Questo è una questione che ricorre con una frequenza molto più alta di quel che si possa pensare, i tecnici devono confrontarsi con utenti che pongono domande come "Perché la mia striscia led diventa così calda?" o addirittura anche richieste di aiuto dopo aver esordito con "La mia striscia led ha iniziato a fumare!".
Perché la striscia led si surriscalda? Che cosa accade quando si verifica questo problema?
Se la striscia led si surriscalda, non è un problema da sottovalutare perchè questo non è solo un sintomo di inefficienza, ma un vero e proprio rischio per la sicurezza della vostra casa o del vostro progetto commerciale. Può portare a:
- drastica riduzione della vita utile del prodotto (da 30.000 ore a poche centinaia);
- degrado precoce della luminosità (lumen depreciation);
- innesco di incendi in casi estremi ma purtroppo non rarissimi;
- scolorimento dei supporti o dei mobili su cui è installata;
- malfunzionamenti e flickering (sfarfallio) della luce.
In questo articolo, che potrete anche usare come riferimento tecnico, affronteremo in maniera dettagliata passo per passo il problema, segnalandovi le cause fisiche ed elettriche, e vi presenteremo una soluzione veramente efficace, spesso trascurata nel fai-da-te: i profili in alluminio per strisce led.
Perché i led producono calore?
Contrariamente a quanto si crede, i led non sono sorgenti di luce "fredda" in senso assoluto. Sono efficienti, sì, ma non perfetti. Il principio di funzionamento di un led (Light Emitting Diode) prevede che una parte dell'energia elettrica in ingresso venga convertita in luce (fotoni) e una parte considerevole venga convertita in calore (fononi).
Efficienza di una striscia led:
- 35-40% dell'energia → Luce visibile
- 60-65% dell'energia → Calore
Questo calore viene generato nella giunzione semiconduttore (il chip led vero e proprio). Se non viene allontanato rapidamente dalla giunzione, la temperatura di quest'ultima sale. Questo fenomeno si chiama "Junction Temperature" (Tj) ed è il parametro cruciale che determina durata di vita, stabilità del colore, flusso luminoso.
Impatto della temperatura di giunzione (Tj) sulla vita del led| Tj (temperatura di giunzione) | Vita L70 stimata* | Perdita di lumen | Rischio colore |
|---|
| ≤ 65°C | > 50.000 ore | < 3% / anno | Stabile |
| 85°C | ~ 25.000 ore | ~ 7% / anno | Leggera deriva |
| 105°C | ~ 10.000 ore | > 15% / anno | Deriva evidente |
| > 120°C | < 1.000 ore | Collasso rapido | Alto rischio di guasto |
*L70 = Ore dopo le quali il flusso luminoso scende al 70% del valore iniziale. Fonte: DOE & LED manufacturer datasheets.
Il compito dell'installatore durante la scelta dei prodotti è mantenere la Tj il più bassa possibile. Le strisce led flessibili hanno un punto debole: sono montate su un nastro in PVC (o FPCB molto sottile) che è un ottimo isolante termico, pertanto il calore rimane intrappolato ed è necessario dissiparlo.
Perché la striscia led si surriscalda: le 5 principali cause
La striscia led si surriscalda spesso per diversi fattori congiunti, vediamo quali.
Densità di potenza e alimentatore sottodimensionato
La causa N.1. è data dal fatto che molte persone scelgono strisce ad alta luminosità (es. 14.4W/m o più) per ottenere più luce, ma non considerano la potenza totale.
- Esempio: 5 metri di striscia da 14.4W/m → 72W di potenza totale.
- Errore comune: utilizzare un alimentatore da 60W perchè è vicino alla potenza utilizzata. Un alimentatore al limite della potenza lavora sempre al massimo, surriscaldandosi e fornendo una tensione instabile che stressa i led, i quali a loro volta surriscaldano. L'alimentatore deve avere almeno un 20-30% di potenza in più del consumo totale.
Installazione in ambienti chiusi e senza ventilazione
Creare una gola nel legno e incassare la striscia nella fresata, oppure appoggiarla direttamente in un mobile chiuso, è un altro motivo del perchè la striscia led si surriscalda. Il calore non ha via di fuga ed anche l'aria racchiusa in uno spazio ristretto, si riscalda rapidamente avvolgendo la striscia.
Lunghezze eccessive senza una corretta alimentazione
Collegare 10 metri di striscia led in serie partendo da un solo estremo è tecnicamente scorretto in quanto i primi led ricevono la piena tensione, ma a causa della caduta di tensione nel circuito stampato sottile, gli ultimi metri ricevono magari solo 10.5V. Per compensare e cercare di emettere la stessa luce, i componenti elettronici su quella sezione lavorano in condizioni di stress, surriscaldandosi. La soluzione è l'alimentazione da entrambi i lati o a punti intermedi per lunghezze >5m.
Qualità scadente dei componenti
La presenza di strip di scarsa qualità sul mercato è un altro dei fattori che spiegano percè la striscia led si suttiscalda, questo principalmente per via dei componenti a basso costo utilizzati per
- resistori di limitazione di bassa qualità (alta tolleranza, bassa potenza);
- chip LED di scarsa purezza che convertono meno energia in luce e più in calore;
- piste in rame sottilissime (es. 1 oz invece di 2-3 oz) che si surriscaldano a causa dell'alta resistenza elettrica.
