Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование автономной системы дорожного освещения



Содержание

Введение

1. Устройство и принцип работы автономных энергосистем

1.1 Общая концепция энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии

1.2 Устройство автономных систем энергоснабжения

1.3 Преимущества и недостатки солнечных батарей

1.3.1 Преимущества и недостатки

2. Анализ климатических условий для применения установки с использованием альтернативных источников

2.1 Традиционные системы управления уличным освещением

2.2 Современные автоматические системы управления уличным освещением

3. Подбор автономной энергоустановки и необходимого оборудования

3.1 Технические характеристики элементов

3.2 Схема освещения

3.3 Подбор оборудования

3.3.1 Светодиодные светильники

3.3.1.1 Сравнение ламповых и светодиодных светильников

3.3.1.2 Светодиодный уличный светильник SVETECO-96/13248/160/Ш

3.3.1.3 Уличный светильник ТЭС 85

3.3.1.4 Уличный светильник Уфа AD-70-120-SL-II-B

3.3.2 Солнечные батареи

3.3.2.1 Модуль ТСМ-170

3.3.2.2 ФЭ модуль Naps 200 Вт NP200GK

3.3.3 Аккумуляторные батареи

3.3.3.1 Аккумуляторные батареи английской фирмы HAZE

3.3.3.2 Аккумулятор RA12-100DG

4. Расчет мощности солнечной батареи

5. Срок эксплуатации элементов установки

Заключение

Список использованных источников



Введение

В наше время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже через каких-нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств.

Всё это заставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. И одним из наиболее перспективных направлений является получение солнечной энергии. И это вполне естественно. Ведь именно Солнце даёт жизнь нашей планете и обеспечивает нас теплом и светом. Солнце обогревает все уголки Земли, управляет реками и ветром. Его лучи выращивают не менее одного квадриллиона тонн всевозможных растений, которые, в свою очередь, являются пищей для животных.

Таким образом, мы уже используем солнечную энергию в своих нуждах и все традиционные источники энергии (нефть, уголь, торф) появились на земном шаре благодаря Солнцу.

Человек с самых древних времён учился пользоваться дарами Солнца. Даже простой костёр, который согревал наших предков тысячи лет назад и продолжает это делать теперь, является по сути дела использованием солнечной энергии, которую накопила древесина. Но Солнце способно удовлетворять и более масштабные потребности человека. По подсчётам учёных, человечество нуждается в десяти миллиардах тонн топлива. Если высчитать количество таких условных тонн, которые предоставляются Солнцем в течение года, мы получим фантастическую сумму - около ста триллионов тонн. Таким образом, люди получают количество энергии, превышающее необходимые ресурсы в десять раз. Нужно только взять это энергетическое богатство. Вот этот вопрос и является крайне актуальным для науки.

Возобновляемые источники энергии важны не только с точки зрения диверсификации технологической базы электрогенерации. Сегодня мировое сообщество испытывает серьезную озабоченность по поводу глобального изменения климата.

Как показало исследование, проведенное компанией ExxonMobile, мировые энергетические потребности ежегодно возрастают на 1.3% и к 2030 г. увеличатся на 40% по сравнению с 2005 г. 40% этого роста придется на энергогенерируюший сектор. Соответственно, выбросы углекислого газа (CO2), связанные с сектором энергетики, тоже возрастут.

Важным преимуществом систем солнечной фотоэнергетики является отсутствие выбросов углекислого газа в процессе работы систем. Хотя непрямые выбросы присутствуют на других стадиях жизненного цикла системы, фотоэлектрические технологии генерируют гораздо меньше выбросов на ГВт вырабатываемой энергии на протяжении всего жизненного цикла, чем технологии, использующие традиционные виды топлива. Как минимум 89% выбросов, связанных с производством энергии, можно было бы предотвратить, заменив традиционные источники энергии фотоэлектрическими. Результатом многолетней работы стало такое устройство как солнечная батарея.

В данной работе в качестве примера будет рассмотрен сборный комплект установки для дорожного освещения с солнечной батареей в качестве источника энергии.

Целью данной работы является разработка энергоэффективной системы дорожного освещения за счет использования альтернативных источников энергии для набережной города Барнаул. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

· рассмотреть технические характеристики основных типов генераторов;

· проанализировать перспективы использования;

· провести расчет нагрузок;

· подобрать оборудование.



1. Устройство и принцип работы автономных энергосистем

1.1 Общая концепция энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии

Автономные энергоустановки предназначены для снабжения различными видами энергии (электричеством, теплом, холодом) непосредственно потребителей (отдельных зданий или небольшой группы зданий). Автономные энергетические установки, использующие ВИЭ, имеют ряд особенностей, отличающие их от традиционных стационарных систем электроснабжения, реализуемых стандартными методами.

