converte energia elétrica em radiação eletromagnética por meio de eletroluminescência dentro de um pacote de semicondutores. Isso contrasta com as tecnologias legadas que produzem luz aquecendo filamentos de tungstênio ou excitando um meio gasoso. Uma falha ou operação imprópria pode resultar em incêndio ou explosão. As lâmpadas de iodetos metálicos são especialmente propensas ao risco de explosão porque o tubo de arco de quartzo opera em alta pressão (520 a 3.100 kPa) e temperatura muito alta (900 a 1.100 graus). Falhas não passivas do tubo de arco causadas por condições de fim de vida útil da lâmpada, por falhas no reator ou pelo uso de uma combinação lâmpada-reator inadequada podem causar a quebra do bulbo externo da lâmpada de iodetos metálicos. Os fragmentos de quartzo quentes podem inflamar materiais inflamáveis, poeiras combustíveis ou gases/vapores explosivos.
15. Comunicação por luz visível (VLC)
Os LEDs podem ser ligados e desligados em uma frequência mais rápida do que o olho humano pode detectar. Esta capacidade invisível de ligar/desligar abre uma nova aplicação para produtos de iluminação. A tecnologia LiFi (Light Fidelity) tem recebido atenção considerável na indústria de comunicação sem fio. Ele aproveita as sequências "ON" e "OFF" de LEDs para transmitir dados. Em comparação com as atuais tecnologias de comunicação sem fio usando ondas de rádio (por exemplo, Wi-Fi, IrDA e Bluetooth), o LiFi promete uma largura de banda mil vezes maior e uma velocidade de transmissão significativamente maior. O LiFi é considerado um aplicativo IoT atraente devido à onipresença da iluminação. Toda luz de LED pode ser usada como um ponto de acesso óptico para comunicação de dados sem fio, desde que seu driver seja capaz de transformar conteúdo de streaming em sinais digitais.
16. Iluminação DC
LEDs são dispositivos acionados por corrente de baixa tensão. Essa natureza permite que a iluminação LED aproveite as redes de distribuição de corrente contínua (CC) de baixa tensão. Há um interesse crescente em sistemas de microrredes CC que podem operar independentemente ou em conjunto com uma rede elétrica padrão. Essas redes elétricas de pequena escala fornecem interfaces aprimoradas com geradores de energia renovável (solar, eólica, célula de combustível, etc.). A energia CC disponível localmente elimina a necessidade de conversão de energia CA-CC no nível do equipamento, que envolve uma perda substancial de energia e é um ponto comum de falha em sistemas LED alimentados por CA. A iluminação LED de alta eficiência, por sua vez, melhora a autonomia das baterias recarregáveis ou dos sistemas de armazenamento de energia. À medida que a comunicação de rede baseada em IP ganha impulso, o Power over Ethernet (PoE) surgiu como uma opção de microrrede de baixa potência para fornecer energia CC de baixa tensão pelo mesmo cabo que fornece os dados Ethernet. A iluminação LED tem vantagens claras para alavancar os pontos fortes de uma instalação PoE.
17. Operação em temperatura fria
A iluminação LED se destaca em ambientes de temperatura fria. Um LED converte energia elétrica em energia óptica por meio de eletroluminescência de injeção que é ativada quando o diodo semicondutor é polarizado eletricamente. Este processo de inicialização não depende da temperatura. A baixa temperatura ambiente facilita a dissipação do calor residual gerado pelos LEDs e, portanto, isenta-os da queda térmica (redução da potência óptica em temperaturas elevadas). Em contraste, a operação em baixa temperatura é um grande desafio para as lâmpadas fluorescentes. Para iniciar a lâmpada fluorescente em um ambiente frio, é necessária uma alta tensão para iniciar o arco elétrico. As lâmpadas fluorescentes também perdem uma quantidade substancial de sua saída de luz nominal em temperaturas abaixo de zero, enquanto as luzes LED funcionam melhor em ambientes frios, mesmo até -50 graus. As luzes LED, portanto, são ideais para uso em freezers, refrigeradores, instalações de armazenamento a frio e aplicações externas.
18. Impacto ambiental
As luzes LED produzem notavelmente menos impactos ambientais do que as fontes de iluminação tradicionais. Baixo consumo de energia se traduz em baixas emissões de carbono. Os LEDs não contêm mercúrio e, portanto, criam menos complicações ambientais no fim da vida útil. Em comparação, o descarte de lâmpadas fluorescentes e HID contendo mercúrio envolve o uso de protocolos rígidos de descarte de resíduos.
Desvantagens e desafios da iluminação LED
Não fique entusiasmado com a riqueza de benefícios oferecidos pela iluminação LED. Embora essa tecnologia seja definitivamente uma conquista histórica na história da iluminação elétrica, ela levanta seus próprios problemas. A indústria de iluminação está enfrentando um desafio de uma magnitude com a qual nunca teve que lidar antes. A iluminação de estado sólido alterou a filosofia de design e engenharia. Os sistemas de iluminação não são mais iluminantes burros, eles evoluíram para a eletrônica de potência. Em outras palavras, o projeto de sistemas de iluminação é complexo sem precedentes. Os LEDs são fontes de luz semicondutoras autoaquecidas, sensíveis à corrente e intensamente luminosas. Isso dá origem à maior preocupação da iluminação LED – o desempenho e a confiabilidade de um sistema LED dependem fortemente de um trabalho multidimensional. As métricas do pacote LED são apenas um aspecto do design holístico e da engenharia de sistemas de um sistema de iluminação LED. Muitos outros fatores interdependentes entram em jogo, incluindo gerenciamento térmico, regulação da corrente do inversor e controle óptico.