Una striscia economica può essere fino al 30% meno efficiente di una di alta gamma, dissipando quel 30% in più direttamente in calore.
Assenza totale di dissipazione termica
Questa è la causa strutturale: il nastro flessibile non può dissipare ed appoggiandolo sul legno, sul cartongesso o persino su una superficie metallica non verniciata ma non a contatto termico efficace, non serve. Serve un materiale che assorba il calore e lo disperda nell'ambiente: l'alluminio.
Ignorare anche solo una di queste cause può compromettere seriamente l'installazione, abbiamo visto strisce led economiche raggiungere 105°C sulla superficie dopo solo 45 minuti di funzionamento. A quelle temperature, l'adesivo si scioglie e la striscia si stacca con il rischio in taluni contesti di cadere su materiali infiammabili (es.: un piano cottura di una cucina).
Striscia led che si surriscalda: rischi potenziali.
Un piccolo esperimento che facciamo spesso in showroom: accendiamo due campioni identici di striscia LED da 24W/m. Uno libero in aria, uno montato su un profilo Ledpoint. Dopo 30 minuti, con la termocamera vediamo:
- Striscia libera: temperatura superficiale del nastro: 78°C. Chip LED (Tj stimata): >110°C.
- Striscia su profilo: temperatura superficiale del profilo: 38°C. Chip LED (Tj stimata): <60°C.
La differenza è abissale. I rischi della striscia libera sono:
- Decadimento accelerato: dopo 6 mesi di uso quotidiano, sarà significativamente meno luminosa.
- Rottura prematura: i componenti si guastano. Uns emepio classico sono i tipici "punti neri" lungo la striscia (led bruciati) o sezioni che si spengono.
- Distacco dell'adesivo: il calore estremo scioglie la colla del nastro biadesivo, pertanto la striscia si stacca e cade.
- Danni al supporto: su legno o vernice, il calore prolungato può causare scolorimenti gialli o, nei casi peggiori, bruciature.
- Rischio incendio (reale): con temperature costanti sopra gli 80°C su materiali combustibili (es.: tende, cavi vicini, legno vecchio) ed i fusibili integrati possono non essere sufficienti.
La soluzione migliore: il profilo in alluminio per dissipare il calore
L'alluminio è il materiale perfetto per questo scopo, motivo per cui a catalogo troverete prevalentemente profili in una lega prevalentemente composta da questo materiale. L'alluminio infatti presenta le seguenti caratteristiche:
- elevatissima conduttività termica (circa 200 W/mK);
- leggero e facile da lavorare;
- resistente alla corrosione;
- esteticamente gradevole e finibile in molti modi.
Un profilo in alluminio agisce da dissipatore: assorbe il calore generato dai led attraverso la superficie di contatto, lo distribuisce lungo tutta la sua lunghezza e lo trasferisce all'aria circostante grazie alla sua ampia superficie.
É comunque necessario fare attenzione perchè non tutti i profili sono uguali ed è sempre importante tenere conto di:
- spessore e massa dell'alluminio: più materiale c'è, più calore può assorbire.
- design della superficie di scambio: i profili con alettature aumentano la superficie a contatto con l'aria, migliorando la dissipazione fino al 40% rispetto a un profilo liscio.
- contatto termico continuo: la striscia deve aderire perfettamente al fondo del profilo. Noi consigliamo sempre l'uso del nastro termoconduttivo a doppia faccia, che riempie le micro-irregolarità e garantisce un trasferimento ottimale.
Le migliori pratiche da seguire per evitare surriscaldamento della strip led
Se la striscia led si surriscalda è dovuto ad un problema di progettazione termica iniziale.
Consigliamo pertanto di seguire sempre, prima dell'acquisto e dell'installazione delle strip led, di seguire i seguenti passi:
- calcolare la potenza totale (metri x W/m) e scegli un alimentatore con 20-30% di margine;
- per lunghezze >5m, alimentare da entrambi i lati o a punti multipli;
- mai installare strisce ad alta potenza (>10W/m) senza dissipatore;
- scegliere sempre un profilo in alluminio di sezione adeguata alla potenza (più è potente, più il profilo deve essere massiccio/alettato);
- sfruttare il taglio su misura per evitare giunzioni e sprechi;
- usare nastro termoconduttivo per migliorare il contatto tra striscia e profilo;
- mantenere una ventilazione minima attorno al profilo, non incassarlo in spazi ermetici;
- per la massima resa estetica e protezione, abbinare il profilo a un diffusore opal;
- testare l'installazione per almeno un'ora prima di chiungere tutto definitivamente;
- documentarsi e chiedere aiuto al supporto tecnico.
Perchè la striscia led si surriscalda? La risposta è servita.
Investire pochi euro in più in un strip led, alimentatori, profilo di qualità tagliato su misura non è una spesa, è l'unico modo per proteggere il tuo investimento nell'illuminazione a led, garantirti la durata della striscia led e garantire la sicurezza della tua casa o della tua attività.