Основной состав автономной энергоустановки на основе ВИЭ представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Состав автономной энергоустановки на основе ВИЭ

Идея автономной энергоустановки упрощенно состоит в следующем. С целью обеспечения высокой эффективности системы вырабатываемая энергия, должна напрямую направляться потребителю (путь 1). В периоды генерации избыточной для потребителя энергии она должна запасаться системой аккумулирования (путь 2). При дефиците энергии, вырабатываемой первичным источником, аккумулированная энергия от вторичных источников должна направляться потребителю, покрывая имеющийся дефицит (путь 3).

Первичными источникамиавтономной энергоустановки являются возобновляемые источники: мини-гидроэлектростанция (мини-ГЭС), ветроэнергоустановка(ВЭУ), фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) и другие. Выработка энергии ВИЭ сильно зависит от климатических условий эксплуатации, а основные технические показатели электрической или тепловой энергии, генерируемой первичными ВИЭ, такие, как род тока, частота и значение выходного напряжения, различны. Кроме того, режим выработки энергии ВИЭ, как правило, существенно не совпадает с графиками потребления энергии, который, в общем случае, нуждается в электроэнергии, в тепловой энергии, а в ряде случаев, и в холоде.

Таким образом, эффективная работа и энергобаланс автономной энергоустановки определяется соотношением изменения энергетического баланса ВИЭ и графика электрической нагрузки системы у потребителя.

В процессе согласования работы автономной энергоустановки на основе ВИЭ и потребителя необходимо решать следующие задачи .

1) Максимальное использования возобновляемых энергоресурсов.

2) Распределение вырабатываемой и потребляемой энергии, что требует, как правило, включение в энергосистему аккумуляторных батарей.

3) Регулирование параметрами генерируемой энергии.

Для решения данных задач применяются следующие схемные решения автономных энергоустановок (рисунок 2).

Первая система (рисунок 2а) - система со сбросом энергии. Этот способ согласования мощностей ВИЭ и потребителей является наиболее простым. В данной системе используется только часть потенциала ВИЭ для энергообеспечения текущего значения нагрузки потребителя. Такие системы применяются в следующих энергоустановках: мини-ГЭС, ветроэнергоустановок с изменяемым шагом ветротурбин, в системах солнечного обогрева с управляемыми заслонками и др.

Рисунок 2. Схемы согласования ВИЭ с потребителями: а) сброс энергии; б) накопителем энергии; в) регулирование нагрузкой 1 - ВИЭ; 2 - преобразователь энергии; 3 - потребитель; 4 - сброс в окружающую среду; 5 - накопитель; 6 - регулятор

Вторая система (рисунок 2б) - система с накопителями энергии. В данной системе излишки энергии, генерируемой ВИЭ, в сравнении с потребностями потребителя, аккумулируются и могут питать систему при недостатке потенциала ВИЭ. Данные системы позволяют наиболее эффективно использовать ВИЭ и применяются практически во всех автономных энергоустановках на основе ВИЭ.

Третья система (рисунок 2в) - система с регулированием нагрузки. В данных системах осуществляется регулирование режимом первичного преобразователя энергии, в ряде случаев параметрами выходного напряжения, а также текущей мощностью нагрузки. С помощью автобалластных систем происходит регулирование. Данная система обеспечивает наиболее полное использование первичных ВИЭ.

Также только автоматические системы управления позволяют при преобразовании первичной энергии ВИЭ, аккумулирования, преобразования и вторичной генерации энергии наиболее полно и эффективно удовлетворить нужды потребителя.

Таким образом, автономная эффективная энергоустановка на основе ВИЭ должна включать автоматическую систему управления, которая позволит, с одной стороны регулировать режим работы установки с учетом климатических условий эксплуатации и характеристик используемого оборудования, с другой стороны согласовывать режимы выработки с энергии с учетом переменных графиковее потребления.

1.2 Устройство автономных систем энергоснабжения

Автономные системы энергоснабжения устроены таким образом, что в условиях солнечной и пасмурной погоды, энергия аккумулируется в аккумуляторных батареях, освещение включается автоматически в темное время суток. Заряд аккумуляторных батарей позволяет работать более 4 суток в условии пасмурной погоды. В комплект устройства входит система программирования, которая позволяет настраивать сеть освещения самым различным способом. Более десяти вариантов позволяют настроить автономную систему освещения для целей, которые требуются на конкретном объекте[2].

Наружное освещение необходимо не только в городе, где энергетическая инфраструктура хорошо развита, но и там, где до ближайшего подключения к центральной энергосети необходимо тянуться многие километры. К примеру, средняя стоимость 1 километра линии электропередач для нужд освещения в среднем обходится в 300 тысяч рублей.

