Illuminazione pubblica Un opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica

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1 Un opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica La tecnologia a LED, lo stato dell arte e le prospettive per il settore prof. Anna Pellegrino Torino, 11 dicembre 2014

2 Sorgenti luminose tradizionali INCANDESCENZA SCARICA NEI GAS

3 Sorgenti luminose tradizionali Vapori di mercurio alta pressione SCARICA NEI GAS Vapori di sodio a bassa pressione Vapori di sodio ad alta pressione Alogenuri metallici

4 Quadro legislativo sull ecodesign di lampade e apparecchi di illuminazione Direttiva 2005/32/CE EuP (Energy using Products) Direttiva 2009/125/UE ErP (Energy related Products) Direttiva 2010/30/CE Etichetta energetica Regolamento (CE) n. 245/2009 Progettazione ecocompatibile di lampade fluorescenti, a scarica ad alta intensità e di alimentatori e apparecchi per tali lampade Regolamento (UE) n. 347/2010 Modifiche al 245/2009

5 Regolamento (CE) n. 245/2009 e 347/2010 Graduale messa al bando delle lampade con scarse prestazioni utilizzate in ambito terziario Fonte Philips

6 Regolamento (CE) n. 245/2009 e 347/2010 Criteri di messa al bando delle lampade scarsamente performanti: Efficienza luminosa Resa del colore Fattore di mantenimento del flusso luminoso Fattore di sopravvivenza Efficienza degli alimentatori

7 Confronto prestazioni lampade tradizionali (dati indicativi) Vapori di mercurio AP Vapori di sodio BP Vapori di sodio AP Alogenuri metallici Indice di resa cromatica Temperatura di colore correlata [K] Efficienza luminosa [lm/w] Fattore di mantenimento del flusso luminoso LLM dm 75% 70% 90% 60%-80% Durata di vita media Circa

8 Sorgenti luminose innovative: LED

9 Il LED (Light Emitting Diode) è un diodo costituito da materiale semiconduttore in grado di produrre fotoni per emissione spontanea (luminescenza). Il diodo è opportunamente drogato in modo da ottenere una giunzione p-n: uno strato con eccesso di elettroni (n) separato da una sottile zona di confine rispetto ad uno con eccesso di lacune (p) Illuminazione pubblica I LED

10 I LED A seconda degli elementi droganti il chip semiconduttore la luce emessa avrà lunghezze d onda diverse e quindi colori diversi.

11 EVOLUZIONE DEI LED: ottenere la luce bianca. Illuminazione pubblica Esistono differenti metodi per ottenere luce eterocromatica bianca: Per sintesi additiva di tre colori primari (sistema RGB, red/green/blue) Per sintesi additiva di colori complementari (blue/yellow) (utilizzo di sostanze a base di fosforo nel rivestimento protettivo del chip) I LED

12 Classificazione in base alla struttura: Illuminazione pubblica I LED THT SMT-High power LED Moduli/CoB Classificazione in base alla potenza: Bassa potenza Media potenza Alta potenza

13 Benefici dei LED Luce Elevata durata di vita (fino a ore) Elevata efficienza luminosa (tipica circa 100 lm/w e fino a 200 lm/w) Temperatura di colore variabile (da 2700 a oltre 8000 K) Indice di resa cromatica elevato (fino a 95) Luce colorata satura Ottiche efficienti Design Piccole dimensioni Possibilità di composizione della sorgente in moduli Ambiente Assenza di mercurio Assenza di radiazione UV & IR Sicurezza Bassissima tensione (tra 3 e 24 Vdc) Accensione a freddo - 40 C Robustezza Insensibilità a umidità e vibrazioni Tecnologia Luce bianca o RGB Luce dinamica Accensione immediata 100% Regolazione del flusso luminoso

14 Limiti dei LED PRESTAZIONE ILLUMINOTECNICA ED ENERGETICA CALORE: temperatura di giunzione VS flusso emesso Fonte: Seoul Semiconductor Progettazione di dissipatori di calore

