Des scientifiques conçoivent un appareil «  intelligent  » pour récolter la lumière du jour

Des scientifiques de NTU Singapore conçoivent un appareil `` intelligent '' pour récolter la lumière du jour

Les chercheurs derrière le dispositif «  intelligent  » pour récolter la lumière du jour sont le professeur adjoint Yoo Seongwoo (à gauche) de la School of Electrical and Electronics Engineering et le Dr Charu Goel (à droite), chercheur principal au NTU’s The Photonics Institute.Crédit: NTU Singapore

Une équipe de chercheurs de l’Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour) a conçu un appareil «intelligent» pour récolter la lumière du jour et la relayer vers les espaces souterrains, réduisant ainsi le besoin d’utiliser des sources d’énergie traditionnelles pour l’éclairage.

À Singapour, les autorités examinent la possibilité de creuser plus profondément sous terre pour créer de nouveaux espaces pour les infrastructures, le stockage et les services publics. La demande d’éclairage souterrain 24 heures sur 24 devrait donc augmenter à l’avenir.

Pour développer un dispositif de récolte de la lumière du jour capable de répondre durablement à ce besoin, l’équipe NTU s’est inspirée de la loupe, qui peut être utilisée pour concentrer la lumière du soleil en un seul point.

Ils utilisaient une bille acrylique standard, une seule fibre optique en plastique – un type de câble qui transporte un faisceau de lumière d’un bout à l’autre – et des moteurs assistés par puce informatique.

L’appareil se trouve au-dessus du sol et, tout comme la lentille d’une loupe, la boule acrylique agit comme le concentrateur solaire, permettant aux rayons parallèles de la lumière du soleil de former un foyer net sur son côté opposé. La lumière du soleil focalisée est ensuite collectée dans une extrémité d’un câble à fibre et transportée le long de celui-ci jusqu’à l’extrémité qui est déployée sous terre. La lumière est alors émise directement via l’extrémité du câble en fibre.

Dans le même temps, de petits moteurs, assistés par des puces informatiques, ajustent automatiquement la position de l’extrémité de collecte de la fibre, pour optimiser la quantité de lumière solaire qui peut être reçue et transportée lorsque le soleil se déplace dans le ciel.

Développée par le professeur adjoint Yoo Seongwoo de l’École de génie électrique et électronique et le Dr Charu Goel, chercheur principal au NTU’s The Photonics Institute, l’innovation a été rapportée dans la revue scientifique à comité de lecture Énergie solaire au début de ce mois.

L’appareil surmonte plusieurs limitations de la technologie actuelle de récolte solaire. Dans les concentrateurs solaires conventionnels, de grands miroirs incurvés sont déplacés par des moteurs robustes pour aligner la parabole du miroir sur le soleil. Les composants de ces systèmes sont également exposés à des facteurs environnementaux tels que l’humidité, ce qui augmente les besoins d’entretien.

Des scientifiques de NTU Singapore conçoivent un appareil `` intelligent '' pour récolter la lumière du jour

La bille acrylique (à droite) de l’appareil agit comme un concentrateur solaire, permettant à la lumière du soleil de former une mise au point nette. La lumière du soleil focalisée est ensuite collectée dans une extrémité d’un câble à fibre optique (à gauche) et émise directement via une autre extrémité. Crédit: NTU Singapore

Le dispositif NTU, cependant, est conçu pour utiliser la forme ronde de la boule acrylique, débarrassant le système des moteurs lourds pour s’aligner avec le soleil et le rendant compact.

Le prototype conçu par les chercheurs pèse 10 kg et a une hauteur totale de 50 cm. Pour protéger la boule acrylique des conditions environnementales (lumière ultraviolette, poussière, etc.), les chercheurs ont également construit un couvercle transparent en forme de dôme de 3 mm d’épaisseur en polycarbonate.

Appareil suffisamment compact pour être monté comme lampadaire

Selon le professeur Yoo, auteur principal de l’étude, «Notre innovation comprend des matériaux disponibles dans le commerce, ce qui le rend potentiellement très facile à fabriquer à grande échelle. En raison des contraintes d’espace dans les villes densément peuplées, nous avons intentionnellement conçu la collecte de la lumière du jour. Le système doit être léger et compact. Cela faciliterait l’intégration de notre appareil dans l’infrastructure existante en milieu urbain. »

L’équipe NTU estime que l’appareil est parfaitement adapté pour être monté comme un lampadaire conventionnel au-dessus du sol. Cela permettrait à l’innovation d’être utilisée de deux manières: un dispositif pour récolter la lumière du soleil le jour pour éclairer les espaces souterrains, et un réverbère pour éclairer au-dessus du sol la nuit en utilisant l’électricité.

Les recherches menées par les scientifiques de NTU sont un exemple de la vision Smart Campus de NTU qui vise à développer des solutions technologiquement avancées pour un avenir durable.

