Kraftfuld LED-baseret toglygte optimeret til energibesparelser

Forskere har designet en ny LED-baseret togforlygte, der bruger en tiendedel af den energi, der kræves til forlygter ved hjælp af konventionelle lyskilder. Hvis den opereres 8 timer hver dag, elbesparelsen ved det nye design ville reducere udledningen af ​​drivhusgassen kuldioxid med cirka 152 kilo om året.

Toglygter lyser ikke kun sporene foran, de spiller også en vigtig rolle inden for jernbanetransport. Fordi tog er svære at stoppe, forlygterne skal være synlige på en afstand, der er langt nok væk til at give folk eller køretøjer på sporene god tid til at bevæge sig af vejen. Traditionelle togforlygter, der bruger glødepærer eller halogenpærer, er lyse nok til at opfylde sikkerhedsforskrifterne, men er ikke særlig energieffektive, fordi det meste af energien, der driver lyset, omdannes til varme frem for synligt lys.

Forskere ledet af Guo-Dung J. Su fra Micro Optics Device Laboratory fra Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics ved National Taiwan University, Taiwan, blev kontaktet af ingeniør- og designfirmaet Lab H2 Inc., at designe lokomotivlygter, der bruger LED'er som lyskilde. Udover at kræve mindre energi, LED'er holder også længere og er mindre og mere robuste end traditionelle lyskilder.

"Nogle LED -forlygteprodukter, der sælges på markedet, er designet med mange lysdioder, der har output, der overlapper hinanden i store sektioner. Disse designs spilder meget energi, "sagde Wei-Lun Liang fra Micro Optics Device Laboratory, der var med til at designe den nye toglygte. "Vores forskning viste, at elforbruget kan reduceres ved at fokusere på den bedste måde at fordele LED -energien ens."

I tidsskriftet The Optical Society Anvendt optik , Liang og Su rapporterer om et nyt toglygte -design baseret på ti præcist placerede højeffektive lysdioder. Designet bruger i alt 20,18 watt for at opnå samme lysintensitet som en gløde- eller halogenlampe, der bruger flere hundrede watt. Den nye forlygte kan også dæmpes ved at slukke nogle af lysdioderne for at undgå at blende ventende passagerer, når toget passerer en perron, for eksempel.

Design til energieffektivitet

Ligesom dem, der bruges til biler, togforlygter kombinerer typisk en lyskilde med en parabolsk, eller kopformet, reflekterende overflade, der fokuserer det udsendte lys ind i en stråle. Selvom lysdioder er en god mulighed for at spare energi, de mest energieffektive lysdioder udsender mindre lyspunkter. Af denne grund, forskerne måtte kombinere de små output fra flere højeffektive lysdioder til en større cirkulær udgang for at skabe en stråle, der var stor nok til at kunne bruges som togforlygte.

"At kombinere flere lysdioder er dyrere og forbruger mere elektricitet end at bruge et par enkelte lysdioder, "sagde Liang." Således vi havde brug for at bestemme, hvordan vi bedst placerer det lavest mulige antal højeffektive lysdioder, der er nødvendige for at opfylde kravene, ved at analysere, hvordan den parabolske overflade reflekterede LED-lysene. "

Forskernes mål var en forlygte, der ville give lys 1,25 gange den lysstyrke, der kræves af amerikanske føderale regler. Disse regler kræver, at toglygter har en spidsintensitet på mindst 200, 000 candela og oplys en person mindst 800 fod foran forlygten.

Placering af LED'erne for at spare energi og opfylde føderale retningslinjer kom med flere udfordringer. Forskerne skulle være omhyggelige med at overlappe LED -udgangene lige nok til at skabe en stor stråle, men ikke så meget, at flere lysdioder, og dermed mere energi, ville være nødvendig. Også, lysdioderne skal placeres langt nok fra hinanden til, at varme kan forsvinde for at forhindre kredsløbsskader.

Placering af LED'erne For at skabe en højeffektiv togforlygte, forskerne brugte to halvcirkelformede parabolske aluminiserede reflektorer. Når de bruges sammen, de stærke stråler fra hver reflektor kombinerer for at generere den lysintensitet, der er nødvendig for at opfylde føderale retningslinjer. Dette design forenklede også placeringen af ​​de kredsløb, der var nødvendige for at drive lysdioderne, fordi de kunne anbringes i den vandrette skillevæg, der adskiller reflektorerne.

For at bestemme, hvor LED'erne skal placeres i reflektorerne, forskerne estimerede først den bedste placering af hver LED og brugte derefter en række tests og simuleringer til at finjustere den endelige position for hver LED baseret på dens tilsvarende belysningsmønster. "Andre forskere kan bruge den lineære ligning, vi udledte til at bestemme de omtrentlige positioner af LED'er til andre applikationer, "sagde Liang." Dette kan væsentligt forkorte den tid, der kræves for at bestemme LED-positionering, før finjustering af positionerne. "

Forskerne påpeger, at forlygter typisk bruger en komplet parabolsk reflektoroverflade. "Vi mener, at dette er det første design, der bruger en kombination af to semi-parabolske reflektoroverflader, "sagde Liang." Ved systematisk at analysere designet for at bestemme den bedste placering af lysdioderne i reflektoren, vi var i stand til at minimere elforbruget, samtidig med at vi opfyldte krav i forbindelse med trafiksikkerhed. "

Forskerne arbejder nu på at gøre deres design til et kommercielt produkt. Selvom det nye design udviser lavt strømforbrug, det genererer stadig noget spildvarme. Før designet kan kommercialiseres, skal forskerne udvikle og teste et varmeafledningssystem til den nye forlygte.