Установка автономного вуличного освітлення

Корисна модель відноситься до світлотехніки і може бути використана в будь-яких освітлювальних приладах з лампами розжарювання, перш за все в авіономних електроосвітлювальних установках. Відома автономна система електроосвітлення в зонах децентралізованого енергопостачання, яка містить автономне джерело електричної енергії, акумуляторну батарею, освітлювальну лампу, датчик освітленості, блок управління системою освітлення і телескопічну опору-стійку, в якій автономне джерело електричної енергії виконане у вигляді вихрової вітроенергетичної установки з використанням як низькопотенціальної горизонтальної енергії вітру, так і енергії теплових висхідних потоків повітря, встановлений у верхній частині телескопічної опористійки, виготовленої з прозорої пластмаси, кожен елемент якої по всій довжині зачорнений на половину її діаметру, а в її підставці і у верхній частині виконані осесиметричні отвори, причому він електрично сполучений з блоком управління системою освітлення, яка містить датчик освітленості і керує використанням електричної енергії залежно від рівня природного освітлення [патент РФ №2157947, F21S8/10, F21S9/00, F21K7/00, 2000]. Недоліком автономної системи освітлення є наявність додаткової вітроенергетичної установки, яка перетворює енергію стохастичних повітряних потоків в електричну енергію, що значно ускладнює систему управління освітленням внаслідок використання декількох джерел енергії, збільшує вартість виробництва і істотно знижує показники системи освітлення. Відома система керування вуличним освітленням з живленням від сонячних батарей, яка містить сонячні модулі, акумуляторну батарею, освітлювальну лампу, датчики освітленості, шуму і руху, а також цифрову логічну систему. Система забезпечує управління використанням енергії, що виробляється, встановлюючи рівень освітлення, який узгоджується з природним сонячним зовнішнім освітленням. Датчики шуму, освітленості і руху дозволяють системі визначити ступінь використання тієї зони, яка повинна бути освітлена лампою. Логічна система обробляє дані датчиків і виробляє інформацію про те, в який час і наскільки інтенсивна освітленість повинна забезпечуватися в освітлюваній зоні [патент США №9620369, F21S9/03, Н05В37/02, F21S9/00, 1996]. Вказана система керування вуличним освітлення достатньо складна, має високу вартість при виробництві, крім того, працездатність цієї системи безпосередньо залежить від геліоенергетичного потенціалу регіону її використання, що обмежує сферу практичного застосування системи керування вуличним освітленням. Відома установка автономного вуличного освітлення (прототип) з живленням від сонячних батарей, яка містить сонячні панелі, що сприймають сонячну енергію, акумулятор електричної енергії і світильник. Така система освітлення накопичує електричну енергію та здійснює освітлення на підставі балансу добового циклу сонячної радіації [патент США №5367442, F21S9/03. H05B37/02, 1994]. Основний недолік такої установки - залежність працездатності від геліоенергетичного потенціалу регіону її використання, насамперед обмежена область використання в регіонах з малим добовим приходом сонячної радіації (0-2кВт-г/м2), особливо в зимовий час, оскільки для забезпечення добового циклу роботи освітлювальної лампи потужністю прпиаймі 90Вт для регіонів з приходом добової радіації 2-4кВт-г/м2 погрібно 3 сонячних модуля сумарною піковою потужністю 90Вт. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення установки автономного вуличного освітлення за допомогою використання автономного джерела енергії у вигляді рефлектора оптичної системи світильника, поверхня якого містить сполучені з акумулятором електричної енергії сонячні панелі, які сприймають інфрачервоне випромінювання лампи розжарювання, що дозволяє утилізувати 35-65% не використовуваного для освітлення невидимого інфрачервоного випромінювання світильника. Поставлена задача вирішується тим, що в установці автономного вуличного освітлення, що містить з'єднані з акумулятором електричної енергії сонячні панелі і світильник, останній забезпечений оптичною системою, яка містить контррефлектор та рефлектор з прозорого матеріалу, а сонячні панелі розміщені на внутрішній поверхні рефлектора. Використання рефлектора