en ESPAÑOL
Octubre 15 2009
Rodrigo Ramírez.-Pisco
CITCEA – UPC .
Introducción a la Eficiencia Energética en Sistemas de Iluminación
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=1012
4 Iluminación: Lámparas, control
3 Cuales son las iniciativas tecnológicas actuales y de futuro?
1 Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
Indice
5 Nuevas tecnologías
2 Cómo es la iluminación actualmente?
6 Eficiencia energética en iluminación
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Por qué hacer eficiencia energética en iluminación?
Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
La sostenibilidad energética, más que un tema de moda es una necesidad apremiante.
con los patrones actuales de consumo nuestra sociedad es inviable.
Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
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0 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 192 65
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Cost of abatementEUR/tCO2e
Insulation improvements
Fuel efficient commercial vehicles
Lighting systems
Air Conditioning
Water heatingFuel efficient vehicles
Sugarcanebiofuel
Nuclear
Livestock/soils
Forestation
Industrialnon-CO2
CCS EOR;New coal
Industrial feedstock substitution
Wind;lowpen.
Forestation
Celluloseethanol CCS;
new coal
Soil
Avoided deforestation
America
Industrial motorsystems
Coal-to-gas shiftCCS;
coal retrofit
Waste
Industrial CCS
AbatementGtCO2e/year
Stand-by losses
Co-firingbiomass
• ~27 Gton CO2e below 40 EUR/ton (-46% vs. BAU)• ~7 Gton of negative and zero cost opportunities• Fragmentation of opportunities
Smart transitSmall hydro
Industrial non-CO2
Airplane efficiency
Solar
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Cost of abatementEUR/tCO2e
Insulation improvements
Fuel efficient commercial vehicles
Lighting systems
Air Conditioning
Water heatingFuel efficient vehicles
Sugarcanebiofuel
Nuclear
Livestock/soils
Forestation
Industrialnon-CO2
CCS EOR;New coal
Industrial feedstock substitution
Wind;lowpen.
Forestation
Celluloseethanol CCS;
new coal
Soil
Avoided deforestation
America
Industrial motorsystems
Coal-to-gas shiftCCS;
coal retrofit
Waste
Industrial CCS
AbatementGtCO2e/year
Stand-by losses
Co-firingbiomass
• ~27 Gton CO2e below 40 EUR/ton (-46% vs. BAU)• ~7 Gton of negative and zero cost opportunities• Fragmentation of opportunities
Smart transitSmall hydro
Industrial non-CO2
Airplane efficiency
Solar
Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
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Eficiencia Energética:
La eficiencia energética está relacionada con la cantidad de producto que se obtiene de un proceso por unidad de energía y se define como el conjunto de actividades encaminadas a reducir (u optimizar) el consumo de energía en términos unitarios, manteniendo el nivel de los servicios prestados.
Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
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Definiciones Básicas.
Lámpara: "fuente hecha con el fin de producir una radiación óptica, generalmente visible”
Balasto: es un dispositivo conectado entre la red eléctrica y una o varias lámparas de descarga que sirve principalmente para limitar la corriente de la lámpara (s) para un valor exigido.
Luminaria: aparato que distribuye, filtra o transforma la luz transmitida desde una o varias lámparas y que incluye, con excepción de estas, todas las piezas necesarias para fijar y proteger las lámparas y, en su caso, los auxiliares del circuito junto con los medios para conectar las lámparas al suministro eléctrico .
INTRODUCCION
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INTRODUCCION
Definiciones Básicas.
• Lumen • Lux• Grados Kelvin• IRC • Deslumbramiento
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INTRODUCCION
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INTRODUCCION
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INTRODUCCION
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INTRODUCCION
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INTRODUCCION
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Definiciones Básicas.
Deslumbramiento es la sensación producida por las zonas brillantes en el campo de visión y puede ser experimentado, ya sea como malestar, deslumbramiento o discapacidad.
Los límites por malestar por deslumbramiento se establecen con el CIE Unified Glare Rating (UGR-) método tabular :cuanto menor es mejor.