В освещении нуждаются не только улицы, но и удаленные парковки, стоянки сельскохозяйственных машин, проблемные участки автотрасс, территории рекреационного назначения (парки, пляжи) и многое другое.

В населенных пунктах подключение к электросети простого фонарного столба технически менее сложная задача, но сопряжена с необходимостью получения согласовательной документации -- процессом непростым и длительным.

Оптимальным решением для организации уличного освещения зачастую является использование автономных светильников. Их установка не требует ни подключения к электросети, ни оформления разрешений.

Так же необходимо учитывать климатические условия данного региона.

1.3 Преимущества и недостатки солнечных батарей

1.3.1 Преимущества и недостатки

Таблица 1-Преимущества солнечных батарей

Преимущества	Недостатки
1) Простота конструкции и отсутствие подвижных деталей. 2) Способность работать на внутренних ресурсах. 3) Небольшой вес, простой монтаж и минимальные требования к обслуживанию во время эксплуатации. 4) Долгий строк службы 5) Экологичность. 6) Экономия финансовых средств.	1) Невысокий КПД. Требуются определённые частоты излучения. 2) Малая устойчивость к загрязнениям к загрязнениям. 3) Снижение эффективности при исчерпании лимита службы. 4) Зависимость от погодных условий и количестве солнечных дней. 5) Чувствительность к очень высокой температуре.



2. Анализ климатических условий для применения установки с использованием альтернативных источников

В основном по большей части территории Сибири распространён континентальный климат. К исключению относятся территории, находящиеся на побережье Тихого океана. В большей части года во многих районах Сибири имеется существенный недостаток тепла. Поэтому в основном население Сибири располагается в ее южной части. Ниже в графиках приводится статистик по климату города Барнаула.

Характеристики данного климата выражаются холодной и затяжной зимой, и коротким, и часто жарким летом. Температура зимой в максимальной отметке может опускается до - 40 ^оС, а летом может достигать + 40 ^оС.

Часто встречающиеся максимальные температуры длятся от нескольких дней до двух-трех недель и обеспечивают перепад до 80 ^оС между летом и зимой. Такие колебания температуры в течение года предъявляет особые требования к строительным материалам, конструкциям и системам жизнеобеспечения зданий[3].

В Сибирском климате необходимы соответствующие инженерные и технические решения, чтобы обеспечить их долговечность, экономию энергии, комфортные условия и доступностьюцен.

Возможность установки светильника с питанием от солнечной батареи зависит от следующих факторов: уровня солнечной радиации и продолжительности освещения в ночное время.

Уровень солнечной радиации частично связан с географической широтой, однако, он определяется и климатическими условиями. Наконец, продолжительность освещения в ночное время напрямую связана с географической широтой[4].



Рисунок 3. Поступление солнечной радиации по территории России (оптимально ориентированная неподвижная поверхность южной ориентации)

Рисунок 4. Карта солнечного излучения России



Рисунок 5. Средняя температура воздуха днем и ночью по месяцам

Несмотря на то, что в Алтайском крае холодный климат, всё же в регионе присутствует достаточное количество солнечных дней. Продолжительность солнечного излучения составляет одну четвертую части года. Этот фактор является благоприятным для использования солнца в качестве альтернативного источника электроэнергии. На рисунке 8показаны данные по распределению солнечного излучения по месяцам[6].

Рисунок 6. Среднесуточное количество солнечных часов в городе Барнаул

Так же важным параметром является количество распределённой солнечной энергии на 1 м. кв. Эти данные приведены в таблице 3. Как видно из показателей таблицы основное поступление солнечной энергии в основном приходится только на летние месяцы. С ноября по февраль наблюдается существенный дефицит солнечной энергии.

Несмотря на это, общего количества солнечной энергии достаточно для ощутимой экономии других видов топлива.

Таблица 3. Максимальное поступление солнечной радиации при средней прозрачности атмосферы, МДж/м²

Месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Всего за год
Барнаул	176	282	512	685	874	937	902	757	532	363	166	161	6347

2.1 Традиционные системы управления уличным освещением

Сегодня наиболее распространенны газоразрядные лампы уличного освещения, заполненные парами ртути или натрия. В последнее время наблюдается тенденция перехода на светодиодные излучатели, но в массовом порядке эта технология пока не применяется. В традиционных системах управления газоразрядными лампами важнейшую роль играют балластные сопротивления или балласты. Балласты ограничивают мощность до номинального уровня и широко используются для реализации простейших функций управления.

