Luminosità vs Potenza: Lumen, Efficienza e Rendimento

Quando si parla di luminosità di una sorgente luminosa (come un LED o una lampadina) è fondamentale capire la differenza tra potenza elettrica assorbita (Watt) e flusso luminoso emesso (Lumen). I Watt (W) indicano quanta potenza elettrica viene consumata, mentre i lumen (lm) misurano quanta luce visibile viene emessa. A parità di lumen, una sorgente che consuma meno watt è più efficiente.

Efficienza luminosa

Un LED converte una parte dell’energia elettrica in luce e il resto in calore. L’efficienza luminosa o efficacia di una sorgente si esprime in lumen per watt (lm/W) – indica quanti lumen di luce vengono prodotti per ogni watt di potenza consumata​. Ad esempio, se una lampada produce 800 lm consumando 10 W, la sua efficacia è 80 lm/W. Sorgenti diverse hanno efficacie molto differenti:

• Lampada a incandescenza: ~10–15 lm/W (sprecano moltissima energia in calore).
• Lampada alogena: ~15–20 lm/W (leggermente meglio delle incandescenza, ma ancora molto inefficiente).
• Lampada fluorescente (tubo neon o CFL): ~50–70 lm/W.
• LED domestici attuali: in media 80–120 lm/W, con i migliori prodotti che superano 150 lm/W.
• LED da record (laboratorio): >200–300 lm/W sono stati raggiunti in condizioni sperimentali​i. Ad esempio, già nel 2014 alcuni LED bianchi in laboratorio arrivavano a 303 lm/W, mentre quelli in commercio erano intorno a 223 lm/W​ – un enorme balzo rispetto ai 15 lm/W di una lampadina a filamento.

Come si vede, i LED sono nettamente più efficienti: oggi un LED emette circa 10 volte più luce di una lampadina a incandescenza per lo stesso consumo energetico. Questa efficienza ha un impatto diretto: meno watt per la stessa luce significano bollette più basse e minore richiesta di potenza alla rete elettrica. Ad esempio, per ottenere 1000 lumen (equivalenti a una lampada da ~75 W ad incandescenza): una lampadina a incandescenza consuma ~75 W, una fluorescente ~20 W, una LED moderna ~8–10 W. In un’intera casa, sostituire tutte le lampade tradizionali con LED può ridurre il consumo per illuminazione dell’80-90%.

Va notato che l’efficienza effettiva di un LED dipende anche dalla temperatura e dalla corrente di pilotaggio: se si spinge un LED oltre la sua corrente nominale, esso emetterà sì più lumen, ma scalderà di più e l’efficienza (lm/W) potrebbe calare. Spesso i datasheet mostrano curve flusso vs corrente: all’aumentare della corrente, i lumen crescono in modo sub-lineare mentre i watt crescono lineari, quindi oltre un certo punto conviene usare più LED a corrente inferiore anziché pochi LED tirati al massimo. In illuminotecnica si cerca il miglior compromesso tra intensità e efficienza.

I lumen

Tecnicamente, il lumen è l’unità di misura del flusso luminoso totale emesso da una sorgente, pesato sulla sensibilità dell’occhio umano (curva fotopica). 1 lumen equivale al flusso emesso in un angolo solido da 1 steradiante da una sorgente che ha intensità di 1 candela. Senza addentrarci troppo, possiamo dire che i lumen indicano “quanta luce utile” viene prodotta. Due lampadine di 800 lm (una LED da 10W e una incandescente da 60W) illuminano grosso modo allo stesso modo una stanza, perché emettono flussi luminosi simili, anche se una consuma molto meno.

Lumen e percezione visiva

Va ricordato che l’occhio umano ha sensibilità diverse ai vari colori: i lumen tengono conto di questo (luce verde-gialla fa più lumen a parità di potenza radiante rispetto alla luce rossa o blu, perché l’occhio la percepisce di più). Per questo a volte i LED bianchi freddi risultano avere efficacia in lm/W leggermente maggiore dei LED bianchi caldi: lo spettro dei freddi ha un picco verso il verde che l’occhio sfrutta molto, mentre i caldi emettono più su rosso/giallo che l’occhio percepisce un po’ meno. Non a caso, i record di lm/W vengono spesso ottenuti con LED a luce fredda. Comunque, dal punto di vista dell’utente, i lumen forniscono un modo conveniente per confrontare lampadine: ad es. una LED da 1500 lm sarà più luminosa di una da 800 lm.

In sintesi, luminosità e potenza non sono legate linearmente: dipendono dall’efficienza del dispositivo. Quando leggiamo su una confezione di lampadina LED “806 lumen, 9W” capiamo che è un buon rendimento. Se una lampada LED consumasse 9W ma emettesse solo 300 lumen, vorrebbe dire che è molto inefficiente o di vecchia generazione. Fortunatamente, la tecnologia LED ha raggiunto efficienze molto alte e in costante miglioramento. Questo concetto di efficienza luminosa è cruciale anche per comprendere il risparmio energetico e l’illuminotecnica: i lumen ci dicono quanta luce otteniamo per i watt che paghiamo.