Ce sunt farurile cu surse LED?
Un modul LED este o componentă a unei surse de lumină şi este încorporat într-un dispozitiv de iluminare/semnalizare al unui vehicul.
Tehnologia LED este folosită cu succes de ceva în industria vehiculelor rutiere oferind noi oportunităţi în ceea ce priveşte design-ul, avantajele tehnologice şi consumul de energie. S-a început cu surse de lumină de culoare roşie şi galbenă pentru dispozitivele optice orientate spre spate şi lateral, recent fiind introdusă şi culoarea albă la partea din faţă pentru lanternele de poziţie şi farurile pentru circulaţia diurnă.
Introducerea tehnologiei LED în echiparea de serie a farurilor cu lumină de drum şi întâlnire este relativ la început de drum datorită impunerii reglementate a unor performanţe tehnice ridicate.
Mod de funcționare
LED-urile sunt bazate pe tehnologia semiconductorilor. Lumina este emisă direct din substratul semiconductor atunci când se aplică o tensiune electrică. Materialul semiconductor este format din două părţi, una încărcată pozitiv şi una negativ. Atunci când o tensiune este aplicată electronii se încarcă şi se deplasează între cele două părţi emiţând fotoni.
Culoarea depinde de golul de energie dintre banda de conducţie şi cea de valenţă a materialului care formează semiconductorul. Culoarea portocalie este generată direct cu ajutorul materialului numit fosfură de aluminiu indiu galiu (AlInGaP). Prin procesul de conversie a luminiscenţei, lumina generată şi percepută este de culoare albă.
Avantajele surselor LED
– o temperatură a luminii emise calitativ apropiată de lumina zilei;
– o durată de funcţionare ridicată (mai mare decât cea a întregului vehicul);
– un comportament mai bun la şocuri şi vibraţii, nu au părţi mobile sau fragile;
– un consum de energie semnificativ mai mic faţă de cele cu filament sau descărcare în gaz;
– performanţe ridicate prin ajungerea instantanee la caracteristicile de regim, fără variaţii de intensitate luminoasă, genereând fascicul de lumină concentrat;
– oportunități eficiente de utilizare a spațiului de instalare a dispozitivelor de iluminare;
– posibilităţi mai mari de diversificare a modului de personalizare al tipului de vehicul în strânsă legătură cu caracteristicile de stil ale mărcii.
Dezavantaje
– cost relativ ridicat, compensat, însă, de lipsa cheltuielilor de mentenanţă (fără înlocuiri de becuri sau limitatoare de curent – balast);
– sensibilitate la temperatură ridicată.
Implementarea tehnică în faruri
Pentru a realiza zonele de iluminare impuse sunt disponibile două soluţii tehnice convenționale, deja folosite la sursele cu filament și, de asemenea, la cele cu descărcare în gaz. Lumina LED este fie redirecționată prin reflector, pentru a realiza modelul de lumină impus pe drum, fie este transmisă prin sisteme compacte ce folosesc lentile optice.
Datorită dimensiunilor mici LED-urile au oferit, pentru prima dată, posibilitatea combinării celor două sisteme.
Temperatura
Spre deosebire de sistemele Halogen sau Xenon, LED-urile emit lumină „rece”, adică nu se produce radiaţie semnificativă în infraroșu. Datorită eficienței ridicate 20% din energia de intrare este transformată în lumină vizibilă (pentru comparație, un bec cu incandescenţă transformă doar 5%), restul energiei generând căldură în interiorul cipului semiconductor. Fluxul luminos, culoarea și tensiunea de alimentare sunt dependente de temperatură, iar dacă temperatura permisă este depășită, durata de viață a LED-ului va fi grav afectată sau, în cel mai rău caz, va fi distrus.
Pentru a proteja cea mai fierbinte piesă, cipul, au fost dezvoltate elemente de răcire cu dirijarea fluxului de aer, iar aerul cald rezultat este folosit simultan pentru degivrarea și decondensarea dispozitivelor.
