Vantaggi illuminazione pubblica a LED

Vantaggi dell'illuminazione pubblica a LED nelle città
Vantaggi illuminazione pubblica a LED

Luci a LED per illuminazione pubblica? Cerchiamo di capire in questo articolo quali sono i vantaggi di scegliere l’illuminazione LED nelle città: tanti vantaggi per la Pubblica Amministrazione e per i cittadini. È risaputo come l’illuminazione LED sia più efficiente dal punto di vista energetico, abbia una durata maggiore e sia più sostenibile, ma i vantaggi per l’illuminazione pubblica non finiscono certamente qui, approfondiamoli tutti nel dettaglio.

Efficienza e risparmio energetico

Uno dei principali vantaggi dell’illuminazione pubblica LED è il ridotto consumo energetico: i LED consumano molto meno energia delle tradizionali lampade per offrire la stessa emissione luminosa. L’illuminazione LED, confrontata con fonti di illuminazione tradizionali, porta infatti a risparmi considerevoli:
il risparmio medio ottenuto utilizzando l’illuminazione a LED è di circa il 93% rispetto alle lampade a incandescenza – 90% rispetto alle lampade alogene – 70% rispetto alle lampade a Ioduri metallici – 66% rispetto alle lampade fluorescenti.

Lunga durata e assenza di manutenzione

L’utilizzo dei LED nell’illuminazione pubblica ha modificato sensibilmente il concetto di manutenzione. Rispetto all’illuminazione pubblica tradizionale (realizzata con lampade ai vapori di sodio, lampade fluorescenti o agli ioduri metallici) che rendeva necessaria la sostituzione delle lampade anche ogni anno, l’illuminazione a LED, grazie ai recenti upgrade tecnologici, raggiunge e supera le 100.000 ore, ovvero oltre venti anni di funzionamento. Un incredibile vantaggio sia per le Amministrazioni comunali, che non devono spendere costantemente per la manutenzione dei lampioni o preoccuparsi delle parti di ricambio che per i cittadini, che non incorrono più in frequenti guasti e continue segnalazioni.

Temperatura di colore

Un altro vantaggio dell’illuminazione LED è la temperatura di colore della sorgente che può essere modificata. La temperatura di colore è una grandezza fisica e si misura in gradi kelvin (K) e determina la tonalità della luce. Più basso è il numero di Kelvin, "più calda" risulta la luce, più è alto il numero più risulta “fredda”. L'illuminazione a LED non ha una temperatura di colore specifica, ma può essere modulata a seconda dell’applicazione richiesta. 
Uno studio di Virginia Tech Transportation Institute (VTTI) ha mostrato come l’illuminazione pubblica stradale a LED a 4000K permette agli automobilisti di identificare la presenza di pedoni e ostacoli con maggiore facilità e a distanze superiori rispetto alle altre temperature di colore, tanto superiori quanto inferiori, prese in esame. Di conseguenza, i 4000K potrebbero essere considerati la scelta ideale dal punto di vista della sicurezza su strade con presenza di pedoni e ciclisti. 

Perchè utilizziamo i gradi Kelvin per indicare la temperatura di colore?

La temperatura di colore, come abbiamo visto, è un valore scientifico, espresso in gradi Kelvin, che associamo alle diverse tonalità di colore della luce emesse da un corpo illuminante. Su una scala che va da 1000 a 12.000 più alto sarà il numero dei gradi Kelvin, più azzurra (fredda) apparirà la luce viceversa, più basso sarà il numero dei gradi Kelvin, più la luce tenderà al giallo (calda). 

temperatura di colore dell'illuminazione solare
In fisica si utilizzano i gradi Kelvin perché è la stessa unità di misura che definisce la temperatura alla quale le stelle bruciano. Le stelle, infatti, emettono luce bruciando grandi quantità di gas. La temperatura alla quale bruciano questi gas è misurata in gradi Kelvin e, al variare della temperatura, cambia anche il colore che la stella emette: colori che vanno dal giallo, bianco e blu. Per esempio, se una stella brucia a temperature che vanno tra i 2700K a 4000K, è una stella gialla. 


Assenza di materiali chimici inquinanti

Il LED non inquina e non contiene sostanze pericolose: è composto essenzialmente polvere di silicio, non presenta altri gas nocivi o sostanze tossiche, a differenza delle lampade fluorescenti e delle lampade a scarica (alogenuri metallici e vapori di sodio). I LED producono energia tramite un componente elettronico che, grazie al passaggio di una minima quantità di energia elettrica, emette una luce priva di infrarossi (IR) e ultravioletti (UV): nessuna parte dell’energia che viene trasformata in luce è al di fuori dello spettro visibile. Inoltre, non contenendo mercurio o altre sostanze pericolose per la salute dell’uomo, presentano uno smaltimento più semplice (pur essendo dei rifiuti RAEE) e sono riciclabili al 95%.

