Los LED o diodos emisores de luz son la opción para muchas aplicaciones de iluminación en la actualidad. Debido a la demanda del mercado de LED más eficientes, los diseñadores e integradores necesitan mucha atención y análisis para cumplir con los requisitos específicos de la iluminación de estado sólido (SSL).
En enero de 2009, se introdujeron los nuevos requisitos de Energy Star para luminarias de iluminación de estado sólido (SSL). Esto podría afectar a los diseñadores de fuentes de alimentación LED y también proporcionar información sobre los futuros requisitos de Energy Star. La mayoría de las personas están familiarizadas con el logotipo de Energy Star, pero es posible que no sean conscientes de su influencia. Coordinado conjuntamente por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y Environmental Conservation Energy (EPA), el programa propone requisitos de Energy Star para muchos productos básicos, desde electrodomésticos hasta techos.
Los documentos Energy Star se dividen en Categoría A y Categoría B. La categoría A describe las aplicaciones cubiertas y sus limitaciones asociadas. Las aplicaciones de instalación en interiores enumeradas en la Categoría A incluyen iluminación debajo de los gabinetes y estanterías, luces de escritorio portátiles y luces empotradas. Las aplicaciones al aire libre incluyen luces de porche montadas en la pared, luces de paso y luces de pasarela. Ya se están considerando adiciones de categoría A, con la iluminación vial quizás la más notable. La categoría B está incluida en el texto de los criterios. Sin embargo, en este momento no contiene ninguna asociación con el producto. La categoría B finalmente abarcará todos los tipos de SSL y proporcionará objetivos de rendimiento futuros que permitirán que los documentos Energy Star se mantengan al día con los avances tecnológicos.
Los requisitos Energy Star del DOE para el cumplimiento de SSL entraron en vigor el 30 de septiembre de 2008. Esta norma cubre los accesorios de iluminación general comerciales y residenciales (no señalización o iluminación decorativa) instalados en interiores o exteriores. La figura 1 muestra una luz de porche SSL.
Impacto de los esfuerzos de iluminación anteriores
Para comprender los objetivos de Energy Star de SSL, es útil comprender el impacto de las iniciativas de iluminación anteriores. En particular, los objetivos de este programa fueron moldeados por la introducción y evolución de la iluminación fluorescente compacta (CFL). Aunque común hoy en día, CFL era una nueva tecnología cuando se introdujo en la década de 1970. Uno de los principales problemas cuando se introdujo el producto en el mercado fue la falta de puntos de referencia para la evaluación comparativa. La falta de estándares comunes, junto con el hecho de que la tecnología en sí aún no ha sido probada, ha llevado a la desconfianza de los consumidores, que se mantuvo mucho tiempo después de que se probara.
El programa Energy Star SSL fue diseñado específicamente para incluir una luminaria completa. Los accesorios de iluminación se evalúan como sistemas completos, por lo que las afirmaciones de rendimiento individuales de los fabricantes de bombillas de diodos emisores de luz (LED) y/o fabricantes de controladores tienen poco valor. Esto también elimina posibles problemas de integración que podrían afectar negativamente el rendimiento. Se incluyen metodologías de prueba y puntos de referencia para asegurar a los clientes que las comparaciones de rendimiento se basan en pruebas comunes. El DOE está decidido a garantizar que estos errores nunca vuelvan a ocurrir y ha trabajado con todas las partes interesadas de la industria, incluidos los fabricantes de LED, las empresas de suministro de energía y los integradores, para desarrollar el estándar.
El área de SSL es un cambio tecnológico dramático con respecto a las soluciones de iluminación anteriores, como la iluminación incandescente y fluorescente. Los LED utilizados en aplicaciones SSL requieren una unidad actual de la fuente de alimentación. Los LED conducen la mayor parte del calor que generan en lugar de irradiarlo. Cuando se usan correctamente, los LED pueden durar mucho más que las soluciones de iluminación anteriores.
La Tabla 1 resume los atributos clave de los requisitos de energía dentro del estándar Energy Star.
El programa Energy Star requiere una garantía mínima de 3 años en las luminarias. Los LED utilizados en las luminarias SSL tienen una vida útil significativamente más larga, lo que presiona a los fabricantes de energía para que proporcionen productos de calidad respaldados por garantías sólidas. Muchos productos de controlador ahora vienen con una garantía de 3 años. Para aprovechar al máximo los beneficios permanentes de SSL, los diseñadores avanzados deben continuar avanzando en la tecnología. Las técnicas de diseño, como la selección confiable de componentes y la minimización de tensiones, ayudan a lograr este objetivo. Las unidades de alta eficiencia también prolongan la vida al reducir la disipación de calor.
Implicaciones de diseño
Para los diseñadores de energía, cada requisito tiene implicaciones de diseño. El diagrama de la Figura 2 muestra una fuente de alimentación conmutada típica superpuesta con los requisitos Energy Star SSL.
Muchos de los requisitos son típicos de otras aplicaciones de energía. Para cumplir con los requisitos transitorios, la entrada debe estar protegida contra múltiples descargas de una onda de anillo de 100 kHz a un nivel de 2,5 kV. Las técnicas de diseño y la impedancia de entrada juegan un papel importante en el cumplimiento de los transitorios, y el uso de supresores de voltaje transitorio en toda la línea de entrada tendrá el mayor efecto. Los dispositivos deben tener el tamaño adecuado, pero evitar que las descargas tengan efectos no deseados en los controladores de potencia/luminarias.
Una de las implicaciones más importantes del cumplimiento es requerir PFC independientemente del nivel mínimo de potencia. Como resultado, se debe abordar el factor de potencia, que puede tener un impacto significativo en los costos de materiales. Esto es especialmente notable a baja potencia donde el material agregado es un porcentaje significativo del costo total. Reducir el límite del factor de potencia en aplicaciones residenciales ofrece una oportunidad para esquemas de PFC pasivos. Sin embargo, las implementaciones pasivas suelen utilizar inductores y condensadores para suavizar el consumo de corriente, lo que aumenta el tamaño y el peso. Para diseños comerciales, la limitación del factor de potencia requiere un PFC activo. Un enfoque es emplear un PFC de una sola etapa, que se puede facilitar a través de controladores disponibles en el mercado.