L’evoluzione di LED e OLED: rapporto 2014 del DOE
Ad aprile 2014 è stato pubblicato il piano di programma 2014 del Dipartimento degli Stati Uniti dell’Energia (Department Of Energy) sullo Solid State Lighting (SSL), l’illuminazione a stato solido, in pratica LED e OLED. Il DOE rilascia periodicamente documenti che fanno il punto della situazione sulla ricerca, la produzione, la commercializzazione, tutto quello che riguarda il SSL e sono molto utili per capire in che direzione sta andando il mondo di LED e OLED. Il documento ufficiale lo trovate a questo link, di seguito riporterò un breve estratto.
La penetrazione dei LED in Europa è cresciuta rapidamente in questi anni, il DOE ha stimato 184 milioni di unità vendute nel 2013. I settori principali sono quelli commerciale, industriale e municipale, solo per ultimo quello residenziale. Il CLASP ( Center for Law and Social Policy), un’agenzia internazionale che promuove l’uso di apparecchi ad alta efficienza energetica, prevede che nel 2030 i 2/3 delle lampade nei settori non residenziali sarà a LED. Questo significa che a fronte di una crescente domanda di illuminazione i consumi caleranno del 24% con un risparmio annuo di 53 Tera Watt ora (TWh).
Nel Regno Unito si è registrato un calo dell’energia usata per illuminazione residenziale del 30% dal 2007 al 2011 ed il crescente utilizzo di lampade a LED porterà ad una riduzione ancora maggiore nei prossimi anni.
Negli Stati Uniti il numero di lampade LED è cresciuto di 20 volte in 3 anni arrivando a 105 milioni di unità portando nel 2013 un risparmio energetico pari a 1,8 miliardi di dollari. Un buon risultato considerando che la penetrazione del mercato americano è solo del 1,3% per applicazioni indoor e del 5,8% per applicazioni outdoor.
I costi degli apparecchi LED, dal 2012 al 2013, sono calati in media del 15%.
Un commento a parte va fatto per la tecnologia OLED, anch’essa in espansione ma che ad oggi è utilizzata quasi esclusivamente per l’illuminazione di TV e schermi in genere, lampade da tavolo, illuminazione d’ambiente e per interno auto.
Vediamo nella tabella seguente i valori raggiunti di efficienza e costi nel 2013 ed i valori previsti per il futuro e confrontiamoli con quanto era previsto sempre dal DOE nel documento dell’anno scorso i cui dati sono inseriti qui tra parentesi.
2013 | 2015 | 2017 | 2020 | Obiettivo | |
Bianco freddo ,efficienza (lm/W) |
166 (164) |
192 (224) |
211 |
231 (235) |
250 |
Bianco freddo, costo ($/Klm) |
4 (4) |
2 (2) |
1,3 |
0,7 (0,7) |
0,5 |
Bianco caldo, efficienza (lm/W) |
135 (129) |
169 (162) |
197 |
225 (224) |
250 |
Bianco caldo, costo ($/Klm) |
5,1 (5,1) |
2,3 (2,3) |
1,4 |
0,7 (0,7) |
0,5 |
Quello che un anno prima era previsto per il 2013 è stato rispettato per i costi ( 4 dollari ogni 1000 lumen per i LED a bianco freddo) ed è stato addirittura superato per l’efficienza (164 lumen per watt previsti e 166 lm/W raggiunti per il bianco freddo). Le previsioni per gli anni futuri sono state mantenute per i costi e sostanzialmente anche per l’efficienza. Sulle prestazioni dei LED ci sono molti soggetti e molte variabili in gioco, riuscire ad azzecare le previsioni significa aver investito molto ed avere una grande capacità di analisi.
Va sottolineato che non sempre i dati forniti dai produttori rispecchiano i valori di efficienza alle normali condizioni di utilizzo. Ad esempio Cree riporta un’efficienza di 200 lm/W per la sua lampada MK-R a 25 °C (6500K) ma durante il normale utilizzo la temperatura sale a 80 °C e l’efficienza cala a 149 lm/W. I dati in tabella sono relativi ai soli LED alle normali condizioni di utilizzo. In laboratorio sono stati superati i 230 lm/W per il bianco freddo.
Quando il LED viene inserito in una lampada l’efficienza finale è inferiore. Questo è dovuto all’elettronica, all’ottica e alla dissipazione del corpo illuminante. Per questo motivo se anche sono disponibili sul mercato LED con CCT di 3000 K non troverete lampade a LED a bianco caldo con quella efficienza. Vediamo nella tabella seguente i valori raggiunti da alcune lempade a LED e mettiamoli a confronto con quelli raggiunti dalle tecnologie standard.
Tipo prodotto | Efficienza (lm/W) | CCT (K) | Durata L70 (ore) |
Lampada LED A19 | 94 | 2700 | 30.000 |
Lampada LED PAR38 |
78 | 3000 | 50.000 |
Proiettore LED industriale | 119 | 3500 | 75.000 |
Pannello OLED | 52 | 3500 | 15.000 |
HID | 115 | 3100 | 15.000 |
Fluorescente lineare | 108 | 4100 | 25.000 |
CFL | 73 | 2700 | 15.000 |
Alogena | 20 | 2750 | 8.400 |
Incandescente | 15 | 2760 | 1.000 |
I LED sono ormai una tecnologia matura anche se ancora i costi sono superiori e non sempre giustificano una maggiore durata.
OLED
Gli OLED hanno raggiunto in laboratorio efficienze di 118 lm/W su pannelli di 15 cm2 in bianco caldo e durata di 27000 ore (Konica Minolta). Le previsioni di crescita più aggressive sono quelle di LG Chen riportate nella tabella di seguito.
2013 | 2014 | 2015 | 2016 | |
Efficienza (lm/W) | 80 | 100 | 120 | 140 |
Durata L70 (ore) | 20.000 | 30.000 | 40.000 | 60.000 |
La ricerca
La ricerca futura per i LED si concentrerà sui materiali emissivi per trovarne di più efficienti, sulla conversione della luce che attualmente avviene nel 90% dei casi attraverso uno strato di fosfori e sulla qualità della luce.
Per quanto riguarda gli OLED la ricerca si occuperà di ottenre un bianco stabile e di nuovi metodi di estrazione della luce.
Vorrei concludere mostrando i milioni di dollari che il DOE ha messo a disposizione ad aprile 2014: