LEDS una Tecnología Transformadora

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Energía
Ing. Alberto Tama Franco
MAE, MGE, MBA
Asesor de la Gerencia
General de la Corporación
Eléctrica del Ecuador
LEDS: UNA TECNOLOGÍA
TRANSFORMADORA
Introducción
En el 2006, la iluminación a nivel
mundial representó el 19% de la ge-
neración de electricidad y el 9% del
consumo global de energía. El 6% de
las emisiones mundiales de gases de
efecto invernadero (GEI), atribuidos
a la iluminación, es equivalente al
70% de las emisiones de los vehícu-
los de pasajeros del mundo. El cam-
bio a iluminación eficiente puede
generar una significativa merma en
estas cifras. La tecnología LED -Li-
ght Emitting Diode- (Diodo Emisor
de Luz) nos ofrece una oportunidad
extraordinaria para lograr esto. Los
recientes avances en dicha tecno-
logía, conjuntamente con el rápido
crecimiento del mercado LED; nos
indican, sin lugar a dudas, que ahora
es el momento de actuar.
Esta nueva tecnología está revolu-
cionando la eficiencia energética de
la iluminación, pues es infinitamente
escalable, extremadamente confiable
y tienen una vida útil mucho más
larga que casi todos los otros tipos de
iluminación. Pero al igual que cual-
quier nueva tecnología, se enfrenta a
barreras para su adopción por parte
de un mercado que no está familiari-
zado con sus beneficios.
En el presente artículo, se examina la
forma cómo la adopción generaliza-
da de la tecnología LED puede cam-
biar nuestro mundo: 1) los benefi-
cios técnicos y sociales que aportan a
nuestros hogares, oficinas y calles de
la ciudad; y 2) el potencial de redu-
cir las emisiones globales de gases de
efecto invernadero. De igual mane-
ra, se analiza el estado de situación y
el potencial de la aplicación del Con-
trol Inteligente de la tecnología LED;
así como se proporciona una orien-
tación práctica para los responsables
políticos y gestores de iluminación
que quieran ampliar y financiar cam-
bios o recambios a gran escala con la
referida tecnología.
Energía
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Energía
¿Qué es un LED y cómo
trabaja?
La luz es la parte visible del espectro
de radiación electromagnética, que
comprende longitudes de onda des-
de 450 nanómetros (luz azul) a 674
nanómetros (luz roja). La radiación
electromagnética, producto de la
unión de un electrón y un positrón,
cuando sus masas se transforman
en energía, es denominada fotón; y
es un pequeño paquete del espectro
de radiación electromagnética que
podemos ver como luz. El lumen es
la unidad primaria de la medición de
la luz que viaja a través de un espacio
definido, tal como la percibe el ojo
humano.
En la lámpara incandescente, un me-
tal tal como el tungsteno, formado
en un alambre delgado, resiste elec-
trones que fluyen a través de éste,
causando así la fricción y el calor.
La lámpara incandescente es esen-
cialmente una fuente de calor, la luz
no es más que un subproducto que
representa sólo el 10% a 25% de la
energía consumida, obteniendo en-
tre 10-15 lúmenes por vatio. El fila-
mento de esta lámpara es muy frágil,
y su vida útil es de sólo 3,000 horas.
Es sorprendente como una tecno-
logía tan ineficiente, haya domina-
do la iluminación durante un siglo.
Entonces, la pregunta que surge es:
¿Cuál es su secreto?, la respuesta es
sencilla, pues es de fácil fabricación y
extremadamente barata.
En la lámpara fluorescente, un gas sa-
turado a baja presión es cargado por
un arco de alto voltaje dentro de un
tubo lineal, electrones excitados son
absorbidos por el revestimiento de
fósforo del tubo, ocasionado brillo o
fluorescencia al recibir radiación ul-
travioleta. Las lámparas fluorescen-
tes dominan la iluminación comer-
cial de hoy en día; y han logrado una
alta eficiencia energética, con niveles
de 80 a 100 lúmenes por vatio y vida
útil de hasta 20,000 horas. Debido a
su actual alta eficiencia, con toda se-
guridad que será el último reducto
de la tecnología convencional de ilu-
minación que será reemplazado por
la tecnología LED.