INTRODUCCION
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE FUNCIONAMIENTO
VIDA ÚTIL (DEPRECIACIÓN LUMINOSA): Duración en horas de encendido hasta que el flujo luminoso alcanza el 80 % del flujo inicial
VIDA MEDIA (MORTALIDAD): Para una muestra representativa, tiempo de ensayo, desde el encendido, en el que dejan de funcionar el 50 % de las lámparas
INTRODUCCION
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE FUNCIONAMIENTO
TEMPERATURA DE COLOR: Temperatura absoluta a la que un cuerpo negro emitiría un flujo luminoso que provocara la misma impresión de color en el ojo que la fuente luminosa considerada
Temperatura de color BAJA---> espectro con predominio de radiaciones rojas (sensación cálida)
Temperatura de color ALTA---> espectro con predominio de radiaciones azules (sensación fría)
INTRODUCCION
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE FUNCIONAMIENTO
RENDIMIENTO: Cantidad de flujo luminoso emitido por unidad de potencia inyectada (lm/W)
INTRODUCCION
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Radiación Solar
IntroducciónINTRODUCCION
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INTRODUCCION
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Grupo de Color Apariencia Temperatura de color
1 Calido: Puede ser usado para espacios
de relajación por debajo de los 300 Lux
Por debajo de los 3300 K
2 Intermedio: Bueno para mezclar con luz
día
3300-5300 K
3 Frío: Para trabajos interiores con altos
niveles de iluminación
Por encima de 5300 K
Introducción
INTRODUCCION
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Formas de operación de la iluminación en los hogares
Control con fotoceldas para iluminación exterior
Control de iluminación por horas de forma que se eviten robos simulandoPresencia de personas en las viviendas
Detectores de presencia para control de luces exteriores, de forma que actúenPor ejemplo durante 5 minutos después de la última presencia detectada
Dimer de algunas fuentes de luz interiores
INTRODUCCION
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INTRODUCCION
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4 Iluminación: Lámparas, control
3 Cuales son las iniciativas tecnológicas actuales y de futuro?
1 Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
Indice
5 Nuevas tecnologías
2 Cómo es la iluminación actualmente?
6 Eficiencia energética en iluminación
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FUENTES DE LUZ
Incandescencia
Incandescentes
Halógenas
Descarga
Baja presión
FluorescentesSodio baja presión
Alta presión
MercurioMercurio HalogenadoSodio Alta Presión
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS INCANDESCENTES
Principio de funcionamiento: incandescencia
Filamento de tungsteno y relleno de argón y nitrógeno
Rendimiento: 10 lm/w (Halógenas: 20 lm/W)
Vida útil: 1000- 2000 hs
Equipo auxiliar: no necesitan
Posición de funcionamiento: cualquiera
Reproducción cromática: óptima
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS INCANDESCENTES - Aplicaciones
Alumbrado interior y decorativo
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN Tubo de descarga y soporte
Electrodos ( tungsteno, con cavidades rellenas con torio, óxido de bario, etc.)
Ampolla exterior
Revestimientos de la ampolla
Gases de relleno Tubo de descarga: gas inerte +
mercurio Ampolla exterior: gas inerte
(Argón)
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN Rendimiento: 40 a 55 lm/w
Vida útil: 15000 hs
Reencendido: no instantáneo
Estabilización: balasto
Posición de funcionamiento
Lámparas de mezcla o de luz mixta: no necesitan balasto tienen menor rendimiento (20-25 lm/W)
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN - Aplicaciones
Iluminación interior de fábricas y grandes espacios
Alumbrado público
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE MERCURIO HALOGENADAS Similar a las de mercurio con un aditivo de halogenuro
metálico en el tubo de descarga, lo cual agrega otras bandas de emisión.
Mayor rendimiento (80 lm/w)
Mejor reproducción cromática
Similar vida útil Problemas:
más susceptibles a las variaciones de tensión de red posición de funcionamiento limitada reencendido más lento
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE MERCURIO HALOGENADAS - Aplicaciones
Alumbrado de interiores: shoppings, comercios
Alumbrado de exteriores: escenarios deportivos, monumentos, fachadas
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN
En el tubo de descarga (de material cerámico resistente a muy altas temperatura) hay sodio, mercurio y un gas noble (ej. xenón)
Emite en los amarillos y rojos
Produce muy poco UV y por lo tanto los revestimientos externos son solo polvos blancos para disminuir el brillo del tubo.
