Alumbrado Publico Con LED

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ILUMINACIÓN VIARIA Y PEATONAL CON LEDS Alfred Sa - FLUXUS LUMINOTÉCNICOS ASOCIADOS SL la supremacía inmediata del led sobre otras lámparas convencionales.

1-Introducción

E

l presente texto es un extracto muy resumido del trabajo de investigación realizado por el autor en mayo de este año, y que consistió en explorar las posibilidades de aplicación de los leds en iluminación viaria y peatonal, y cuyo promotor fue el Ayuntamiento de Barcelona. En Abril pasado (de 2008) , durante la feria de iluminación más importante del mundo, la Light+Building 2008, se vieron bastantes fabricantes con soluciones para alumbrado exterior mediante leds. Este es el punto de partida y origen del informe, dado el momento de auténtica “revolución” que se vive respecto al uso del led de alta potencia, y que ha creado una cierta confusión sobre las reales posibilidades de aplicación. Mientras que algunos fabricantes opinan que faltan un par de años para que el led esté realmente implantado en el mercado

A final de mayo se celebró la feria Lumiville en la ciudad de Lyon, donde se presentaron algunos fabricantes especializados en iluminación exterior. No pudimos asistir pero hemos tenido acceso a una información ya previamente seleccionada.

de iluminación exterior, -y no les falta razón- , otros ya han lanzado con mayor o menor éxito algunos modelos al mercado. Incluso, otros fabricantes de iluminación con tecnología Led, en un ejercicio de optimismo, ya pronostican

2-El chip ... y un universo entero de fabricantes de componentes. Los leds más destacados parecen ser, por aclamación, los modelos Luxeon Rebel de Lumileds y el XR-E Lamp de Cree, aunque destacan tambien otros fabricantes como Osram con la última versión del Golden Dragon, Seoul Semiconductores (modelo Acriche a 230V), Nichia, Citizen, Awago, todos ellos sin llegar a la calidad de los dos primeros.

Torraca, Italia

Arezzo, Italia

Diversos ejemplos de ahorro energético expuestos por la firma Cree, realizados con sus LEDS “Lighting Class” Fuente: LEDCITY

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Existe una gran variedad de leds y componentes en el mercado de semiconductores; destacan por su importancia para la eficacia del sistema los drivers, los sistemas de gestión de temperatura, las ópticas o colimadores, opticas terciarias, softwares de control y gestión, etc.

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Cada nueva familia de leds provoca a su alrededor la aparición de una verdadera cascada de soluciones renovadas; con la mejora del paquete lumínico aparecen nuevas ópticas, nuevos drivers, nuevos sistemas de montaje, mejoras en la disipación de calor –el verdadero problema a solucionar- y que aumentan la eficacia del sistema general. Es una rueda en permanente retroalimentación. Puede ocurrir que antes de que se consolide una generación de leds en el mercado ya aparece la siguiente, y la primera queda obsoleta rápidamente, lo cual provoca la caida del precio. Bienvenidos al mundo de la electrónica.

ofrezcan resultados correctos. También deberíamos añadir en estas listas a los fabricantes considerados como “general area ilumination”. Verdaderamente se crea una “montaña” de información y la selección previa y los descartes son imprescindibles.

Fabricantes como BETA Led, en EEUU, presentan en su web buenas soluciones y varias obras realizadas, incluyendo extensas tablas y comparativas loando las buenas prestaciones del led y el enorme ahorro que supone su utilización....

Destacaremos únicamente algunas marcas entre las más conocidas. En cuanto a drivers : Lumidrives, Cypress, Anglia Lighting, Texas Instruments... En cuanto a ópticas : Carclo , Fraen, Syntec Optics, DBM Reflex Lighting, etc. Respecto la gestión de la temperatura : Setex, Nuventix, Bergquist, Thermastrate, Lamina. La comercialización de estas marcas se realiza a través de empresas muy especializadas en algunos casos de venta on line, son grandes distribuidoras de semiconductores como : Silica, Arrow, Edison, RS Components, etc

Revisando las webs asiáticas, encontramos docenas de fabricantes que nos proponen modelos con 30, 60, 90 , 120 o incluso 180 leds, pero la distribución de estos leds en una superficie plana y sin ópticas, nos hace sospechar que la curva fotométrica no será probablemen-te la más idónea. Algunos de estos catálogos ofrecen soluciones con resultados aparentemente excepcionales, distribuyendo las luminarias en grandes interdistancias y consiguiendo sin embargo niveles de iluminación muy elevados. Sólo realizando una fotometría en un laboratorio reconocido podremos comprobar la veracidad de estos fantásticos resultados “de catálogo”. En nuestro caso la comprobación fotométrica realizada fue negativa, pues la fotometria real no tenia nada que ver con la publicada.

