NeoFronteras

Iluminación LED económica en dos años

Área: Tecnología — viernes, 25 de julio de 2008

Unos investigadores desarrollan una tecnología que reduce el costo de la iluminación LED.

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Las bombillas tradicionales de incandescencia desperdician gran parte de la energía que consumen en calor, siendo por tanto muy ineficientes. Los tubos fluorescentes, o las bombillas de bajo consumo basadas en su misma tecnología, son más eficientes y duran más, pero presentan otros problemas. Con el tiempo pierden eficacia, tienen una demora a la hora de encenderse y tardan un rato en alcanzar su máxima luminosidad una vez encendidas. Lo peor es que contienen mercurio, un metal pesado muy contaminante. Por todo esto, y desde hace algún tiempo, se piensa en la introducción de diodos emisores de luz, o LED en sus siglas en inglés, como sistemas de iluminación. Esta tecnología es cuatro veces más eficiente que las bombillas tradicionales y si se adoptara de manera general se produciría un ahorro de energía de un 10% respecto al consumo total. Además pueden durar muchos años sin estropearse (se calcula que podrían llegar a unos 15).
Aunque la iluminación LED no es un sistema perfecto. Además del problema de no iluminar con una luz totalmente blanca son caros. Una cosa es el uso de unos cuantos LED en una linterna o un semáforo y otra es iluminar una oficina.
Ahora Timothy D. Sands y sus colaboradores de Purdue University han conseguido solucionar un gran obstáculo que había para la producción de LED baratos.
Los LED son fabricados sobre un substrato de zafiro, material que es muy caro de producir. Estos investigadores han conseguido la fabricación de LED a bajo coste utilizando un substrato de silicio recubierto con otro material.
Un LED es un dispositivo de estado sólido y emite luz gracias al uso de unos semiconductores, no hay filamento incandescente ni un gas encerrado en una ampolla ni nada similar. Como semiconductor se suelen emplear nitruro de galio sobre un substrato de zafiro, que además hace las veces de espejo reflector. El uso de este substrato de zafiro hace que una instalación de un sistema iluminación LED sea 20 veces más cara que la convencional.
En la nueva configuración se recubre un substrato de silicio con una capa reflectora de nitruro de circonio. Normalmente este compuesto es inestable en contacto con el silicio, pero estos investigadores lo han solucionado colocando una capa intermedia de nitruro de aluminio entre el substrato y la capa reflectora.
Para la manufactura del LED los investigadores usan una técnica de deposición por pulverización reactiva (reactive sputter deposition), que es habitual en la industria microelectrónica. En esta técnica se usa gas argón para bombardear el blanco del material que finalmente se deposita sobre el substrato. La ventaja del nitruro de zirconio y del nitruro de aluminio es que sus átomos se colocan adecuadamente sobre la estructura cristalina del silicio, capa atómica a capa atómica, en un crecimiento que se denomina epitaxial.
El arreglo de los átomos en estructura cristalina, cuando se tiene diversos compuestos y a veces con diferentes parámetros de red, no es sencillo y constituye uno de los retos con los se tiene que enfrentar que este tipo de científicos. Si la estructura cristalina no es la adecuada este tipo de dispositivos simplemente no funcionan.
Gracias a esta nueva tecnología se podrán producir LED a muy bajo coste y quizás sea posible su empleo masivo en iluminación. Se puede además producir muchos LED simultáneamente sobre la misma galleta de substrato y asimismo el nuevo substrato disipa mejor el calor, alargándose con ello la vida útil del dispositivo.
Como una gran parte del consumo de electricidad es debido a la iluminación, la adopción generalizada de la iluminación LED produciría un ahorro considerable. Una bombilla convencional tiene un rendimiento de un 10% mientras que los LED tienen un rendimiento de entre un 47% a un 64%. Sin embargo las lámparas LED actuales cuestan unos 100 dólares por lo que su amortización no es buena. Cuando este coste caiga a los 5 dólares es de esperar una generalización de su uso que sustituirá las lámparas fluorescentes.
Estos investigadores esperan que los LED de bajo coste lleguen al mercado en unos dos años, una vez se solucionen los pequeños problemas que todavía quedan.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Purdue University.
Artículo original (resumen).
Nuevas tecnologías en iluminación.
Foto: linterna LED por NeoFronteras.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. tomás:

    Maravillosa posibilidad por la que podemos felicitarnos y, sobre todo, felicitar a quienes la han hecho posible con su trabajo y su inteligencia.

  2. RicardM:

    Partiendo de la base de mi desconocimiento sobre el tema, supongo que la adopción de LEDs en la iluminación general, y dado su bajo consumo, podrá favorecer la utilización eficiente de la energía fotovoltaica, previo almacenaje en baterías. Es decir, se podría llegar a la auténtica autosuficiencia en iluminación.