15 Limiti dei LED QUALITA DELLA LUCE: ABBAGLIAMENTO Sorgente puntiforme ad alta intensità

16 LED e sistemi ottici

17 LED e sistemi ottici Indicatrice fotometrica del LED privo di sistema ottico Una maggior efficienza energetica del sistema si ottiene anche con un incremento del FATTORE DI UTILIZZAZIONE del flusso luminoso

18 LED e sistemi ottici SISTEMI OTTICI E INDICATRICE FOTOMETRICA PER APPARECCHI STRADALI FONTE LEDIL

19 LED e sistemi ottici SISTEMI OTTICI E INDICATRICE FOTOMETRICA PER APPARECCHI STRADALI FONTE LEDIL

20 Apparecchi di illuminazione a LED

21 Apparecchi di illuminazione a LED ARCHILEDE (Enel Sole) Prima versione ARCHILEDE - Evoluzione

22 Sched Scheda prodotto Nelle completezza tabelle sotto riportate sono indicati i dati di potenza e flusso luminoso delle versioni disponibili. FLUSSO si riportano Tali APPARECCHIO anche i dati parametri sono 1 nominali del flusso fondamentali per FLUSSO e della una corretta NOMINALE potenza comparazione LED dei LED 2 pressofuso UNI EN 1706 con utilizzati. struttura ad alette. delle performance (Ta=25 C, degli 4000K, apparecchi. lm) In particolare l efficienza (Tj=85 C, 4000K, dell apparecchio lm) I dati riportati in questa scheda tecnica rispondono ai requisiti della scheda AIDI (espressa in lm/w) deve 525mAessere calcolata 700mA come il rapporto 525mAtra il flusso 700mA disponibile luminoso MODULI su richiesta per ogni tipologia di apparecchio. dell apparecchio in Ottica uscita STE-M e la potenza / STE-S / STW assorbita dall alimentatore Ottica STE-M serigrafato / in STE-S vetro ingresso. / piano STW Per temperato (spessore 4mm) ad completezza 1 si riportano 2040anche i dati 2720 nominali del flusso 2556 e della potenza dei LED utilizzati. FLUSSO APPARECCHIO 1 elevata trasparenza, 3234 resistenza termica e FLUSSO 5112 NOMINALE LED 2 meccanica IK I dati riportati (Ta=25 C, 6590 in questa 4000K, scheda lm) tecnica 10940rispondono ai requisiti della scheda AIDI alluminio 99.85% con finitura disponibile su richiesta 525mA per ogni tipologia 700mA di apparecchio. 525mA superficiale 700mA realizzata con MODULI Ottica STU-M / STU-S / SV Ottica STU-M / STU-S / SV MODULI deposizione sotto vuoto 1 Ottica 1540 STE-M / STE-S 2030 / STW Ottica 1905 STE-M 99.95%. / STE-S 2411 / STW 12 FLUSSO APPARECCHIO FLUSSO NOMINALE LED (Ta=25 C, K, lm) (Tj=85 C, estraibile. 4000K, lm) 4 525mA mA mA mA MODULI POTENZA Ottica APPARECCHIO STU-M / STU-S 1 / SV Ottica STU-M tenuta / STU-S stagna. POTENZA NOMINALE / SV LED 2 Ottica STE-M / STE-S / STW Ottica STE-M / STE-S / STW (Ta=25 C, Vin=230Vac, W) (Tj=85 C, W) Versione F e DA a pieno carico in lega di alluminio 7233 pressofuso UNI EN mA mA mA Ø60 mm (standard), mA MODULI Ø33 Ø60 mm e MODULI Ottica Ottica STE-M STU-M // STE-S STU-S // STW SV Ottica STE-M STU-M STU-S / SV POTENZA APPARECCHIO Ø60 Ø76 / STE-S mm (opzionale). / STW Inclinazione testa-palo: ,5 POTENZA NOMINALE 2411 LED 2 0, +5, +10, +15, (Ta=25 C, Vin=230Vac, ,5 W) , Inclinazione braccio: , -5, -10, -15, (Tj=85 C, W) Versione F e DA a pieno carico alluminio estruso con molla in MODULI Ottica 525mASTU-M / STU-S 700mA / SV Ottica 525mASTU-M / STU-S 700mA / SV acciaio inox. MODULI 1 POTENZA Ottica 15,5 APPARECCHIO STE-M / STE-S 1 / 21STW POTENZA Ottica 13STE-M NOMINALE / STE-S / 18STW LED , ,5 42, (Ta=25 C, Vin=230Vac, 41,5 47 W) 54, (Tj=85 C, W) 3 4 Versione F e DA a pieno carico mA 700mA 525mA 700mA MODULI Ottica STU-M / STU-S / SV Ottica STU-M / STU-S / SV Ottica STE-M / STE-S / STW Ottica STE-M / STE-S / STW 1 EFFICIENZA 15,5 APPARECCHIO21 PROTEZIONE 13 SOVRATENSIONI , ,5 42, ( Ta=25 C, 41,5 lm/w) 54,5 Modo 35 diff. / Modo comune mA mA MODULI Classe 52 II Classe 71 I Ottica 78 STE-M / STE-S 103 / STW MODULI 1 Ottica 102STU-M / STU-S 99 / SV Ottica 10/7 kv STU-M / STU-S 10/10 / SV kv 12 15, /10 13 kv 10/10 18 kv 23 EFFICIENZA 32,5 APPARECCHIO ,5 103 PROTEZIONE 10/10 26 kv SOVRATENSIONI 10/10 35 kv 34 ( Ta=25 C, lm/w) Modo 10/6 39 kv diff. / Modo 10/10 comune 53 kv MODULI 4 Ottica 525mA 60 STU-M / STU-S 700mA 80/ SV MODULI 1 Classe II Classe I Ottica 99 STE-M / STE-S / 97 STW /7 kv 10/10 kv 3 2 EFFICIENZA 107 APPARECCHIO PROTEZIONE 10/10 kv SOVRATENSIONI 10/10 kv V - 50/ 60Hz , TM-21; , mA: Moltiplicatore per ricavare il flusso , (inclusi guasti critici); 5 1,04 Ta( C) Tk (K) TM Moltiplicatore 1, ,94 Moltiplicatore Tk(K) per Moltiplicatore ricavare la potenza , , Ta 15 ( C) Moltiplicatore , ,04 0, , Tk(K) 0 Moltiplicatore 1,01 Moltiplicatore 3000 per ricavare 0.90 la potenza in funzione 4000 di Ta. Legenda: 1.00 Ta 5700 ( C) Moltiplicatore 1.02 Ta = Temperatura 50 ambiente. 0,99 Tk = Temperatura 25 di 1.00 colore. Moltiplicatore 0 per ricavare 1,01 la potenza Esempio in funzione calcolo di Ta. dati apparecchio Legenda: ( C) Moltiplicatore Ta=40 C 50 0,99 Tk=4000K Ta = Temperatura ambiente Tk MODULI = Temperatura 0 LED, 525mA, di 1,01 colore. Ottica STE-M Flusso: 8770 x 0,96 = 8419,2 lm Esempio Potenza: Legenda: calcolo 78 x dati 0,99 apparecchio = 77,2 W Ta=40 C Efficienza: = Temperatura 8419,2 ambiente. / 77,2 = 109 lm/w Tk=4000K = Temperatura di colore. 4 MODULI LED, 525mA, Ottica STE-M Flusso: 8770 x 0,96 = 8419,2 lm Esempio calcolo dati apparecchio Potenza: 78 x 0,99 = 77,2 W Ta=40 C Efficienza: 8419,2 / 77,2 = 109 lm/w Tk=4000K 4 MODULI LED, 525mA, Ottica STE-M Flusso: 8770 x 0,96 = 8419,2 lm Potenza: 78 x 0,99 = 77,2 W Efficienza: 8419,2 / 77,2 = 109 lm/w Illuminazione luminoso funzione pubblica di Tk. Ta e Tk. (a pieno carico). sezione massima 4mmq. (inclusi guasti critici); automatica; DAC: profilo DA custom; PLM: scheda di comunicazione ad onde convogliate Apparecchi di illuminazione in funzione di Ta. a LED (Tj=85 C, 4000K, lm) Fonte AEC

