La eficiencia energética es la fuerza impulsora en el crecimiento del mercado de iluminación LED, ya sean empresas privadas que intentan reducir costos o entidades públicas que imponen regulaciones destinadas a reducir el consumo de energía y reducir la carga sobre los recursos existentes. Los sectores residencial y comercial del mercado de la iluminación LED se están expandiendo rápidamente a medida que la iluminación LED supera las tecnologías más antiguas en energía y eficiencia.
Los LED y las luminarias representaron aproximadamente el 19 por ciento de la cantidad total de unidades de iluminación instaladas en los EE. UU. En 2017, pero ese número podría aumentar al 84 por ciento para 2035, según el Departamento de Energía (DOE). El DOE espera que casi el 80 por ciento del inventario total de iluminación sea de LED en 2035 esté en el sector residencial, pero se espera que el sector comercial produzca ahorros de energía mucho mayores. A pesar de representar el 17 por ciento del mercado total de LED en 2035, el sector comercial podría ser responsable del 39 por ciento del ahorro total de energía, según las proyecciones del DOE.
La brecha entre el porcentaje del total de instalaciones LED y el porcentaje de ahorro de energía es atribuible a los métodos de control de iluminación implementados cada vez más comunes en los grandes entornos comerciales. Los sistemas de control de iluminación pueden reducir el consumo de energía apagando automáticamente las luces en edificios desocupados o atenuándolos cuando hay luz natural disponible. A continuación, examinaremos cómo se pueden utilizar los sistemas de control de iluminación LED para limitar el consumo de energía de un edificio comercial o residencial mediante el ajuste de la iluminación interna cuando la iluminación natural o la ocupación alta / baja lo soliciten.
Implementación de un sistema de iluminación sensible
Los componentes principales de un sistema de iluminación sensible incluyen:
• Fuentes de luz LED,
• Dispositivos de control de energía
• Sensores y microcontroladores implementados para proporcionar la inteligencia distribuida necesaria para controlar la iluminación y comunicarse con los diversos sensores del sistema.
Estos microcontroladores del borde del sistema también se comunican con los controladores del subsistema de nivel superior, generalmente implementados con microprocesadores más potentes, ya que se requieren funciones algorítmicas y de almacenamiento más complejas en el nivel del subsistema. Las comunicaciones inalámbricas de estos subsistemas al controlador principal del edificio hacen que la ubicación y expansión del sistema sea relativamente simple. El controlador principal del edificio generalmente requiere una computadora de grado industrial programada para tolerancia a fallas para brindar seguridad y confiabilidad al edificio, y las comunicaciones entre los edificios en un campus (y a la nube) se pueden usar / analizar mediante algoritmos adaptativos y / o predictivos avanzados.
La captación de luz natural es una de las principales formas en que las empresas pueden ahorrar energía (y dinero) en los grandes edificios de oficinas. Aunque suena como un proceso que involucra células solares y baterías, la captación de luz del día es simplemente usar luz natural y calor para iluminar y / o calentar un edificio cuando está disponible. Por ejemplo, un sistema de control de iluminación puede atenuar las luces en el lado este de un edificio por la mañana, cuando el sol presumiblemente está brillando a través de las ventanas, y luego encenderlas por la tarde cuando el sol brilla en el lado oeste del edificio.
La cantidad de energía que se puede ahorrar con la captación de luz diurna varía según la ubicación de un edificio en relación con el sol (norte / sur frente a este / oeste) y según la geografía. Silicon Valley en el norte de California tiene más luz natural para recolectar que Seattle.
Los niveles de luz natural se pueden ajustar con ventanas tintadas o sombreadas para satisfacer las necesidades de un entorno de trabajo determinado. Es posible que una sala de conferencias durante una presentación de PowerPoint no necesite tanta luz como lo haría un empleado que trabaja en su escritorio. Los sensores de presencia son otra tecnología comúnmente empleada en el ajuste de la iluminación. Los sensores de movimiento en una habitación en particular o en un piso en particular de un edificio solicitarán automáticamente que el sistema de control de iluminación atenúe las luces si ha estado desocupado durante un período predeterminado. Los sensores de ocupación a menudo se emplean junto con una función de temporizador que atenúa todas las luces del edificio después de que sus ocupantes se han ido por el día y las vuelve a encender por la mañana cuando los empleados llegan a trabajar. Es difícil calcular cuánta energía podría ahorrar una empresa específica mediante el uso de sistemas de control de iluminación equipados para la captación de luz natural con sensores y temporizadores (las variables incluyen el tamaño del edificio, las horas de funcionamiento, los tipos de tecnología LED que se están implementando). El DOE proyecta que, si la tasa de penetración de LED continúa al ritmo actual, el ahorro de energía en todo el país ascenderá a 4.8 billones de unidades térmicas británicas (BTU) anualmente para 2035, aproximadamente la mitad de la energía total de iluminación consumida en los EE. UU. en 2017.