    Saludos.

  3. NeoFronteras:

    La iluminación a base de energía solar hace tiempo que es rentable y amortizable. Lo malo es que no solamente nos iluminamos, sino que utilizamos ordenadores, frigoríficos, cocinas de inducción, microondas, aparatos de aire acondicionado, etc.

  4. Sergio Hernandez:

    Hay una gran errata en el articulo, dice que los LEDs son “cuatro veces más eficiente que las bombillas tradicionales”, lo que quiere decir que gastarían 25W para iluminar lo mismo que una bombilla de 100W incandescente.

    Eso es incorrecto, lo que supongo que es cierto es que gasten 4 veces menos que una bombilla de bajo consumo, lo que comparado con una tradicional seria del orden de 20 ó 30 veces menos (así a ojo).

  5. NeoFronteras:

    En la nota de prensa se dice: “The technology, called light-emitting diodes, or LEDs, is about four times more efficient than conventional incandescent lights“.
    Quizás han pecado de conservadores o simplemente han tenido en cuenta la eficiencia de los LED blancos que son menos eficientes que los de color.

  6. Marc:

    Mirad lo que ponen en esta pagina:

    http://www.microluz.es.

    Actualmente hay muchas ventajas en la iluminación basada en LEDs y SSL:
    1. 80-90% más eficacia: La iluminación LED y SSL consume un 80-90% menos electricidad que una bombilla corriente de similares características. Esto significa un 90% de ahorro en la factura eléctrica.
    2. Larga vida: La vida media de una lámpara LED es de 100,000 horas, frente a las 1000 de una bombilla estándar. Esto son 35 años a 8 horas diarias de utilización!
    3. Ecológicas: No contienen tungsteno como las bombillas normales, ni mercurio como la iluminación fluorescente, son reciclables y cumplen con la normativa europea de sustancias contaminantes RoHS.
    4. No emiten calor: A diferencia de una bombilla estándar, la tecnología LED no desperdicia energía en crear calor, lo cual permite instalar luz en sitios muy complejos, con poco espacio o en sitios enemigos de calor.
    5. Sin mantenimiento: Al tener una vida larga, los productos LED no necesitan ningún mantenimiento. Esto es especialmente importante en entornos en el que es difícil o complicado cambiar bombillas o llevar a cabo mantenimiento.

  7. Jose M Piñeiro:

    Solamente comentar que la eficiencia de los LEDs y las bombillas fluorescentes modernas es muy parecida (ganan por poco los fluorescentes). Ademas los leds emiten calor (alcanzan temperaturas muy altas, dado su poco tamaño)

    Las ventajas reales de los leds son:
    – Tamaño muy inferior a cualquier bombilla compacta. Hay aplicaciones donde el peso y el volumen son importantes (por ejemplo un avión)
    – Emiten luz direccionalmente. Los fluorescentes la emiten en todas direcciones. Esto es muy importante para hogares oficinas
    o vehículos.
    – Control de intensidad de iluminación muy sencillo. Con fluorescentes no es posible.
    – En principio mayor vida util (por el momento los leds azules no duran demasiado)
    – Alta intensidad de iluminacion en poco espacio. Por ejemplo para un faro de un coche.
    -Encendido instantáneo.

  8. Olga Ramirez:

    Me queda la duda entonces si los LED producen o no calor en el entorno… es importante la aclaración, pues la aplicación que es de mi interés es en oficinas donde el rango de dispersión de luz en 180° es suficiente, sin embargo, la generación de calor adicional al del ambiente si es un inconveniente grave sobre todo en zonas cálidas del país.

  9. NeoFronteras:

    Philips ya comercializa bombillas a rosca basadas en tecnología LED, aunque un poco caras (unos 5o euros cada una). Tienen una vida útil que rondará las 45.000 horas.

    Cuentan con estas ventajas:
    – Funcionan a pleno rendimiento desde el momento en que se encienden.
    – No contienen mercurio ni derivados de éste ni ningún tipo de gas.
    – Consumen hasta un 80 por ciento menos.

    En cuanto al calor, producen menos que otros sistemas. Toda máquina termodinámica, y un sistema de iluminación lo es, termina por emitir al ambiente tanto calor como energía consume.
    Las bombillas de Philips consumen unos 7 vatios y por tanto emiten 7 vatios al ambiente. Una bombilla normal unos 80 vatios. Una persona emite unos 100 vatios.
    Obviamente la tecnología LED compensaría si no fuera por su precio. Es de esperar que baje.
    Para una oficina es cuestión de hacer cuentas y calcular el periodo de amortización.

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