дозволяє збільшити рівень освітлення в результаті концентрації енергії світильника. Використання контррефлектора дозволяє збільшити частину випромінювання світильника, що падає на рефлектор. Використання рефлектора, виготовленого з прозорого матеріалу, забезпечує в денні години перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну енергію та її акумулювання при незмінній просторовій орієнтації освітлювальної установки. Використання рефлектора, в якому сонячні панелі розміщені на внутрішній поверхні рефлектора, забезпечує перетворення в електричну енергію з наступним використання частини інфрачервоного випромінювання та віддзеркалення видимого випромінювання освітлювальної лампи світильника. Будова установки автономного вуличного освітлення представлена на Фіг.1, спектральні енергетичні характеристики, які пояснюють фізичні принципи роботи установки, - на Фіг.2. Установка автономного вуличного освітлення містить світильник 1, наприклад, лампу розжарювання, оптичну систему, яка складається з рефлектора 2 та контррефлектора 3. Рефлектор 2 є також автономним джерелом живлення, яке містить з'єднані з акумулятором електричної енергії 4 сонячні панелі 5. Акумулятор електричної енергії 4 за допомогою системи керування 6 з'єднаний з світильником 1. Сонячне випромінювання 7 сприймається сонячними панелями в денні години, а інфрачервоне випромінювання 8 - при роботі установки автономного вуличного освітлення. Працює установка автономного вуличного освітлення таким чином. Падаюче на зовнішню поверхню рефлектора у денні години сонячне випромінювання 7 має на рівні моря енергетичний максимум на довжині хвилі l=0,5мкм (Фіг.2, графік 1) та перетворюється в електричну енергію сонячними панелями 5 і накопичується в акумуляторі електричної енергії 4. При зменшенні рівня сонячної енергії або за власним чи центральним таймером система керування 6 вмикає світильник 1, забезпечуючи вуличне освітлення. Поширені лампи розжарювання з вольфрамовою спіраллю (вакуумні, газонагювнені або галогенові) допускають розігрівання спіралі до температури 2800-3000К. При такій температурі спектральний розподіл енергії мас максим} м на хвилі довжиною l=0,9-1мкм, проте частка енергії у видимій області спектру 0,4-0,7мкм не перевищує 6-10%, отже, 90% енергії лампи розжарювання світильника 1 випромінюється в інфрачервоній області з ефективною довжиною хвилі 0,9-1мкм (Фіг.2, графік 2). Поширені комерційно доцільні кремнієві або арсенідгалієві сонячні панелі мають коефіцієнт перетворення сонячної енергії 15-35%, проте їхні спектральні енергетичні характеристики мають максимум для випромінювання з довжиною хвилі l=0,85-0,9мкм, що найкращим чином співпадає зі спектральною енергетичною характеристикою лампи розжарювання світильника 1. Виготовлені за сучасною технологією сонячні панелі представляють систему фотоперетворювачів одиничною площею 0,5-1мм2, з'єднаних металевими, наприклад, алюмінієвими струмоводами, виготовленими переважно методом вакуумного напилювання. Падаюче на зовнішню поверхню рефлектора сонячне випромінювання 7 поглинається фотоперетворювачами сонячних панелей 5, які перетворюють 15-35% енергії випромінювання в електричний струм, їло накопичується в акумуляторі електричної енергії 4. Падаюче на внутрішню поверхню рефлектора 2 випромінювання 8 лампи розжарювання світильника віддзеркалюється з коефіцієнтом віддзеркалення 95-98% від металевих струмоводів у видимій області спектру з довжиною хвилі l=0,4-0,7мкм, а випромінювання інфрачервоної області спектру з ефективною довжиною хвилі l=0,85-0,9мкм поглинається фотоперетворювачами сонячних панелей 5 (Фіг.2, графік 3) та перетворюється в електричну енергію з коефіцієнтом перетворення 3565% і повертається в акумулятор електричної енергії 4. Контррефлектор 3 збільшує частку випромінювання світильника, що потрапляє на внутрішню поверхню рефлектора 2 при роботі установки вуличного освітлення. Таким чином, пропонована установка автономного вуличного освітлення дозволяє утилізувати з коефіцієнтом перетворення 35-65% в електричну енергію до 90% не використовуваного для освітлення невидимого інфрачервоного випромінювання лампи розжарювання світильника, що істотно покращує енергетичний баланс і загальні енергоекономічні показники установки вуличного освітлення.