Une nouvelle conception de phare de train utilise deux paraboles demi-circulaires, ou en forme de coupe, réflecteurs aluminisés avec LED à haute efficacité placés dans le plan où les deux réflecteurs se rejoignent. La combinaison des faisceaux puissants de chaque réflecteur génère l'intensité lumineuse nécessaire pour répondre aux directives de sécurité. Crédit :Wei-Lun Liang, Université nationale de Taiwan
Des chercheurs ont conçu un nouveau phare de train à LED qui utilise un dixième de l'énergie requise pour les phares utilisant des sources lumineuses conventionnelles. S'il est utilisé 8 heures par jour, les économies d'électricité du nouveau design réduiraient les émissions du gaz à effet de serre dioxyde de carbone d'environ 152 kilogrammes par an.
Les phares des trains éclairent non seulement les voies devant, ils jouent également un rôle important dans le transport ferroviaire. Parce que les trains sont difficiles à arrêter, les phares doivent être visibles à une distance suffisamment éloignée pour donner aux personnes ou aux véhicules sur les voies suffisamment de temps pour s'écarter. Phares de train traditionnels, qui utilisent des ampoules à incandescence ou halogènes, sont suffisamment lumineux pour répondre aux réglementations de sécurité, mais ne sont pas très économes en énergie car la majeure partie de l'énergie alimentant la lumière est convertie en chaleur plutôt qu'en lumière visible.
Des chercheurs dirigés par Guo-Dung J. Su du Micro Optics Device Laboratory de l'Institut universitaire de photonique et d'optoélectronique de l'Université nationale de Taiwan, Taïwan, ont été approchés par la société d'ingénierie et de conception Lab H2 Inc., pour concevoir des phares de locomotive qui utilisent des LED comme source lumineuse. En plus de nécessiter moins d'énergie, Les LED durent également plus longtemps et sont plus petites et plus robustes que les sources lumineuses traditionnelles.
"Certains produits de phares à LED vendus sur le marché sont conçus avec de nombreuses LED qui ont des sorties qui se chevauchent dans de grandes sections. Ces conceptions gaspillent beaucoup d'énergie, " a déclaré Wei-Lun Liang du Micro Optics Device Laboratory, qui a joué un rôle déterminant dans la conception du nouveau phare de train. "Nos recherches ont montré que la consommation d'électricité peut être réduite en se concentrant sur la meilleure façon de distribuer l'énergie LED de manière égale."
Dans le journal de la Société d'optique Optique appliquée , Liang et Su rapportent une nouvelle conception de phare de train basée sur dix LED à haute efficacité positionnées avec précision. La conception utilise un total de 20,18 watts pour obtenir la même intensité lumineuse qu'une lampe à incandescence ou halogène qui utilise plusieurs centaines de watts. Le nouveau phare peut également être atténué en éteignant certaines LED pour éviter d'aveugler les passagers en attente lorsque le train passe un quai, par exemple.
Concevoir pour l'efficacité énergétique
Tout comme ceux utilisés pour les voitures, les phares de train combinent généralement une source lumineuse avec une parabole, ou en forme de coupe, surface réfléchissante qui concentre la lumière émise en un faisceau. Bien que les LED soient une excellente option pour économiser de l'énergie, les LED les plus économes en énergie émettent des spots lumineux plus petits. Pour cette raison, les chercheurs ont dû combiner les petites sorties de plusieurs LED à haute efficacité en une sortie circulaire plus grande pour créer un faisceau suffisamment grand pour être utilisé comme phare de train.
Les chercheurs ont conçu un phare de train qui utilise deux réflecteurs paraboliques semi-circulaires aluminisés contenant des LED à haute efficacité (a). L'emplacement de chaque LED dans le réflecteur supérieur est indiqué en (b). (c) montre des motifs d'éclairage correspondant aux LED 1 à 5 agencées comme en (b), démontrant les zones d'éclairage individuelles et combinées de cinq LED dans le réflecteur supérieur. Lorsqu'ils sont utilisés ensemble, les deux réflecteurs forment un motif d'éclairage circulaire. Crédit :Wei-Lun Liang, Université nationale de Taiwan
"Combiner plusieurs LED coûte plus cher et consomme plus d'électricité que d'utiliser quelques LED seules, " dit Liang. " Ainsi, nous devions déterminer la meilleure façon de positionner le plus petit nombre possible de LED à haute efficacité nécessaires pour répondre aux exigences en analysant la manière dont la surface parabolique reflétait les lumières LED. »
L'objectif des chercheurs était un phare qui fournirait une lumière 1,25 fois supérieure à la luminosité requise par la réglementation fédérale américaine. Ces réglementations exigent que les phares des trains aient une intensité maximale d'au moins 200, 000 candelas et éclairer une personne à au moins 800 pieds devant le phare.
Le positionnement des LED pour économiser de l'énergie et répondre aux directives fédérales s'est accompagné de plusieurs défis. Les chercheurs ont dû faire attention à chevaucher les sorties LED juste assez pour créer un faisceau large, mais pas tant que plus de LED, et donc plus d'énergie, serait nécessaire. Aussi, les LED doivent être placées suffisamment loin les unes des autres pour que la chaleur se dissipe afin d'éviter d'endommager le circuit.
Positionnement des LED Pour créer un phare de train à haute efficacité, les chercheurs ont utilisé deux réflecteurs paraboliques semi-circulaires aluminisés. Lorsqu'ils sont utilisés ensemble, les faisceaux puissants de chaque réflecteur se combinent pour générer l'intensité lumineuse nécessaire pour répondre aux directives fédérales. Cette conception a également simplifié le placement des circuits nécessaires pour alimenter les LED car ils pourraient être logés dans le diviseur horizontal séparant les réflecteurs.
Pour déterminer où placer les LED dans les réflecteurs, les chercheurs ont d'abord estimé le meilleur emplacement de chaque LED, puis ont utilisé une série de tests et de simulations pour affiner la position finale de chaque LED en fonction de son modèle d'éclairage correspondant. "D'autres scientifiques peuvent utiliser l'équation linéaire que nous avons dérivée pour décider des positions approximatives des LED pour d'autres applications, ", a déclaré Liang. "Cela peut réduire considérablement le temps nécessaire pour déterminer le positionnement des LED avant d'affiner les positions."
Les chercheurs soulignent que les phares utilisent généralement une surface de réflecteur parabolique complète. "Nous pensons qu'il s'agit de la première conception à utiliser une combinaison de deux surfaces de réflecteur semi-paraboliques, " a déclaré Liang. " En analysant systématiquement la conception pour déterminer le meilleur placement des LED dans le réflecteur, nous avons pu minimiser la consommation d'électricité tout en répondant aux exigences liées à la sécurité routière."
Les chercheurs travaillent maintenant à transformer leur conception en un produit commercial. Même si la nouvelle conception présente une faible consommation d'énergie, il génère encore de la chaleur perdue. Avant que la conception puisse être commercialisée, les chercheurs devront développer et tester un système de dissipation thermique pour le nouveau phare.