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN Poca tolerancia a la variación de la tensión
Utilizan balasto, ignitor (tensiones de encendido > 1800 V) y condensador
Estabilización: 5 a 7 minutos
Reencendido: 15 minutos
Rendimiento: 100 a 120 lm/w
Vida útil: 12000 a 16000 hs
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN
Alumbrado público y vial Alumbrado industrial Alumbrado de fachadas y monumentos
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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TUBOS FLUORESCENTES
Tubo relleno con mercurio y argón Cátodo caliente El color depende de recubrimiento (fósforo) Rendimiento: 60-80 lm/w Vida útil: 10000 hs Reproducción cromática: buena Reencedido: rápido
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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TUBOS FLUORESCENTES - Aplicaciones
Alumbrado de interiores
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN Similar a los tubos fluorescentes pero con sodio en vez de mercurio
- Circuito: balasto, condensador e ignitor
La radiación es toda visible (no hay revestimientos fluorescentes) en una longitud de onda de 590 nm (monocromática)
Rendimiento: 120 a 200 lm/w
Vida útil: 12000 a 16000 hs
Reproducción cromática: mala
Estabilización: 15 minutos
Reencedido: 7 minutos
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN - Aplicaciones
Alumbrado público y vial
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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Otras tecnologías OLEDs, leds orgánicos Quantum Dot LED Lámpara de nanocristales
Tecnologías de control de iluminación
Sensores de proximidad Daylighting (combinación luz natural-artificial) Doble nivel de iluminación
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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Tecnologías de control de iluminación
Regulación de potencia Sensores de proximidad Daylighting (combinación luz natural-artificial) Doble nivel de iluminación Iluminación selectiva (Task Lighting)
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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Diseño de Sistemas Eficientes de Iluminación
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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¿Por qué diseñar sistemas eficientes?
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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Motivos para Diseñar un Sistema Eficiente en Iluminación
Disminución en la emisión de contaminantes
Óptimo desempeño de la tarea
Confiabilidad
Bajo mantenimiento ($)
Bajo costo de Operación ($)
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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Sistema Eficiente en Iluminación
Considerar al usuario (optima aplicación de los equipos: niveles de iluminación).
Considerar a las normas aplicables.
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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Óptima Aplicación de los Equipos Creación de Ambiente
Selección de la lámpara Tipo de la luminaria
Nivel de Iluminación
Cantidad y disposición de equipos
Cantidad de energía eléctrica
Densidad de Potencia Eléctrica de Alumbrado Consumo esperado
LA ILUMINACION ACTUALMENTE
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4 Iluminación: Lámparas, control
3 Cuales son las iniciativas tecnológicas actuales y de futuro?
1 Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
Indice
5 Nuevas tecnologías
2 Cómo es la iluminación actualmente?
6 Eficiencia energética en iluminación
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Tecnologías disponibles:
– CFL– CCFLi (Cold cathode compact fluorescents lamps with intergrades
ballast)– Bombillas halógenas con xenón– Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y transformador
electrónico integrado– LED
Tecnologías no disponibles– OLED– Lámparas incandescentes con tungsteno con enrejado fotónico– DBD (Dielectric barrier discharge lamps are mercury free)– Otras
Óptima Aplicación de los Equipos
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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CFLde alta eficiencia
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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CFLde alta duración
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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CFLcon dimmer
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
62
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
CFLbajo nivel de mercurio
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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Otros tipos de lámparas CFLs:
Amalgam Technology
Tri fósforo en CFL
Multi fósforo
Diferentes niveles de temperatura de color
Arranque directo
Bajo tiempo de calentamiento
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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CCFLi (Cold cathode compact fluorescents lamps with intergrades ballast
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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Bombillas halógenas con xenón
Mayor eficiencia: 20% comparada con una normal
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y transformador electrónico integrado
Mayor eficiencia: 40% comparada con una normal
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
OLED: diodo orgánico de emisión de luz
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Lámparas incandescentes con tungsteno con enrejado fotónico
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
DBD: Dielectric Barrier Discharges
Descubierta en 1857
Aprovecha el acople capacitivoen dieléctricos (en AC)
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
70
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Flat Light Panels (light Emitor capacitor)
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
71
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
LED
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=10173
Iluminación de Estado Solido - SSL 5 etapas – Programa total
Guia de los avances de la tecnologia del laboratorio hacia el mercado.