Los diodos emisores de luz (LED,
acrónimo en Inglés de Light Emit-
ting Diode) producen luz que pro-
viene del excedente de electrones que
corre energéticamente hacia los ho-
yos cuánticos a través de la frontera
existente en una especie de sándwich
de dos materiales semiconductores
diferentes. Uno de esos materiales
es un semiconductor N (negativo),
generalmente Silicio, el cual tiene
demasiados electrones producto de
una impureza especial en su rejilla
molecular. El otro material es un
semiconductor P (positivo), el cual
tiene pocos electrones producto de
una impureza diferente, creando
de esta manera “hoyos” en su rejilla
molecular.
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Energía
En la frontera de los dos materiales
semiconductores, denominada junta
o unión, los electrones libres, a un
lado de la junta, son atraídos hacia
los hoyos, al otro lado de la junta, tal
como se aprecia en la figura. Cuan-
do los electrones se acomodan en los
hoyos o agujeros encontrados, reto-
man su estado normal energético y
liberan el exceso de energía en forma
de fotones, dando como resultado el
brillo o resplandor de dicho diodo.
Esta energía liberada (y por ello la
longitud de onda del fotón y el color
de la luz emitida) puede ser variada.
La promesa de los LEDS
Debido a la forma como produce la
luz, la tecnología LED ofrece impor-
tantes beneficios con respecto a las
tecnologías convencionales de ilu-
minación, entre ellos:
Potencial de alta eficiencia energé-
tica.- Los LEDS, en teoría, tienen
una excepcional elevada eficiencia
energética. Hoy en día, la eficiencia
de la tecnología LED está superando
rápidamente a la de las tecnologías
convencionales de iluminación, tal
como aprecia en la siguiente figu-
ra. Dispositivos LED con una efi-
ciencia de 148 lúmenes por vatio se
encuentran ahora disponibles en el
comercio; y, los LEDS con eficiencia
emisora de 254 lúmenes por vatio se
encuentran en etapa de prueba en
los laboratorios.
Control de la intensidad de la luz.-
Las tecnologías convencionales de
iluminación, a través del tiempo,
tienden a sufrir deterioro en la ca-
lidad -conocido como deprecia-
ción lumínica- y tienen vidas útiles
más cortas cuando son sometidas
a dimerización; en contraste con
un producto LED, cuya vida útil se
incrementa cuando se reduce la co-
rriente media que fluye a través de
él. Esto hace que la tecnología LED
sea mejor para la adaptación a los
controles inteligentes que cualquier
tecnología de iluminación anterior,
aumentando aún más el potencial
de la eficiencia energética y hacien-
do posible, obtener una intensidad
lumínica más cercana y acorde a las
necesidades.
Selección infinita de color.- Me-
diante la incorporación de impure-
zas seleccionadas, el color puede ser
controlado con precisión; gracias a
esto, los LEDS de colores han traído
nuevas posibilidades para la ilumina-
ción arquitectónica, entretenimiento
y otras aplicaciones estéticas. Actual-
mente, los LEDS blancos vienen con
el potencial para la iluminación de
espacios públicos, residencias y ofi-
cinas con una luz que imita a la luz
del día.
Direccionalidad.- Los LEDS pro-
porcionan luz altamente direccional,
lo que significa que puede direccio-
nársela hacia los lugares donde sea
necesaria (área-objetivo). Esto re-
presenta una gran parte del potencial
de ahorro energético de la precitada
tecnología. Este beneficio, en el caso
de la iluminación de las calles, puede
sin lugar a dudas reducir la contami-
nación y el desperdicio lumínico que
se ocasiona al dirigir la luz hacia el
cielo nocturno.
Durabilidad.- Los LEDS son extre-
madamente durables, resistentes a
las vibraciones y otros tipos de estrés
mecánicos. Esto los convierte en un
complemento perfecto para aplica-
ciones de iluminación de puentes
y carreteras elevadas o para lugares
donde el vandalismo es un verdade-
ro problema.
Larga vida útil.- Los materiales uti-
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Energía
lizados en la fabricación de LEDS
son inherentemente estables. Las
pruebas de laboratorio y la expe-
riencia obtenida con la estabilidad
del carburo de silicio (denominado
también Carborundo SiC), del cual
se hacen muchos semiconducto-
res, ha generado indicativos de que
los LEDS pueden durar de 50,000 a
100,000 horas y más allá. Esto es de
dos a cinco veces más que las más
avanzadas lámparas fluorescentes.
