LED: DIODOS EMISORES DE LUZ, UN APORTE DE LA ILUMINACION ANTE LA CRISIS ENERGÉTICA MUNDIAL

Los Diodos Emisores de Luz (LEDs, por sus siglas en inglés) son la tecnología SSL (Iluminación en Estado Sólido) de mayor disponibilidad en el mercado, ofrece una gran variedad de ventajas sobre las otras tecnologías de iluminación, desde la eficiencia, solidez y longevidadhasta la capacidad de generar de manera directa una gran cantidad de colores. Los LEDs actualmente disponibles ya están reemplazando rápidamente a otras fuentes de iluminación como así también son hoy la tecnología preferida para luces decorativas y de diferentes aplicaciones. La potencia de los LEDs, como fuente de iluminación general (luz blanca), es actualmente una de sus principales promesas de cara al futuro. Otras tecnologías de iluminación La tecnología más antigua es la iluminación incandescente. Fue inventada originalmente a fines del 1800, y excepto por las luces halógenas, el diseño de las lámparas prácticamente no ha cambiado desde 1930. Es la forma más ineficiente de iluminación eléctrica, la luz incandescente, posee una eficiencia de conversión eléctrica energía-luz de sólo el 5%. A pesar de esto, son las que más se utilizan, principalmente en el sector residencial.

Consumen el 30% de la energía eléctrica usada para iluminación mientras que sólo producen un 7% de luz efectiva. Es debido a su baja eficiencia que los gobiernos de diferentes países ya presentaron iniciativas para retirar las lámparas incandescentes de la venta. Las lámparas fluorescentes, la alternativa actual de iluminación de interior, representan el 64% de la iluminación generada eléctricamente y representa el 45% del uso de energía eléctrica para iluminación. La eficiencia de la iluminación fluorescente varía según el tipo de lámpara, aunque generalmente es de 5 y 8 veces mayor a las lámparas incandescentes. Aunque todas las lámparas fluorescentes contienen mercurio, cada vez se utilizan en cantidades menores. La mayoría de las lámparas fluorescentes emiten luz ultravioleta debido a su modo que funcionamiento. El otro grupo principal de tecnologías en iluminación, las lámparas de descarga, se utilizan en espacios grandes incluyendo exteriores, grandes salas y centros comerciales. Las lámparas de descarga proveen el 29% de la luz entregada y representan el 25% de la energía eléctrica utilizada en iluminación.

Debido a que estas lámparas sólo producen una limitada variedad de colores son principalmente utilizadas en aplicaciones donde el color no es importante. Además, las lámparas de descarga producen luz no-direccional, haciendo necesarios el uso de reflectores para dirigir la luz. Algunas lámparas son muy eficientes, mucho más que las lámparas fluorescentes, y brindan la cantidad de luz necesaria para aplicaciones como el alumbrado público. Qué son los LEDs para iluminación Los LEDs son dispositivos en estado sólido que generan luz de una manera radicalmente diferente a otras fuentes de luz. Las lámparas incandescentes son muy ineficientes debido a que simplemente calientan un filamento de metal (tungsteno) a miles de grados centígrados y a esta temperatura el filamento emite luz, esta luz se ubica en el área infrarroja del espectro lumínico. Las lámparas fluorescentes generan luz al pasar corriente eléctrica a través de vapor de mercurio, esta genera una excitación que hace al vapor de mercurio emitir luz ultravioleta (UV).

La luz UV golpea el fósforo dentro de la lámpara que hace que ésta se vuelva fluorescente y produzca luz blanca visible. El proceso requiere de un balasto (dispositivo electrónico) para controlar el flujo de electricidad. En los LEDs, un bajo voltaje de corriente continua (CC) circula a través de dos capas de material semiconductor. Esto resulta en la generación defotones de luz de un reducido rango de frecuencias. El color de la luzdepende del material semiconductor utilizado y del tipo de dopante(impurezas) que se le agregue. El semiconductor se aloja en una caja epoxi que además funciona como un sistema óptico (lente), que enfoca la luz producida.

Para uso con la red de suministro eléctrico, se necesitan controladores electrónicos y conversores de voltaje. El nivel deinnovación tecnológica y de ingeniería involucrada en los LEDs modernos es mucho mayor que en las fuentes convencionales de luz. Historia de la Tecnología LED Los diodos emisores de luz (LEDs) existen desde hace varias décadas, aunque hasta no hace mucho, su uso estaba limitado a usos específicos. Antes de 1990, sólo estaban disponibles los LEDs de color rojo, verde y amarillo, esto limitaba su utilidad. La invención de los LEDs azules y ultravioletas (UV) y el incremento del brillo del LED permitieron recientemente la generación de luz blanca. Desde 1990 se aceleró el desarrollo y comercialización de semiconductores emisores de luz.

