Уличные фонари освещают ночное время, освещая дороги и тротуары по всему миру, но эти вездесущие элементы городской среды общеизвестно неэффективны и являются основными источниками светового загрязнения, которое смывает ночное небо. Недавние инновации в области светоизлучающих диодов (LED) повысили энергоэффективность уличных фонарей, но до сих пор их свечение по-прежнему расточительно излучалось за пределы предназначенной площади. Группа исследователей из Тайваня и Мексики разработала новую конструкцию системы освещения, в которой используются высокоэффективные светодиоды, гарантирующие, что они светят только там, где они необходимы, избавляя окружающие дома и вечернее небо от нежелательного освещения.
Сегодня команда сообщила о своих выводах в журнале открытого доступа Optics Express Оптического общества (OSA).
Уникальной особенностью новой светодиодной системы является ее адаптируемость к различным схемам уличных фонарей, «ко всем видам улиц и дорог, обеспечивающим равномерное освещение с высокой энергоэффективностью», - говорит соавтор Чинг-Чернг Сан из Национальный центральный университет Тайваня. Например, некоторые современные фонари, расположенные вдоль проезжей части или пригородного тротуара, наклоняются к середине дороги, освещая улицу сверху. Но чаще фонари размещают на одной стороне улицы или чередуют «зигзагом» с одной стороны на другую - такое расположение может быть более эффективным для дорог с интенсивным движением. По словам Сан, новый дизайн обеспечивает гибкость, которую можно использовать для различных требований к освещению, сохраняя при этом высокую эффективность.
Предлагаемая лампа основана на новой трехкомпонентной осветительной арматуре. Первая часть содержит группу светодиодов, каждый из которых оснащен специальной линзой, называемой линзой полного внутреннего отражения (ПВО), которая фокусирует свет таким образом, чтобы лучи были параллельны друг другу, а не пересекались - процесс, называемый коллимацией. Эти покрытые линзами светодиоды установлены внутри отражающей полости, которая «рециркулирует» свет и обеспечивает максимально возможное его использование для освещения цели. Наконец, когда свет покидает лампу, он проходит через рассеиватель или фильтр, который подавляет нежелательные блики. Комбинация коллимации и фильтрации также позволяет исследователям контролировать форму луча: нынешняя конструкция дает прямоугольный световой рисунок, идеально подходящий для уличного освещения, говорят исследователи.
Команда проверила эффективность своей конструкции, проанализировав, насколько мало будет распространяться луч, попадая в цель - дорогу или тротуар на расстоянии 10 или более метров от источника света. Они количественно оценили производительность лампы, используя так называемый оптический коэффициент использования (OUF), число, которое описывает соотношение между скоростью потока света на цель и скоростью потока света, выходящего непосредственно из светодиодов. Более высокий OUF указывает на лучшую производительность. Моделирование показывает, что новый дизайн достигает OUF от 51 до 81 процента, что значительно превосходит недавний «отличный» дизайн, который достиг 45 процентов. Кроме того, предлагаемый уличный фонарь отвечает высоким требованиям по мощности и яркости. И световое загрязнение тоже значительно снижается: у обычных уличных фонарей до пятой части их полной энергии направлено горизонтально или вверх в небо. Лучшие светодиодные уличные фонари уменьшают это до десятой части их общей энергии. В новой модели всего 2 процента общей энергии лампы будут способствовать световому загрязнению.
В дополнение к сокращению светового загрязнения и бликов новая модель также может экономить энергию. «Общее светодиодное уличное освещение может снизить энергопотребление на 40-60 процентов», - говорит Сан; повышенная эффективность предлагаемой конструкции, вероятно, позволит сэкономить дополнительно от 10 до 50 процентов. Кроме того, добавляет он, модуль будет прост в изготовлении, поскольку он состоит всего из четырех частей, включая тип светодиодной лампы, обычно используемой в светотехнической промышленности.
Команда Sun планирует завершить прототип своей конструкции в течение следующих 3-6 месяцев и приступить к практической установке нового уличного фонаря уже в следующем году.