Os especialistas em poltronas costumam compilar uma longa lista de desvantagens da iluminação LED. E para tornar a história sensacional, eles nunca esqueceriam de mencionar que a iluminação LED pode induzir perigos de luz azul. A luz branca é basicamente uma mistura de comprimentos de onda de diferentes faixas de cores. Todos os brancos com a mesma aparência de cor, independentemente das fontes de luz das quais a luz é emitida, têm aproximadamente a mesma proporção de comprimentos de onda azuis no espectro visível. A aparência da cor da luz branca pode ser caracterizada como tendo uma temperatura de cor correlacionada (CCT). O conteúdo de azul de uma fonte de luz geralmente corresponde ao seu CCT. Quanto maior o CCT, maior a proporção de comprimentos de onda azuis. Nas mesmas condições de luminância e iluminância, a radiação azul de um produto LED de 3.000 K é tão baixa quanto a de uma lâmpada incandescente de 3.000 K, e a radiação azul de um produto LED de 6.000 K é tão alta quanto a de uma lâmpada fluorescente de 6.000 K. Tal como acontece com outras fontes de luz, o risco de luz azul raramente é uma preocupação para os LEDs brancos. A capacidade de projetar a composição espectral da luz branca é uma grande vantagem da tecnologia LED. Com a iluminação LED, pode ser produzida qualquer composição espectral de luz que contribua positivamente para a saúde e o bem-estar humano. A iluminação centrada no ser humano, uma importante tendência tecnológica que está impulsionando o crescimento da indústria de iluminação, colhe a capacidade de ajuste CCT dos sistemas LED para ajustar a quantidade de radiação azul para um espectro saudável de luz branca.
Na verdade, a iluminação LED tem apenas algumas desvantagens intrínsecas.
A fraqueza mais conhecida da iluminação LED é que os LEDs produzem um subproduto - calor. Os LEDs são chamados de dispositivos de aquecimento porque geram calor dentro do pacote do dispositivo - em vez de irradiar calor na forma de energia infravermelha. Cerca de metade da energia elétrica fornecida a um LED é convertida em calor, que deve ser conduzido e conveccionado por um caminho térmico físico. A falha em manter a temperatura da junção do dispositivo abaixo de um limite definido pode acelerar a cinética dos mecanismos de falha, como geração de defeitos atômicos e crescimento na região ativa do diodo, carbonização e amarelecimento do encapsulante e descoloração do invólucro da embalagem de plástico. Além da temperatura nominal máxima da junção, a vida útil de um LED será reduzida de 30% a 50% para cada aumento de 10 graus C na temperatura da junção.
O mais desconhecido e também o maior ponto fraco da iluminação LED é que os LEDs são eletrônicos de energia delicados. Eles são extremamente exigentes quanto à alimentação - conduzem a corrente. Para os LEDs, sua alta sensibilidade à corrente direta é uma faca de dois gumes. Ele dá aos sistemas de iluminação uma capacidade de controle superior, mas também torna a regulação da corrente de acionamento extremamente desafiadora. Uma mudança muito pequena na corrente do drive fará com que a saída de luz flutue. Os LEDs são dispositivos acionados por CC, no entanto, geralmente precisam ser alimentados com uma fonte de alimentação CA. A supressão incompleta da forma de onda alternada após a retificação pode resultar em uma ondulação residual (variação periódica residual) na saída de corrente do driver para os LEDs. Essa ondulação faz com que os LEDs pisquem com o dobro da frequência da tensão da linha de entrada, ou seja, 100 Hz ou 120 Hz. A interdependência elétrica e térmica dos LEDs também adiciona complexidade à regulação de carga. À medida que a temperatura da junção aumenta, a tensão direta diminui e a energia elétrica fornecida ao LED também é reduzida. Por outro lado, quanto maior a corrente de acionamento, maior o calor residual gerado na matriz do semicondutor. Exceder a classificação de um LED pode levar à falha prematura do LED devido à fuga térmica. No entanto, a ameaça mais prejudicial aos LEDs vem das sobretensões elétricas (EOS). Um EOS ocorre quando a corrente ou tensão do inversor excede os valores nominais máximos do componente. Existem muitas fontes possíveis de sobretensões elétricas, que incluem descarga eletrostática (ESD), corrente de pico ou outros tipos de picos de energia transitórios. A vulnerabilidade dos LEDs a vários tipos de tensões elétricas, portanto, exige uma regulação rigorosa da corrente de acionamento.
Uma terceira desvantagem é que os LEDs têm uma alta densidade de fluxo. As fontes de luz concentradas de luz direcional podem potencialmente criar ofuscamento. Altas luminâncias no campo de visão interferem na visão (brilho incapacitante) ou causam sensação de irritação ou dor (brilho desconfortável). Óticas adicionais para atenuar o brilho podem ser incorporadas ao design das luminárias, mas geralmente resultam em alta perda óptica.
Por último, mas não menos importante, o aumento da complexidade do projeto do sistema leva a um custo inicial mais alto dos produtos LED quando comparados com os produtos de iluminação legados. Isso torna a otimização de custos uma parte importante do processo de design da luminária. Quando a pressão de custo supera o desempenho e a confiabilidade dos produtos, uma série de problemas surgirá.