Colaterales.- La capacidad de poder
controlar el color, la intensidad y la
dirección de luz de los LEDS, per-
mite la implementación de novedo-
sos diseños de sistemas de ilumina-
ción que pueden ofrecer una amplia
gama de beneficios sociales. Así, en
el alumbrado público, estudios de-
muestran que la opinión pública pre-
fiere la luz blanca suministrada por
la tecnología LED a la luz convencio-
nal proporcionada por luminarias de
vapor de sodio, y que a esto se suman
los beneficios colaterales como: 1) la
mejora subjetiva de la visibilidad; y,
2) la seguridad pública, mismos que
pueden ser el resultado de la com-
binación de la tecnología LED con
controles inteligentes.
La tecnología LED, logra un ahorro
energético esperado entre el 50% -
70%; y puede alcanzar hasta el 80%
cuando se combina con controles in-
teligentes.
Impacto climático
Dado que los LEDS de hoy, prome-
ten un ahorro energético de alrede-
dor de 50% a 70%; y, se espera que
penetren casi todos los nichos de
la iluminación, tanto en interiores
como en exteriores, a largo plazo y
conservadoramente, podemos espe-
rar que el uso de la tecnología LED
permita reducir la intensidad ener-
gética mundial de la iluminación en
un 40%. Adicionalmente y logran-
do este 40% de ahorro energético
en todas las aplicaciones, los LEDS
podrían generar un ahorro de 670
millones de toneladas por año de
emisiones de gases de efecto inver-
Hoy en día, la
eficiencia de la
tecnología LED
está superando
rápidamente a la
de las tecnologías
convencionales de
iluminación
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Energía
nadero (siglas GGH en inglés y GEI
en español), que representa alrededor
de la mitad de las emisiones producto
de generación de la electricidad y ca-
lor en los Estados Unidos de América.
Según el Departamento de Energía de
los EE.UU., solo en el nicho de ilumi-
nación de exteriores, los LED podrían
prevenir la emisión de alrededor de
90 millones de toneladas métricas de
CO2 dentro de los EE.UU. Pero más
allá de estos ahorros, las aplicaciones
de sistemas de iluminación para exte-
riores tienen un importante papel que
desempeñar pues son vistas como una
amplia “puerta” para liberar el poten-
cial de ahorro energético de los LEDS.
Este nicho, obliga a proporcionar a
las economías de escala que impulsen
mejoras continuas en los precios de
los LEDS y en la eficiencia energética.
Conclusiones
El mercado mundial de la iluminación
se encuentra en medio de una gran
agitación. El desarrollo y la comercia-
lización de sistemas de iluminación
con tecnología LED señalan una revo-
lución comparable a la transición de
gas a la iluminación eléctrica ocurrido
a finales del Siglo 19 y principios del
Siglo 20. Las compañías electrónicas,
incluyendo a las pequeñas firmas em-
prendedoras, están creando materia-
les avanzados y sofisticados compo-
nentes a través de una gran cadena de
suministros LEDS que ofrece grandes
oportunidades para el desarrollo eco-
nómico y la creación de empleo.
Los problemas de abastecimiento de
energía y la preocupación por el me-
dio ambiente generan una necesidad
por el ahorro de energía y la reduc-
ción de emisiones contaminantes. Sin
embargo, poco se piensa en cómo ges-
tionar correcta o adecuadamente esa
energía, no solo para ahorrar en tér-
minos de economía, sino también, en
lo que ahora resulta tan importante,
en la preservación de nuestro medio
ambiente.
Ante la disminución de los recursos
naturales, el aumento de la pobla-
ción, el deshielo de los cascos po-
lares y el aumento de la temperatu-
ra, tenemos que comprometernos
y colaborar todos activamente en
la protección del medio ambiente.
Para desacelerar el cambio climático
y para proteger el medio ambiente
para futuras generaciones, la tarea
más importante en este aspecto es la
reducción de las emisiones del CO2.
Es por eso que para asegurar una se-
ria evaluación y la sostenibilidad de
un proyecto de cambio o recambio
(Retro Fit Kits) de tecnologías con-
vencionales de iluminación a tec-
nología LED, considerando inclusi-
ve la implementación de controles
inteligentes, la entidad de gobierno
encargada de aquello, debe no solo
considerar el retorno financiero de
la inversión; sino también consi-
derar responsablemente, el retorno
social y el retorno medio ambiental;
teniendo como premisa, que uno
de los combustibles más
importantes, de hoy y del
futuro, es la “Eficiencia
Energética”.
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