3-Entorno “LED LIGHTING” y “STREET LIGHTING”. Algunos fabricantes seleccionados. De la propia web de Light+Building este año obtuvimos la cifra de 473 fabricantes de iluminación “Led Lighting”, lo cual da una idea de la magnitud del fenómeno. Separando los especializados en iluminación decorativa o señalización, quedan unos 114 fabricantes de “Street Lighting”. En la revista LEDS MAGAZINE, aparecen unos 402 fabricantes “Led Lighting”, de los cuales 166 con el epígrafe “Street Lighting”, aunque si entramos en detalle habría que separar varias docenas de fabricas de origen asiático, de los cuales solo podemos encontrar unos pocos que se comercialicen en Europa y

En el mercado español y europeo operan varios fabricantes de empresas multinacionales muy reconocidas en alumbrado exterior como Philips, Schreder, Siteco, Thorn, Dissano, Sill y Hess, entre otros, que ya poseen luminarias con leds en sus catálogos, aunque la información todavía presenta algunas carencias en la mayoria de casos. En Lumiville se presentó también la marca Wissenlux, con un modelo, tres fotometrías e información bastante Luces CEI · nº 38 · 2009

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completa. En España, Inda y Lightled proponen sus modelos con varias composiciones de leds, todavía en fase experimental. Otros fabricantes como Carandini, Troll, Santa &Cole, ATP, Simon Lighting o Fundiciones Ros etc ya trabajan actualmente en desarrollos propios, en solitario o conjuntamente con sus partners tecnológicos.

De entre las marcas asiáticas, destacamos, las Sharp, Neo-Neón, Techart, D-led, Spark, Howell y otras muchas.

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4-Soluciones a medida ... prototipos... un mercado en pleno apogeo. Fabricantes como Tronics 2000, JVV, Ledmania, Cotelux, (por citar algunos que hemos encontrado en la provincia de Barcelona), y también otros muchos a nivel nacional, trabajan ya en prototipos o están realizando pruebas en determinados ayuntamientos. En algunos casos están utilizando para mejorar la luminaria el método de “ensayo y error”, adaptando y readaptando la posición de los leds, la potencia de cada led, el ángulo de salida y por tanto de incidencia, las óptica secundarias, etc. Para cada nuevo prototipo se dedican muchas horas para ir mejorando las fotometrias. Una de las dificultades de iluminar con leds en alumbrado público, -como bien saben todos los técnicos que en este momento están trabajando en las fotometrías- es que la solución válida para una calle puede no ser útil en una calle de parecidas dimensiones. La forma de trabajar con el led, con muchos haces puntuales de angulos variables, es totalmente distinta a la forma de trabajar con un reflector convencional. La solución ideal, si fuera sencilla de fabricar, sería aquella en que cada pequeño haz de luz procedente de un led o grupo de leds, se pudiera regular a voluntad para adaptar el haz total resultante a toda la superficie a iluminar.

iluminación permanente, mientras que en la boca de entrada permanecerá el refuerzo de sodio. En Santa Coloma de Gramanet se trabaja en un proyecto para la Plaza de la Vila. Citaremos sólo algunos ejemplos de instalaciones realizadas: En Las Palmas, alrededor del Teatro Perez Galdós se ha reinaugurado recientemente en el Simposium de este año una instalación de Alumbrado Público y peatonal con leds. En Sant Cugat se han utilizado leds (en este caso de colores RGB para iluminar las zonas peatonales, junto a lámparas de vapor de sodio que iluminan la zona de calzada. Se han realizado ya pruebas con leds en Ripoll, o en el cruce de La Creueta de Girona. Hay nuevos proyectos en marcha en Leganés, en Almería, en Vilafranca del Penedés, y en otras poblaciones de toda España. A nivel internacional, en la ciudad de Nueva York, están en fase de instalación varias calles de un proyecto realizado hace 4 años. En la Universidad Politécnica de Tianjin, existe una gran instalación con luminarias de la marca Beta Led, con Leds de Cree. Se han realizado instalaciones importantes en Amsterdam, en Xiang Fan, en la población americana de Anne Arbour, en la Universidad de Manchester, en el campus de la universidad de Santa Barbara, en Roma ( carril bici ) y un largo etcetera.