Sistemas integrados de control de edificios y la nube
El sistema de control de iluminación de un edificio es parte de un sistema de control más grande que incluye controles ambientales como calefacción, aire acondicionado, circulación de aire y calidad del aire, además de la seguridad y protección del edificio. Debido a la estrecha relación entre la iluminación y la calefacción, puede ser importante que el sistema de control del edificio considere las necesidades de calefacción, refrigeración e iluminación para optimizar el confort del edificio y la eficiencia energética. Dejar que la luz del sol entre a través de las ventanas puede ayudar a iluminar el interior del edificio, pero también puede elevar la temperatura interna. Si el objetivo es enfriar el edificio (y la energía que se necesita para regular la temperatura interna excede la energía que requiere la iluminación LED), se podría lograr un mejor equilibrio utilizando luces LED adicionales para la iluminación mientras se minimiza la luz solar externa. Los requisitos de circulación y calidad del aire también pueden tener que equilibrarse con la iluminación ambiental. En algunos casos, la creación de pequeñas diferencias de temperatura entre partes del edificio podría crear corrientes de convección que naturalmente ayudan con la circulación del aire, reduciendo la necesidad de ventiladores que drenan energía para hacer circular el aire.
Encontrar una manera de equilibrar estas necesidades y requisitos en competencia puede parecer complejo, pero un sistema de control moderno puede utilizar la historia del edificio para simplificar el proceso. La configuración y los resultados anteriores se pueden almacenar en la nube y analizar para ver qué combinaciones fueron más rentables y energéticamente eficientes. El sistema puede experimentar ajustando la configuración para explorar el espacio de la solución para una comodidad y un consumo de energía óptimos, y para descubrir algoritmos aún mejores. El sistema de control podría entonces seleccionar el algoritmo óptimo basado en las condiciones climáticas esperadas, la ocupación del edificio, la energía solar disponible y / u otras condiciones esperadas. Las desviaciones de los resultados esperados pueden indicar un desgaste excesivo o envejecimiento de motores o sensores, lo que permite que los algoritmos de mantenimiento predictivo señalen posibles fallas y las repare o reemplace a tiempo para evitar una interrupción.
Factores de temperatura y pérdida de luz
Las implementaciones comerciales de iluminación LED a menudo pueden ajustar la temperatura de la luz para satisfacer necesidades específicas. La clasificación de temperatura de LED Kelvin (K-temp) mide la calidez relativa de la luz desde varios puntos del espectro. Una luz naranja / roja más cálida tiene una temperatura K de aproximadamente 2000, mientras que la luz azul más fría se registra en aproximadamente 6000. Las oficinas generalmente usan luz más cálida, el tipo más parecido a la luz natural. La luz más fría puede ser más adecuada para minoristas o supermercados con productos de exhibición. Es posible que los supermercados quieran usar una temperatura K diferente para exhibir productos que los productos en cajas o enlatados. Los minoristas de ropa y muebles pueden preferir diferentes temperaturas de luz artificial para exhibir sus productos según el color y el tipo de material.
Los sistemas de iluminación LED tanto para uso residencial como comercial deben tener en cuenta los factores de pérdida de luz (LLF). La iluminación LED generalmente se deprecia en calidad mucho más lentamente que las bombillas incandescentes y halógenas, pero perderán fuerza con el tiempo. Puede ser difícil medir con precisión el grado en que la iluminación LED ha disminuido con el tiempo debido a los diversos tipos de tecnologías que emplean los sistemas de iluminación LED. Aún así, la Illuminating Engineering Society (IES) utiliza el factor de depreciación del lumen de la lámpara (LLD) como un todo para aproximar cómo se deteriora la iluminación LED desde el punto en que se instala hasta que necesita ser reemplazada. Un factor LLD de 0,70, lo que significa que una unidad LED emite el 70 por ciento de la luz que esperaría que produzca una unidad nueva, se considera el umbral en el que se deben reemplazar las bombillas individuales o las matrices de iluminación. La iluminación LED requiere reemplazo con mucha menos frecuencia que las tecnologías más antiguas, lo que ahorra energía (y dinero) a las empresas con el tiempo. La depreciación leve puede ser un factor más importante en algunas implementaciones que en los entornos de fabricación porque los niveles de poca luz pueden ser peligrosos para la fuerza laboral humana. Las farolas y otras formas de iluminación exterior también requieren mantener altos niveles de rendimiento, lo que hace que la iluminación LED sea una mejor solución a largo plazo en estos entornos que los métodos de iluminación más convencionales.
Conclusión
La reducción del consumo de energía es una de las pocas áreas en las que los sectores público y privado parecen alineados. Las empresas y los gobiernos aparentemente están invirtiendo más en iluminación LED y otras formas de tecnología de ahorro de energía. En el sector comercial, la adopción de iluminación LED y sistemas de control de iluminación podría reducir la cantidad de energía consumida por la iluminación en los EE. UU. Hasta la mitad en los próximos 15 años, según el DOE. Con la revolución del hogar inteligente acercándose rápidamente, es posible que no pase mucho tiempo antes de que vea edificios residenciales diseñados con sistemas de control de iluminación LED que ajustan la iluminación en diferentes habitaciones para que coincida con los niveles de luz natural a los que están expuestas esas habitaciones durante todo el día. Si se pregunta si se acordó de apagar la luz de su tocador antes de irse a trabajar por la mañana, no preocuparse. Los sensores de movimiento en su baño le dirán al sistema de control de iluminación de su hogar que lo atenúe después de que haya salido por la puerta.
Alex es redactor técnico senior de Wavefront Marketing y se especializa en electrónica avanzada, tecnologías emergentes y desarrollo tecnológico responsable.