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=10174
Ejemplos de aplicaciones actuales de SSL
©Lu
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INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=10175
Actual y potencial ahorro de electricidad con el uso de LED
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
Luces de coche Luces paracamiones y bus
Senales detrafico
(semaforo…)
Muestras desalida
Luces para diafestivo
Iluminacion parapublicidad(vitrinas,
paneles..)
Aho
rro
de e
lect
rici
dad
(TW
h/yr
)
Electricidad ahorrada, 2002
Potencial de ahorro de electricidad
Source: Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, Navigant Consulting, November 2003; www.netl.doe.gov/ssl/ .
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=10176
Eficiencia de las fuentes (2005)
• Incandescente (75W) ~13 lm/W
• Fluorescente (T8) ~83 lm/W
• HID (Metal Halide) ~100 lm/W
• SSL ( LED blanca) ~50 lm/W
Precio normalizado al por menor de las lamparas (2005)
• Incandescente (75W) ~0.60 $/klm
• Fluorescente (T8) ~0.73 $/klm
• HID (Metal Halide) ~1.27 $/klm
• SSL (LED blanca) ~150.00 $/klm
*dato del fabricante
La Investigacion va a mejorar la eficiencia de las SSL disminuyendo los precios
Eficiencia y Coste de las fuentes de luz blanca
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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Aplicaciones iniciales de las LED blancas Foco empotrado, aplicaciones con luz concentrada
Iluminación de trabajo, Iluminación de despacho
Iluminación en vitrinas o exposiciones
Vitrinas, incluyendo refrigeradores
Elevadores – resistencia a las vibraciones
Arquitectura – durabilidad
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
78
Aceleracion de la investigación y desarrollo para las luces blancas SSL
DO
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SL
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0
25
50
75
100
125
150
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1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
MetalHalide
T-8 lampT-12 ES
MonoOLED
T-12 fluorescent MonoLED
Luces blancas SSL
Laboratorio
Efic
acid
ad (
lum
ens
por
wat
t)
Luces Blancas SSL
Comercial
SSL Laboratory and Commercial Curves, revised September 2004
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
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Beneficios de la instalación de LED Delay introduction to 2008, 50 LPW
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
80
4 Iluminación: Lámparas, control
3 Cuales son las iniciativas tecnológicas actuales y de futuro?
1 Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad
Indice
5 Nuevas tecnologías
2 Cómo es la iluminación actualmente?
6 Eficiencia energética en iluminación
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Eficiencia en lámparas lm/w
Eficiencia en Iluminación
81
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Vida útil (horas)
Eficiencia en Iluminación
82
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101LWFt = Total Lamp Wattage Factor
Información de eficiencia de lámparas
Eficiencia en Iluminación
83
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Pérdidas de Eficiencia en lámparas comparadas con las condiciones estándar
de funcionamiento
LLMF: lamp lumen maintenance factor, LSF Lamp survival factor
Eficiencia en Iluminación
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Barreras para la eficiencia energética
• La percepción acerca de las lámparas CFL:
• Ejemplo
• En Europa el consumidor habitualmente dice que la fluorescente compacta no “da buena luz”, mientras que la verdad es que desde su punto de vista “no ofrece bastante luz” frente a la incandescente
550 lumen
710 lumen
Eficiencia en Iluminación
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
• Temperatura y rendimiento de color• Apariencia visual de las lámparas• Control (dimmer)• Harmónicos• Efectos negativos en la salud (lipoatrofia
semicircular?)• Flickers• Electro-Smog
Barreras para la eficiencia energética
Eficiencia en Iluminación
86
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Problemas detectados en la aplicación de programas de eficiencia
Energética en iluminación:
China
Eficiencia en Iluminación
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en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
Problemas detectados en la aplicación de programas de eficiencia
Energética en iluminación:
China
Eficiencia en Iluminación
88
en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
RODRIGO RAMIREZ P.ING. ELECTRICISTA. MsC. Cto PhD.Universidad Politécnica de CataluñaCITCEA . UPC.Cátedra ENDESA-RED
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