5-Ejemplos de instalaciones realizadas y pruebas piloto en España.

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6-Qué le debemos pedir a una luminaria LED para exteriores La eficacia luminosa del led debe ser por lo menos de 80 lm/w y la eficacia general del sistema de 75lm/w. Para ello, la óptica y el driver deben ofrecer una elevado rendimiento. El CRI debería ser superior a 75, y la temperatura de color estar entre 2700K y 6000K. Sabemos que actualmente al disminuir la temperatura de color (luz más cálida) disminuye bastante el rendimiento del led, por lo que es necesario encontrar el equilibrio entre ambos conceptos. En luz fria los led alcanzan 100 y 107 lm/w, mientras que en luz cálida nos quedamos alrededor de 80 lm/w. Lejos aún de las predicciones de 160lm/w o de 200lm/ w que se alcanzarán en laboratorio en pocos años. Es recomendable, y exigible, una vida media superior a las 40.000h, con un flujo superior al 70% del inicial. Pero hay que ir relativizando las ofertas o propuestas que anuncian vidas de 80.000h o 100.000h útiles sin justificarlas totalmente, y sin especificar que nivel de mantenimiento del flujo tendremos por ejemplo para 60.000h. En cuanto a la calidad y el mantenimiento de la temperatura de color, es imprescindible conocer el concepto Binning, regulado por la norma ANSI 78 377 1. Una partida de leds “económicos” puede ocultar en realidad una dispersión tal de colores de la luz, que haga inviable su uso en una instalación a la vista. De igual forma es importante el mantenimiento del color de la luz del led a lo largo del tiempo, experiencia que puede ser desagradable como bien conocemos de las primeras lámparas de halogenuros metálicos.

Nombraremos varias instalaciones actualmente en pruebas, todas en un area geográfica muy pequeña, con un radio menor a 20 km : En Cardedeu se van a montar durante el mes de Octubre 4 prototipos en la plaza del Ayuntamiento, como primera fase. En Mataró se está instalando en estos momentos una calle completa con leds como prueba piloto. En el Tunel de Parpers gestionado por GISA, ya se están instalando proyectores de Leds que iluminarán la zona central como 28

En solo dos años hemos pasado de no pensar en absoluto en el led para alumbrado exterior, a considerarlo una opción de interés. Pero en los próximos dos años el cambio será mucho mayor, estamos en plena erupción del fenómeno.

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En Junio de 2008, en una de las conferencias de Euroled 2008, se apuntó a los leds Lumileds Luxeon, los Cree XLamp y los Osram Golden Dragon Plus como los únicos que cumplian actualmente con todas estas características.

8-EUROLED relevantes.

7-Normativas y entidades implicadas en la standarización

en Birmingham (UK) a principio de junio, con más de 200 profesionales inscritos. En esta feria, auténtico foro de la iluminación con LEDS, se presentaron unos ciento cincuenta fabricantes de cinco continentes, y las 30 conferencias impartidas en dos jornadas fueron técnicamente muy completas. Como ejemplos incluimos algunas imágenes de este reciente congreso.

El organismo ASSIST ( Alliance for Solid State Illuminations and Technologies ) es uno de los más activos trabajando por la normalización de los estandares de la indusria del led. Otras organizaciones implicadas en la normalización del los LEDS actualmente (verano de 2008) son : NEMA, EIC, CIE, Green Energy, IES, NIST, CORM, UL, ANSI, Lighting Research Center, NGLIA.

2008,

algunos

datos

Como colofón a este trabajo previo de investigación, destacamos nuestra asistencia al congreso EUROLED 2008,

9-Cómo construimos el futuro del LED. Previsiones 2008-2012

Ejemplos de normas que ya se aplican: Definiciones : IES_NA RP-16 Es muy importante el cumplimiento de los estandares y normativas –siempre recientes- de la industria del led- pues éste punto es precisamente uno de los problemas a que se enfrenta el led en su desarrollo tecnológico; la ausencia de standards, la dispersión de soluciones, la dificultad para comparar entre varios fabricantes o incluso elegir entre los productos de un mismo proveedor. Todo ello unido a la evolución rapidísima de prestaciones , que convierten en obsoleta una solución que era correcta unos meses atrás.