23 Sistemi di controllo e regolazione TELEGESTIONE_ARCHITETTURA A ZONA: i dispositivi in campo per il controllo e comando sono collocati esclusivamente all interno del quadro elettrico di potenza a monte della linea e attuano le proprie funzioni di gestione e controllo sull intera linea (o ramo di linea)

24 Sistemi di controllo e regolazione TELEGESTIONE_ARCHITETTURA PUNTO/PUNTO: il modulo di gestione presente nel quadro elettrico di potenza è connesso ad un dispositivo di controllo presente in ogni singolo apparecchio di illuminazione che consente quindi la diagnosi dello stato di funzionamento della singola lampada e il comando eventualmente differenziato di ogni singolo punto luce

25 Sistemi di controllo e regolazione PRINCIPALI OPERAZIONI DI CONTROLLO TRAMITE TELEGESTIONE: accensione e spegnimento: o in base all orologio astronomico o in risposta al segnale inviato da un sensore crepuscolare regolazione del flusso luminoso per singola lampada o gruppi di lampade: è possibile regolare l intensità luminosa delle lampade gestite secondo orari o azioni personalizzabili. La regolazione può essere effettuata per singola lampada (in presenza di un sistema di controllo per singolo punto), o su gruppi univocamente determinati di lampade. stabilizzazione della tensione di alimentazione: si evita in questo modo lo stress dovuto alle sovratensioni e la conseguente potenziale riduzione di vita media delle lampade monitoraggio funzionamento e guasti lampade: le misure elettriche registrate per ciascun punto luce (nei sistemi a singolo punto luce) vengono confrontate con valori di soglia preimpostati per evidenziare eventuali anomalie. Generalmente le anomalie vengono registrate ed in presenza di una ripetitività del fenomeno vengono generati dei messaggi di allarme inviati all utente.

26 Sistemi di controllo e regolazione ILLUMINAZIONE PUBBLICA I VANTAGGI DERIVANTI DA PICINQUE Quindi, comparando i tre scenari: SCENARIO 1: 100% SU TUTTA LA LINEA SCENARIO 2: 60% SU TUTTA LA LINEA SCENARIO 3: PICINQUE NO! Intensità illuminazione Risparmio v Algorab Ericsson Create-Net 6

27 Sistemi di controllo e regolazione NAZIONE PUBBLICA PICINQUE PER APPLICAZIONI SMART CITY itettura della Wireless Sensor Network nque ILLUMINAZIONE PUBBLICA ED EROGAZIONE SERVIZI (SMART CITIES) Algorab Ericsson Create-Net 25

28 Un opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica CONCLUSIONI How are LEDs able to outperform HID? A: Super-bright white LEDs have the advantage of minimal lumen depreciation, better optical efficiency and high lumens per watt. LEDs also have a vastly longer life span than traditional lamp sources. The luminaire must be designed to leverage these inherent advantages of LEDs. A Total Systems Approach is needed for an LED product to bring all these features together. BetaLED luminaires also have an environmental advantage in that they contain no mercury, are RoHS compliant, last longer and produce less waste. In fact, 20 to 25% (by weight) of the product is made using post-consumer recycled materials (aluminum castings and extrusions). Furthermore, 70% (by weight) of BetaLED fixtures are readily recyclable. The remaining LED circuit boards, drivers, wires and connectors are all nonhazardous, mercury-free, and RoHS compliant. Fonte CREE

29 Un opportunità rilevante di risparmio economico e efficienza energetica CONCLUSIONI Approccio globale al sistema di illuminazione Efficienza e durata del LED Efficienza del sistema ottico Efficienza ed affidabilità del sistema di alimentazione Sviluppo sistemi di gestione e controllo (sistemi adattativi) Integrazione funzioni extra (soluzioni ICT)