• Marco Caridi

La rivoluzione della luce

Un quarto del consumo modiale di energia elettrica utilizzato per l'illuminazione.

Con i LED migliora la qualità della vita.

Thomas Edison

Alessandro Volta ha inventato la pila, Gugliemo Marconi il primo telegrafo senza fili, la macchina a vapore, senza la quale non ci sarebbe stata la Rivoluzione Industriale, è figlia dell’ingegnere scozzese James Watt, la lampadina ad incandescenza fu inventata da Thomas Edison nel 1878.

E le lampade a LED?

LED sta per Light Emitting Diode e si basa sul fenomeno fisico dell'elettroluminescenza. Fenomeno naturale su cui è costruita la tecnologia LED, scoperto nel 1907 dal ricercatore radiofonico britannico e assistente di Guglielmo Marconi, Henry Joseph Round.

Successivamente, fu il ricercatore radiofonico russo Oleg Vladimirovich Losev ad approfondire ulteriormente gli studi dei fenomeni di elettroluminescenza nei diodi utilizzati negli apparecchi radio. Studi che lo portarono nel 1927 a pubblicare un documento intitolato “Rilevatore luminoso di carborundum” (carburo di silicio).

Sebbene a quel tempo non fosse stato creato alcun LED sulla base del suo lavoro, la sua ricerca influenzò i futuri inventori. Anni dopo infatti, nel 1961, Robert Biard e Gary Pittman inventarono e brevettarono un LED ad infrarossi per Texas Instruments.

Questo è stato il primo LED, tuttavia, essendo ad infrarossi, era oltre lo spettro della luce visibile. Soltanto nel 1962, Nick Holonyack, ingegnere consulente per la General Electric Company, inventò il primo LED, rosso, a luce visibile.

Holonyack si è guadagnato l'onore di essere chiamato il "Padre del diodo ad emissione di luce" per il suo contributo alla tecnologia.

Ma come funziona un diodo?

Per rispondere confrontiamolo rispetto alla vecchia lampadina ad incandescenza che funziona facendo passare l'elettricità attraverso un filamento che si trova all'interno della lampadina di vetro. Il filamento si riscalda e si illumina, e questo crea la luce, tuttavia, crea anche molto calore.

La lampadina ad incandescenza perde circa il 98% della sua energia producendo calore e rendendo il processo piuttosto inefficiente.

I LED, invece, fanno parte di una nuova famiglia di tecnologie di illuminazione chiamata illuminazione allo stato solido. Sono fondamentalmente freddi al tatto e sono costituiti da un multiplo di piccoli diodi emettitori di luce al loro interno.

Il loro funzionamento, come accennato in precedenza, si basa sull'effetto dell'elettroluminescenza, ovvero quel fenomeno fisico secondo cui alcuni materiali emettono luce quando viene ad essi applicata elettricità.

I LED non hanno filamenti che si riscaldano, invece sono illuminati dal movimento degli elettroni in un materiale semiconduttore.

Grazie alla loro resa energetica hanno da diversi anni oramai invaso le nostre abitazioni e sono presenti in molti oggetti di uso quotidiano, dagli elettrodomestici agli apparecchi illuminanti, sostituendosi alle vecchie lampadine ad incandescenza che avevano monopolizzato il mercato per oltre un secolo. I vantaggi?

Li conosciamo già. Le lampade a LED bianche emettono una luce bianca brillante, sono di lunga durata, a basso consumo energetico e poi diciamolo sono davvero molto belle a vedersi. Sono progressivamente migliorate negli anni, diventando sempre più efficienti, con flusso luminoso sempre più elevato (misurato in lumen) per unità di potenza di ingresso (misurata in watt). Il record più recente è di poco più di 300 lumen per watt, che può essere paragonato a 16 lampadine normali e a 70 per lampade fluorescenti.

Visto che circa un quarto del consumo mondiale di energia elettrica è utilizzato per l'illuminazione, i LED contribuiscono anche a salvare le risorse della Terra!

I vantaggi, inoltre, riguardano anche la riduzione dei rifiuti, visto che durano fino a 100.000 ore rispetto alle 1.000 delle lampadine ad incandescenza ed alle 10.000 ore delle lampade fluorescenti. Per questo i tre ideatori dei LED, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura, sono stati premiati col Nobel per la fisica nel 2014 dopo oltre 20 anni di studio sul progetto.

Una storia iniziata nel 1990, quando i tre ricercatori iniziarono a lavorare sui fasci luminosi di luce blu nei semiconduttori, dando vita, quasi inconsapevolmente, ad una trasformazione fondamentale nelle tecnologie legate all'illuminazione.

I diodi erano stati a lungo rossi e verdi ma senza la luce blu, non avrebbero potuto dar vita alle lampade a luce bianca.

Nonostante i notevoli sforzi, sia nella comunità scientifica che nell'industria, il LED blu rimase una sfida per trent'anni.

Ma i tre scienziati riuscirono laddove tutti gli altri avevano fallito. Akasaki collaborava con Amano all'Università di Nagoya, mentre Nakamura era impiegato presso la Nichia Chemicals, una piccola azienda di Tokushima. Ma non è solo per questo che il Nobel è andato ai tre inventori dei LED a luce bianca. I LED rappresentano una grande promessa per migliorare la qualità della vita di oltre 1,5 miliardi di persone nel mondo che non hanno accesso alle reti elettriche: grazie ai requisiti di bassa potenza possono essere alimentate da energia solare locale a buon mercato. Anche il settore automotive ha sviluppato soluzioni tecnologiche basate su questa innovativa tecnologia per l’illuminazione.

La sua applicazione in questo campo non è stata immediata, infatti inizialmente le lampade a Led non avevano una potenza sufficiente per i fari. Uno dei problemi riscontrati era anche dovuto al fatto che trattandosi di luce direzionale e concentrata risultava poco adatta a casi in cui serviva una luce diffusa.

Per molto tempo le applicazioni di serie di Led sulle automobili hanno riguardato il gruppo posteriore, o gruppi di minor luminosità, come le frecce laterali.

Anche l’urbanistica delle città ha subito un “piacevole” impatto grazie alle luci a led.

Sostituire in città decine di migliaia di luci per l’illuminazione pubblica produce una vera e propria rivoluzione!

Un luogo che investe sulla sostenibilità, è smart; è quindi all’avanguardia, tiene al benessere del territorio e dei cittadini, facendo attenzione all’inquinamento e alle modalità di alimentazione di essi.

Si tratta di un cambiamento positivo per il pianeta ma anche e soprattutto per la società.

Le nuove luci non solo diminuiscono le emissioni di CO2 riducendo drasticamente il carbon footprint, ma garantiscono maggiore luce nella città ed un risparmio che a regime può superare il 40% dei costi energetici quindi circa 2 milioni di euro comunali annui di abbattimento sulla bolletta.


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