Desde la invención del LED rojo en la década del 60, la potencia de la luz de este dispositivo se multiplicó por 20 cada 10 años, al mismo tiempo ladisminución del costo de la luz LED (por lumen) fue de 10 veces, siguiendo la tendencia conocida como ley de Haitz (Steele 2007). En el caso de los nuevos LEDs blancos, la potencia del lumen (por dispositivo) se multiplicó por 6 entre 2002 y fines de 2006 mientras que el costo por lumen disminuyó 7 veces su valor. Entre 1995 y 2005 el mercado del LED blanco de alto brillocreció en un promedio de 42% anual (Steele 2007). Sin embargo, la tecnología aún está lejos de madurar con una penetración en el mercado limitada sólo para usos específicos.

Los LEDs de colores actualmente superan en calidad a las fuentes filtradas de luz incandescente por lo que comienzan a tener una mayor demanda comercial. Los LEDs generan una limitada amplitud de onda de luz, produciendo así directamente los colores deseados y consiguiendoeficiencias superiores que las tecnologías alternativas que dependen principalmente de luz blanca filtrada. Los LEDs que producen luz blanca aún deben esperar para lograr esa penetración en el mercado, debido a cuestiones de conversión. La luz no puede ser emitida directamente por un LED, debe ser generada por una conversión de fósforo de luz azul o UV, a partir de la mezcla de luz monocromática o por una combinación de las dos posibilidades. El uso de LEDs individuales que posean fósforos es la tecnología más generalizada.

No obstante, esto presenta algunos grandes desafíos técnicos, especialmente en la creación de luz blanca cálida (similar a las incandescentes) ya que la eficiencia de los fósforos rojos queda por detrás de la de los disponibles para generar otros colores (Schubert y Kim 2005). Laseficiencias de la conversión de fósforo generalmente son bajas, esto reduce la eficiencia final de los productos. En la industria muchos creen que el criterio de mezclar luz terminará siendo dominante (brindando eficiencias de 200 lm/w ? mucho más que una lámpara incandescente o fluorescente), aunque la falta de LEDs verdes de alta potencia actualmente limita la calidad del color blanco. Beneficios de la luz de LEDs sobre otras fuentes de luz Las iluminación por LED tiene una serie de beneficios sobre otras fuentes de luz: ? Mayor eficiencia. Potencialmente superior a todas las fuentes comunes de luz. ? Mayor longevidad. Con beneficios que incluyen bajos costos de mantenimiento. ? Mayor control de distribución de la luz. Los LEDs emiten luz en una dirección que luego puede esparcirse. En otras fuentes la luz se emite hacia todas direcciones y debe ser reflejada hacia la dirección deseada. ? Mayor control cromático (color). Gran variedad de colores posibles con variedad de LEDs. ? Respuesta y control más rápidos. Los LEDs no necesitan calentarse y se pueden atenuar completamente. ? Durabilidad superior.

Al ser dispositivos en estado sólido, los LEDs son rígidos, sin componentes frágiles. ? Gran variedad de temperaturas de operación. Los LEDs funcionan de manera muy eficiente a bajas temperaturas, a diferencia de las lámparas fluorescentes. ? Baja generación de calor. Los productos son más fríos que las alternativas. ? Sin Mercurio. Aún no se ha identificado un riesgo toxicológico equivalente con respecto a las unidades fluorescentes de iluminación. ? Sin emisiones UV en los LEDs blancos. Beneficios potenciales en la salud versus la iluminación fluorescente, para algunas personas. ? Imitación de la Luz de Día. Se especula que la iluminación LED eventualmente imitará la luz natural del día permitiéndole a la luz artificial acercarse más a los ritmos circadianos. Esto además podría ayudar a prevenir trastornos afectivos estacionales (TAE) y fomentar la productividad en las oficinas durante el día. Con cualquier tecnología en desarrollo, las ventajas son mayores que sus desventajas.

Aunque existen desafíos técnicos que superar. En el caso de la iluminación con LED, los principales desafíos incluyen los costos, la eficiacia y la potencia. Todas estas son áreas en progreso constante. La vida útil de los LEDs Los LEDs fallan de una forma diferente a las otras fuentes de luz. En lugar de detenerse de manera simple y abrupta, los LEDs reducen su intensidadde manera gradual en el tiempo. La llamada ?depreciación de lumen?resultante en una reducción del 30 a 50% en potencia de luz, es considerada comunmente como una falla. Aunque tales diferencia parecen grandes, el ojo humano no responde linealmente a los cambios en laintesidad de la luz, entonces son aceptables en términos de rendimiento. Se espera que la vida de los dispositivos LED alcancen las 50.000 horas. En este período de vida y en períodos superiores, las fallas en la provisión de energía pueden ser un factor limitante y no la falla del diodo. Mientras que debería ser posible que en productos especializados supere las 50.000 horas aunque esto podría ser a expensas de ciertos criterios de rendimiento. Aún existen algunas dudas acerca del proceso utilizado para evaluar la vida útil de los productos, dado que 50.000 horas equivalen a 5.7 años, mucho más que el tiempo que ha transcurrido desde que se han desarrollado algunos de los productos disponibles actualmente. El reciclado de los dispositivos con LEDs Es probable que las luces blancas LED residenciales de primera generación sean utilizados como reemplazo directo en adaptadores ya diseñados paralámparas incandescentes. Esto hará que la electrónica se construya a partir de lámparas, en una forma similar a las LFC. Esto derivará en lámparas con una gran diversidad en cuanto a composición de materiales. Como sucede con las actuales LFC, existirán los mismos desafíos en cuanto al reciclado cuando se acabe la vida útil de la lámpara. En la actualidad, el reciclado del balasto electrónico de las LFC incluye la destrucción seguida de la fundición para recuperar el contenido de metal de valor. Es razonable pensar que un destino similar le espera al los reemplazo de las lámparas LED. Los fabricantes de LED afirman que su tecnología debería ser vista como una iluminación de futuro a largo plazo. Si este es el caso, para permitir que se desarrolle todo el potencial de la tecnología (atenuación, cambios en la temperatura del color, etc.) y para garantizar la facilidad del reciclado y el reemplazo, se necesitarán cambios en la infraestructura del sistema. Nuevos sistemas separarán la electrónica de las lámparas (en una manera similar a los tubos fluorescentes). Esto permitirá una electrónica más eficiente y el remplazo o modernización de los componentes individualmente, minimizando así tanto el tamaño como la complejidad del flujo de desechos y permitiendo un reciclado más eficaz. El Galio (uno de los principales componentes de los semiconductores LED) suele estar presente en concentraciones similares tanto en desechos electrónicos y cenizas (de industrias de carbón y fosfatos) como enfuentes naturales (Grupta et al 2007).

Por ello el reciclado puede resultarcomercialmente atractivo. Aplicaciones de los LEDs de iluminación A la fecha, los LEDs han penetrado en una serie de mercados de iluminación y han permitido el desarrollo de otros mercados. La mayor penetración ha sucedido en áreas que utilizan LEDs de color(monocromáticos). La tecnología del LED de color ya es madura y por lo tanto está lista para entrar al mercado. Además, la diferencia comparada con las incandescentes de color en términos de eficiencia lumínicas es muy apreciable. Algunas de las aplicaciones más comunes de la tecnología de LEDs en la iluminación son: ? Iluminación en vehículos. ? Iluminación arquitectónica, publicitaria y decorativa. ? Pantallas electrónicas. ? Iluminación General. ?

Iluminación residencial para hogares fuera de la red La tecnología OLED Otra forma de iluminación en estado sólido son los diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs) que también se encuentran en rápido desarrollo. Estos productos consisten en delgadas láminas orgánicas superpuestas entre dos conductores eléctricos y se manifiestan como ?paneles de luz? en lugar de fuente puntual de luz (como los LEDs). Los OLEDs podrían incluso ser transparentes, lo que les permitiría cubrir claraboyas, esto permitiría que entre la luz del sol durante el día y producir luz durante la noche. La tecnología podría eventualmente proveer de fuentes de luz blanca aptas para iluminación general y podrían brindar una serie de beneficios sobre los LEDs. Estos incluyen muy bajos costos debido a la abundancia de lamateria prima y el potencial para una producción continua de rollo a rollo. Además, muchos de los beneficios de los LEDs comparados con otras fuentes de luz también incluyen sus equivalentes orgánicos. LED: Diodos Emisores de Luz, un aporte de la iluminación ante la crisis energética global. Ahorro energético, tecnología Fuente: Greenpeace (greenpeace.org)