Binning : Norma ANSI 78 377 1 Mantenimiento del Flujo : IESNA LM-80 B50, L70; (Lumileds) : 70% del flujo, y 50% leds funcionando. Cromaticidad : ANSI C78 377a Flujo Luminoso : IESNA LM-79 ( mayo 2008 ) Seguridad fotobiológica : CIE S009 ( en proceso) ; EU 60825 , actualizada para LEDS en 2007, acabada en 2008. Luces CEI · nº 38 · 2009

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Tal como evoluciona el LED, previsiblemente en 2 años los principales fabricantes tendrán algunas soluciones en el mercado, pero sin cubrir aún todas las necesidades. En 4 años la implantación del led como alternativa viable en alumbrado exterior y ubano será una realidad plena.

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led, en este caso ya no es la vida, sino la calidad de la luz, pues si queremos luz blanca hemos de comparar mejor con halogenuros o fluorescentes. Tambien existen fluorescentes de hasta 74 y 84.000h, que en algunas instalaciones pueden ser una buena alternativa al led. En conclusión, en estos momentos estamos obligados a hacer muchos cálculos para obtener la mejor opción.

Pero a pesar de todo lo dicho, la única forma hoy de avanzar realmente es ensayar, probar, experimentar con los nuevos tipos de leds conforme vayan apareciendo en el mercado. Si esperamos a que un fabricante en concreto nos ofrezca una luminaria de catálogo ya “acabada” probablemente tendremos que esperar demasiado tiempo, y la solución no se adaptará exactamente a nuestra situación. Por ello creemos que es el momento de analizar los productos y los prototipos disponibles para contribuir activamente a esta mejora continua, hasta encontrar la luminaria ideal. 10-Conclusiones. Rentabilidad de la solución led Actualmente no existe la solución mágica. Cada calle exige un nivel de iluminación y un tipo de luminaria, ya sea viaria, peatonal, con un estilo clásico o moderno, y los modelos disponibles ya en el mercado no cubren aún todas las expectativas. Como ya hemos comentado antes, en la mayor parte de proyectos se está diseñando la luminaria a medida de las necesidades. Afortunadamente con leds podemos aumentar o fraccionar el flujo previsto total, y tan sólo modificando el número de diodos obtenemos distintos paquetes 30

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lumínicos. Otra ventaja importante en este sentido es la posibilidad de regular el flujo a voluntad una vez está instalada la luminaria. Con leds es posible hacerlo de varias formas, mediante reducción en cabecera o por sistema Dali, o incluso con sistema DMX para los leds RGB. Comparando costes totales, el led ya gana la partida frente a lámparas de vapor de mercurio, pero tiene más dificultades al comparar con sodio, halogenuros o fluorescentes. Frente al bajo coste de mantenimiento se opone la alta inversión inicial. Pero en cada caso habrá que hacer números dos veces, en el momento del proyecto y en el momento de la instalación. Aquel led que fue prescrito y proyectado hace tres años ya es historia. Quizá hoy, en el momento de instalar las luminarias, el rendimiento de los leds es un muy superior y el precio bastante inferior al previsto. En cuanto a costes de explotación al evaluar entre lámparas de sodio y leds, debemos tener en cuenta también la posibilidad de usar lámparas de sodio de alta duración, por ejemplo de las marcas Philips o Aura Lighting, que ofrecen entre 20.000h y 48.000h de vida con un 10% de fallos. La desventaja del sodio ante el

Posteriormente a este trabajo en iluminación exteior, hemos realizado otras investigaciones o encargos similares para entornos urbanos, entornos industriales y aplicaciones específicas de interior. Vivimos una explosión de posibilidades y es necesario explorar los límites permanentemente cambiantes del LED, cada seis meses aumentan las prestaciones reales, pero ¿hasta cuando? ¿ cuándo empezará a a ser realmente rentable este invento para los usuarios? Según el Dept. de Energía de EEUU, en diez o doce años alcanzaremos el punto de estabilidad.... 11- Enero de 2009, breve actualización. Han pasado unos meses y las noticias se van sucediendo rápidamente. En cuanto a productos ya podemos comentar que actualmente el rendimiento de los Leds ha aumentado como estaba previsto, y ya está alrededor de 114 lm/w, pero lo mejor es que hace un año existian grandes diferencias entre el rendimiento de los Leds a 6500K o a 4000K, y en este momento dos fabricantes (Cree y Lumileds) ya obtienen los mismos rendimientos en ambas temperaturas de color (noticia de enero de 2009). Por otro lado los Leds de Osram Dragón Star han evolucionado muchisimo y ya se acercan al rendimiento de los dos fabricantes citados. En nuestro caso, para Alumbrado Público los Leds de 4000K ya se pueden considerar una buena opción a nivel de tonalidad. El Indice de Reproducción cromática de estos leds está alrededor de CRI= 70, no es muy elevado pero sí mejora bastante respecto al sodio o mercurio.