Cosa sono i rifiuti RAEE?

Con la sigla RAEE si indicano i Rifiuti da Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (in inglese anche definiti e-waste derivante dall'acronimo di Waste of Electric and Electronic equipment - WEEE) ossia ciò che resta a fine vita di apparecchiature che per il funzionamento hanno avuto bisogno di correnti elettriche o di campi elettromagnetici.

Per una appropriata raccolta differenziata i RAEE sono stati suddivisi, in base a caratteristiche di omogeneità, in 5 gruppi:

R1 – grandi apparecchi di refrigerazione, frigoriferi, congelatori, altri grandi elettrodomestici per la refrigerazione e il condizionamento.
R2 – lavatrici, lavastoviglie, apparecchi per la cottura, forni a microonde, apparecchi elettrici per il riscaldamento e altri grandi apparecchi elettrici.
R3 – tv e monitor con o senza tubo catodico.
R4 – piccoli elettrodomestici come ferri da stiro, aspirapolvere, frullatori, ventilatori, telefoni, apparecchi di illuminazione, pannelli fotovoltaici.
R5 – sorgenti luminose (tubi fluorescenti, lampade fluorescenti compatte, lampade a scarica ad alta intensità, comprese lampade a vapori di sodio ad alta pressione e lampade ad alogenuri metallici, lampade a vapori di sodio a bassa pressione, lampade a LED).

Il trattamento dei RAEE garantisce enormi vantaggi ambientali e sanitari ma l’eliminazione e la messa in sicurezza di sostanze pericolose, quali il mercurio presente nelle lampade dell’illuminazione pubblica tradizionale, ha un costo elevato e il recupero dei materiali, impiegabili per nuove applicazioni, è più limitato.

Smaltimento illuminazione tradizionale

La tecnologia di trattamento utilizzata per i tubi fluorescenti, ad esempio, è la frantumazione definita “crush and sieve, che consiste nella triturazione delle sorgenti luminose e nella conseguente separazione delle singole componenti e captazione, tramite processi di aspirazione e filtrazione, del mercurio e delle polveri fluorescenti. Il vetro rimanente, lavato e triturato, può così trovare nuove applicazioni in manufatti per l’edilizia (ad esempio lane di vetro e isolanti) o nei processi di vetrificazione delle superfici di piastrelle.
 

Smaltimento illuminazione LED

Un apparecchio da illuminazione pubblica a LED a fine vita è riciclabile quasi nella sua interezza (mediamente oltre il 95%) e non necessita di particolari processi di captazione di gas o di altri materiali inquinanti durante il suo smaltimento: un discreto vantaggio economico, sia per la realizzazione del processo stesso che per l'ambiente.


Riduzione emissioni CO2 dell’illuminazione pubblica

Un altro vantaggio dell’illuminazione pubblica a LED è quello di ridurre drasticamente le emissioni di anidride carbonica (CO2), principale causa dell’effetto serra. I lampioni a LED utilizzano molta meno energia rispetto alle sorgenti tradizionali, di conseguenza il consumo in kW/hr all’anno è decisamente inferiore e contribuisce alla riduzione della CO2, per città più ecosostenibili. Scegliere di convertire l’illuminazione pubblica a LED è dunque una valida strategia per la riduzione dei costi energetici e dell’impronta di carbonio sul pianeta.


Cosa significa la parola LED?

Ma cosa significa esattamente la parola LED? L'acronimo LED deriva dalla frase inglese Light Emitting Diode che significa letteralmente diodo ad emissione di luce. Il LED rappresenta l’evoluzione dell’illuminazione allo stato solido, in cui la generazione della luce è ottenuta mediante semiconduttori anziché utilizzando un filamento o un gas. 

Quando nasce la tecnologia LED?

La tecnologia LED fu sviluppata per la prima volta nel 1962 per opera di Nick Holonyak Jr. mentre lavorava per la General Electric. Sfruttando le proprietà di alcuni materiali semiconduttori in grado di emettere fotoni, e quindi luce, in seguito all'applicazione di un potenziale elettrico.

La prima realizzazione pratica di un LED avvenne nel 1968, con la produzione di dispositivi che emettevano luce solo in colore rosso. I primi LED in questione vevano però una potenza molto bassa, per questo motivo, non erano sufficienti per illuminare lo spazio. Sono stati quindi utilizzati solamente come sostituti degli indicatori classici o nei display a sette segmenti.

Chi è Shuji Nakamura? Il rivoluzionario inventore del LED a luce blu.