Reducerea consumului de energie
Utilizarea tehnologiei LED contribuie semnificativ la micşorarea emisiilor de CO2 și la reducerea consumului de combustibil.
Acest aspect capătă o importanță mai mare mai ales prin introducerea obligatorie a farurilor pentru circulaţie diurnă la noile tipuri de vehicule (Day Running Lamps – DRL). Un sistem DRL cu LED-uri are nevoie de 14 W de energie, în timp ce realizarea funcţiei DRL prin far convenţional consumă aproximativ 40-50 W.
Reglementările
Construcţia, instalarea şi omologarea surselor de lumină cu LED şi a farurilor în care sunt instalate este reglementată la nivel internaţional prin Regulamentele Comisiei Economice pentru Europa a Organizaţiei Naţiunilor Unite numerele 112 – Faruri cu fascicul asimetric, 113 – Faruri cu fascicul simetric, 123 – Sisteme de iluminare adaptive şi 128 – Surse luminoase LED. Pentru omologare sursele LED sunt supuse încercărilor ce vizează poziţia şi dimensiunile zonei de emisie luminoasă aparente, fluxul luminos, distribuţia intensităţii luminoase normalizate şi distribuţia fluxului luminos cumulat, culoarea şi radiaţia ultravioletă. Condiţiile de instalare şi funcţionare pe vehicule sunt precizate în Regulamentul Comisiei Economice pentru Europa a Organizaţiei Naţiunilor Unite, numărul 48.
Instalarea pe vehicule
La momentul actual cerinţele oficiale de instalare a farurilor cu surse LED impun asocierea acestora cu sisteme automate de reglaj al înclinării fasciculului în funcţie de încărcarea vehiculului, indiferent de intensitatea fluxului luminos emis. În Tabelul 1 sunt prezentate, comparativ, cerinţele de echipare cu sisteme de reglaj al fasciculului şi sistemelor de curăţare, în funcţie de tipul sursei luminoase.
Tendinţele
Implementarea tehnologiei LED în farurile cu lumină de drum şi întâlnire pentru producţia de serie mare este încă în faza de început. Domenii viitoare de activitate se regăsesc în special în punerea în aplicare a sistemelor de iluminare adaptivă și în optimizarea în continuare a consumului de energie.
Studii practice efectuate pe diferite tipuri de vehicule echipate cu faruri cu diferite tipuri de surse luminoase au demonstrat că efectul de orbire nu are legătură cu tipul de sursă, cerinţele legislative actuale fiind restrictive. Modificarea reglementărilor prin acceptarea sistemelor manuale de reglaj al înclinării fasciculului în funcţie de încărcarea vehiculului (pentru surse LED cu intensitate luminoasă mai mică de 2.000 lumeni) ar avea un impact considerabil asupra optimizării consumului de energie. O astfel de modificare legislativă ar permite soluţii tehnice mai ieftineşi, implicit, echiparea unui număr mai mare de vehicule cu astfel de sisteme. Se estimează că o asemenea modificare ar duce la existenţa în Europa anului 2020 a unui număr de vehicule cuprins între 2,6 şi 5,2 milioane (graficul de mai jos), cu impact direct asupra emisiei de CO2.
Reducerea emisiilor de CO2 prezentată în graficul de mai jos a fost calculată plecând de la ipoteza unui rulaj mediu de 15.000 km/an/vehicul și o reducere a CO2 de 1 g/km pentru vehicule echipate cu faruri LED.
Referinţe
– Curs Fizica Semiconductorilor – Universitatea Tehnică din Cluj;
– www.al-lighting.com;
– Document informal WP.29-166-23 prezentat de reprezentantul Franţei la sesiunea 166 a WP29; – Forumul mondial CEE-ONU pentru armonizarea reglementărilor privind vehiculele rutiere.
Alin ROȘCA
Departament Omologări de Tip, RAR