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obtener una buena uniformidad. La luminaria LdLeds para instalaciones de unos 4m de altura presenta una estética agradable, el diseño se adapta a las columnas existentes, y está ya instalada en Ibiza. En cuanto a instalaciones también ha habido cambios , nombraremos algunas solo en la Provincia de Barcelona: Si necesitamos luz más cálida, de alrededor de 3000K, los LEDS todavía presentan una disminución de flujo luminoso de alrededor del 25%. (Nota: Hemos de tener en cuenta también, que al ser el haz de luz de los led muy direccional, el factor de utilización es muy elevado, consiguiéndose mejores resultados en el área de estudio con leds que con sodio, aún contando en ambos casos el mismo paquete de flujo luminoso). Ha habido diversos movimientos y uniones entre empresas, tal como pensábamos, pues para triunfar en este competitivo mercado las alianzas estratégicas son bastantes necesarias. A destacar por el volumen de ambas empresas, la entrada de Simon Lighting en la empresa Lightled, la aparición de Cree Lighting Solutions en España, y otras...

Tambien destacamos la aparición de DDS Elettrónica con modelos de alumbrado público muy interesantes, la aparición de la marca Sonleds con las luminarias Howell, las nuevas luminarias Led de WeEf, los nuevos modelos de Philips. Hemos visto también en Octubre pasado unas luminarias (probadas en Mataró) con una “pastilla única” de Leds de 100W, lo cual simplifica aparentemente la solucion pero presenta otras complicaciones en la gestión de calor, y la dificultad para

Ha finalizado la instalación de las luminarias en el Tunel de Parpers, con muy buen resultado a nivel de uniformidad, como se puede comprobar en la foto adjunta (que fue realizada en condiciones precarias). Cada luminaria dispone de una doble linea de leds, dispuesta en sentido longitudinal, lo cual facilita la sensación de uniformidad. No entraremos en detalles comparativos que desconocemos en cuanto a potencia o posibles ahorros entre la anterior instalación, (con vapor de sodio de alta presión, en solución central “a contraflujo”) y la actual instalación con leds (que es una instalación casi de linea continua, central, pero doblando el numero de luminarias respecto a la de sodio). En Cardedeu ya se han instalado en la Plaza del Ayuntamiento unas luminarias de marca Cotelux en versión prototipo, con buen resultado aunque los vecinos piden “más luz” (Se ha pasado de VMCC 250W a 72w con Leds). Este fabricante ha probado posteriormente distintas soluciones Led para mejorar el rendimiento (el rendimiento final de la primera luminaria que incorporaba leds de Edison KLC8, no llegaba a 50lm/W) y ahora mismo ya está ensayando con las nuevas ópticas de Fraen y leds Rebel, que acaban de aparecer en el mercado.

En Barcelona, el Departamento de Medi Ambient trabaja en el análisis y comparaciones de las mejores soluciones y pronto se va a realizar una prueba con varios fabricantes, en el distrito tecnológico 22@. Miientras, se están realizando algunas propuestas básicas y anteproyectos con leds, como punto de partida para los futuros proyectos. Un poco más lejos, en Nueva York ya se han instalado las esperadas luminarias Leds, todavía no tenemos información... ❏ CONTINUARÁ...

Promotor: Ajuntament de Barcelona Dpt. Enllumenat i Energia, Sr. JM. Berengueres Informe Técnico: FLUXUS Luminotécnicos Asociados S.L. Autores: Alfred Sa y Naiara Caballero (FLUXUS) Colaboración: R. Rey (Ledmania); J. Pons (información Lumiville) Agradecimiento especial a todos los expertos consultados

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También hemos visto en el area de servicio de Montcada, en la autopista AP-7 ???, unos puntos de luz mixtos, con bateria de energia solar y pantalla de leds, de la empresa Siarq. El resultado visualmente parece correcto, pero es cierto que reciben la ayuda de un punto de luz de unos 12m altura, con 4 proyectores de 250w halogenuros.

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