La vera svolta nello sviluppo della tecnologia LED come fonte di illuminazione si ebbe all’inizio degli anni ’90 grazie alla brillante intuizione del fisico giapponese Shuji Nakamura. Shuji Nakamura insieme a Isamu Akasaki e Hiroshi Amano (premiati poi nel 2014 con il Premio Nobel per la fisica) riuscirono per la prima volta a generare un fascio di luce blu da materiali semiconduttori

Immagine ufficiale premio nobel per la fisica 2014 Shuji Nakamura

Immagine ufficiale del Premio Nobel 2014. Notare la presenza insistente del colore blu che rende finalmente possibile la luce “gialla".
 
Come detto precedentemente, fino ad allora esistevano soltanto LED a luce rossa e successivamente verde, ma in entrambi i casi non era possibile produrre luce bianca da questi dispositivi, che possedevano tra l’altro una potenza davvero bassa. I diodi verdi e rossi, infatti, senza una fonte di luce blu non avevano la possibilità di creare una luce bianca che sommasse le tre componenti. 

Per anni superare questo ostacolo è stata una vera scommessa per i fisici di tutto il mondo, intravedendo nel LED un enorme potenziale tecnologico

La rivoluzionaria scoperta del LED a luce blu

Nel 1993 presso la Nichia Chemical Industries in Giappone Shuji Nakamura riuscì a creare il primo LED a luce blu tramite un differente semiconduttore. L’importanza dell’invenzione fu notevole perchè il blu è un colore primario e combinando attraverso software appositi le tre luci monocromatiche fondamentali (rosso, blu e verde) fu possibile ottenere luce bianca (e luci di qualsiasi altro colore).
Da quella brillante intuizione nacquero così i primi LED multi chip (con cioè tre chip dei tre colori fondamentali) a luce bianca, che in pochi anni rivoluzionarono l’intero settore, grazie anche alla loro efficienza energetica, dando inizio a una trasformazione fondamentale nel campo dell'illuminazione e nel mondo intero che è proseguita negli anni fino ad oggi. Proprio per questo l’invenzione congiunta di Shuji Nakamura, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano è stata insignita del prestigioso premio nobel nel 2014

Sandro Cini Managing Director di AEC Illuminazione, Shuji Nakamura Premio Nobel per la Fisica 2014 e Luca Vagheggi AEC Optical Developer, durante il conferimento del Dottorato Honoris Causa in Energia e Sviluppo Sostenibile al prof. Shuji Nakamura dell’Ateneo di Perugia.
Sandro Cini Managing Director di AEC Illuminazione, Shuji Nakamura Premio Nobel per la Fisica 2014 e Luca Vagheggi AEC Optical Developer, durante il conferimento del Dottorato Honoris Causa in Energia e Sviluppo Sostenibile al prof. Shuji Nakamura dell’Ateneo di Perugia.
 

Come sfruttare i vantaggi dell’illuminazione pubblica a LED

Come abbiamo visto, i vantaggi dell’illuminazione LED sono molteplici e possiamo riassumerli così: 

  • Durata della sorgente luminosa a LED oltre 100.000 ore.
  • Costi di manutenzione praticamente nulli.
  • Elevato rendimento rispetto all’illuminazione pubblica tradizionale e riduzione CO2.
  • Luce priva di componenti IR e UV perché nessuna parte dell'energia trasformata in luce è al di fuori dello spettro del visibile.
  • Funzionamento in sicurezza perché il LED lavora a bassissima tensione.
  • Minor calore generato nell'ambiente rispetto ad altre tecnologie tradizionali di illuminazione.
  • Corretto funzionamento anche a bassissime temperature (fino a -40 °C) senza problemi.
  • Assenza di mercurio o sostanze pericolose.
  • Possibilità di creare apparecchi da illuminazione compatti per via dell'impatto dimensionale ridotto.
  • Ridotto ingombro della sorgente luminosa (puntiforme) che può essere modulata a piacimento grazie all’utilizzo di lenti o specifiche ottiche.
  • Possibilità di regolare l'intensità luminosa
La forza commerciale degli apparecchi per illuminazione pubblica a LED si basa sulla loro capacità di ottenere elevata luminosità a fronte di bassissimi consumi e sulla loro elevata affidabilità, specie in condizioni di stress meccanici. È pertanto evidente come l’illuminazione pubblica a LED possa fare davvero la differenza per i cittadini ma soprattutto per le Pubbliche Amministrazioni che riescono ad avere importanti risparmi in termini di costi operativi.

Dati i vantaggi, a che punto è l’illuminazione pubblica a LED?

Nonostante tutti gli indiscutibili vantaggi dell’illuminazione pubblica a LED, è ancora lunga la strada dell’efficientamento energetico totale, con la sostituzione delle vecchie tecnologie di illuminazione con quella efficiente a LED.

Secondo un’indagine dalla società di analisi di mercato Arthur D. Little, sono meno del 15% dei 320 milioni di lampioni stradali LED installati nel mondo. La media europea è ancora più bassa ma con profonde differenze tra le città e le varie aree geografiche: a Milano, per esempio, dal 2015 il 100% dei lampioni è a LED


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