Positionnement automatique «  intelligent  » pour récolter un maximum de lumière du soleil

Au fur et à mesure que le soleil se déplace dans le ciel tout au long de la journée, la position de la lumière du soleil focalisée à l’intérieur de la boule acrylique va également. Pour s’assurer que la lumière solaire maximale est collectée et transportée le long du câble en fibre tout au long de la journée, le système utilise un mécanisme basé sur une puce informatique pour suivre les rayons du soleil.







Idée brillante: la lumière du jour peut désormais être amenée sous terre, grâce aux scientifiques de NTU Singapore qui ont construit un appareil «intelligent» pour récolter la lumière du jour afin d’éclairer les espaces souterrains. Comme une loupe, le dispositif en forme de boule de cristal concentre la lumière du soleil en un point où elle est collectée à l’extrémité d’un câble en fibre puis transportée à l’autre extrémité qui est déployée sous terre où la lumière est émise. Cela réduit la nécessité d’utiliser les sources d’énergie traditionnelles pour l’éclairage. Crédit: NTU Singapore

Les coordonnées GPS (Global Positioning System) de l’emplacement de l’appareil sont préchargées dans le système, ce qui lui permet de déterminer l’endroit où la lumière maximale du soleil doit être focalisée à un moment donné. Deux petits moteurs sont ensuite utilisés pour ajuster automatiquement la position de la fibre pour capter et transporter la lumière du soleil depuis le point focalisé à des intervalles d’une minute.

Pour garantir la capacité de positionnement automatique de l’appareil, des paires de capteurs qui mesurent la luminosité de la lumière sont également placées autour de l’extrémité de collecte de la lumière du soleil du câble à fibre. Chaque fois que les capteurs détectent des incohérences dans les mesures de lumière, les petits moteurs s’activent automatiquement pour ajuster la position du câble jusqu’à ce que les valeurs sur les capteurs soient les mêmes. Cela indique que la fibre capte le maximum de lumière solaire possible.

Par temps de pluie ou de ciel couvert lorsque la lumière du soleil est insuffisante pour être collectée et transportée sous terre, une ampoule LED alimentée par l’électricité installée juste à côté de l’extrémité émettrice du câble en fibre s’allume automatiquement. Cela garantit que l’appareil peut éclairer les espaces souterrains tout au long de la journée sans interruption.

Fonctionne mieux que les ampoules LED

Lors d’expériences dans une réserve noire (pour simuler un environnement souterrain), les chercheurs du NTU ont découvert que l’efficacité lumineuse de l’appareil – la mesure de la qualité de la lumière visible par une source lumineuse en utilisant 1 Watt d’énergie électrique – était de 230 lumens / Watt. .

Cela dépasse de loin ceux enregistrés par les ampoules LED disponibles dans le commerce, qui ont une sortie typique de 90 lumens / Watt. La qualité du flux lumineux de l’appareil intelligent NTU est également comparable aux systèmes de collecte de la lumière du jour actuellement disponibles dans le commerce, qui sont beaucoup plus coûteux.

Le Dr Charu, qui est le premier auteur de l’étude, a déclaré: «L’efficacité lumineuse de notre appareil à faible coût prouve qu’il est bien adapté aux applications d’éclairage de bas niveau, comme les parkings, les ascenseurs et les allées souterraines dans des zones denses. Il est également facilement évolutif. Étant donné que la capacité de capture de la lumière de la lentille sphérique est proportionnelle à sa taille, nous pouvons personnaliser l’appareil à la puissance optique de sortie souhaitée en le remplaçant par une boule plus ou moins grande. « 

Michael Chia, directeur général de Technolite, une agence spécialisée dans le design basée à Singapour et spécialisée dans l’éclairage, et le collaborateur industriel de l’étude de recherche, a déclaré: «C’est notre privilège et notre honneur de faire ce voyage d’innovation avec NTU. la connaissance des applications, le savoir-faire approfondi de NTU d’un point de vue technique a porté l’exécution du projet à un niveau supérieur au-delà de nos attentes. « 

À l’avenir, la société d’éclairage explore des moyens d’intégrer potentiellement l’appareil intelligent ou ses concepts associés dans ses projets industriels pour améliorer l’efficacité et la durabilité.


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Plus d’information:
Charu Goel et al, système hybride de récolte de lumière du jour utilisant un concentrateur de lentille à boule statique et une fibre optique mobile, Énergie solaire (2021). DOI: 10.1016 / j.solener.2020.12.071

Fourni par l’Université technologique de Nanyang

Citation: Des scientifiques conçoivent un appareil «  intelligent  » pour récolter la lumière du jour (2021, 31 mars) récupéré le 14 avril 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-03-scientists-smart-device-harvest-daylight.html

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