Индукционные балласты (ИБ) формируют бросок тока при подаче питания, необходимый для поджига газоразрядной лампы. На этапе устойчивого свечения индукционный балласт (его еще называют магнитным балластом) ограничивает мощность на лампе за счет реактивного сопротивления индуктивности (сам балласт не нагревается). Недостаток магнитных балластов - сдвиг фаз между током и напряжением исправляют за счет применения конденсаторов и разнообразных схем противофазного включения нескольких ламп, что также снижает стробоскопический эффект[5] от мерцания ламп на промышленной частоте. Стробоскопический эффект показывает, как быстро меняется скорость тела при его неравномерном движении. Различают два типа стробоскопических эффектов. Первый состоит в том, что при наблюдении быстро сменяющих друг друга отдельных фаз движения (каждая из которых фиксируется в состоянии покоя) возникает иллюзия непрерывного движения. Это связано с инерцией зрения, то есть со способностью клеток сетчатки глаза сохранять зрительный образ объекта в течение некоторого промежутка времени (примерно 0,1 секунды) после исчезновения самого зримого объекта. И если время между появлениями отдельных изображений меньше этого промежутка, образы сливаются и движение воспринимается как непрерывное. На этом, в частности, основано восприятие движения в кинематографе и телевидении.

Стробоскопический эффект второго типа заключается в том, что при определенных условиях возникает, наоборот, иллюзия покоя предмета, который на самом деле движется. Представьте себе, например, какое-то вращающееся тело, скажем колесо со спицами, которое освещается импульсной лампой, дающей короткие, повторяющиеся через равные промежутки времени вспышки. Ясно, что наблюдатель будет видеть колесо только в те моменты, когда оно окажется освещенным. Если частота вращения колеса в точности совпадает с частотой повторения вспышек, колесо будет освещено каждый раз в одном и том же положении. При достаточно большой частоте вращения (и вспышек) глаз будет сохранять это зрительное ощущение в течение промежутков времени между вспышками, и колесо будет казаться неподвижным. Приборы, в которых используется этот эффект, называют стробоскопами[6]. В современных стробоскопах прерывистое освещение осуществляется с помощью импульсных ламп с регулируемой частотой вспышек.

Электронные балласты (ЭБ) - это полупроводниковые устройства, обеспечивающие нужную последовательность подачи токов поджига и поддержания напряжения на лампе. ЭБ обычно состоят из инвертора преобразующего токи промышленной частоты в токи частотой примерно 20 кГц. Это дает ряд преимуществ: устраняется стробоскопический эффект и повышается яркость свечения газа за счет постоянной ионизации на повышенной частоте. Яркость свечения резко возрастает (на 9%) на частоте около 10 килогерц (кГц), и далее плавно возрастает при повышении частоты приблизительно до 20 кГц. Работа на высокой частоте позволяет также резко сократить габариты электронных компонентов, повысить их КПД и использовать для ограничения тока через лампу не индуктивность, а конденсатор, тем самым минимизируя потери электрической мощности. Современные ЭБ позволяют плавно регулировать яркость свечения и реализовать различные режимы поджига газоразрядных ламп:

· Мгновенный старт: поджиг ламп без предварительного разогрева катодов импульсом напряжения около 600 В. С энергетической точки зрения это наиболее эффективный способ, но он приводит к мощной эмиссии ионов с поверхности холодного катода, что укорачивает срок службы ламп при частом включении;

· Быстрый старт: одновременная подача энергии поджига и прогрев катодов. При работе в таком режиме тратится некоторое количество энергии на постоянный подогрев катодов;

· Программируемый старт: последовательная подача энергии сначала на подогрев катодов, а затем на поджиг электронной дуги. Этот способ обеспечивает наиболее длительный срок службы газоразрядных ламп, высокую экономичность и максимальное количество циклов включения - выключения.

ЭБ часто оснащают средствами дистанционного управления контроля. В качестве сетевых протоколов обычно используются LonWorks, DMX-512, DALI, DCI. Например, широко распространенный протокол LonWorks, разработанный EchelonCorporation, может использовать в качестве транспортной среды силовой кабель, по которому подается питание на лампу. В этом протоколе определены методы адресации, маршрутизации и управления. Таким образом, ЭБ является своеобразным «выключателем» для ламп уличного освещения, обеспечивая энергосбережение, продление ресурса ламп и дистанционное управление. Для автоматизации включения и выключения ламп уличного освещения чаще всего используют датчики уровня освещенности. Алгоритм работы таких систем предельно прост: при снижении уровня яркости ниже заданного порога лампы включаются, и выключаются при превышении порога срабатывания.

К недостаткам таких систем можно отнести трудности калибровки датчиков, чувствительность датчиков к загрязнению, невозможность реализации энергосберегающих алгоритмов работы (например, затемнения или выключения части ламп в глухое ночное время, когда полное освещение не требуется).

Альтернативным методом автоматического управления в системах уличного освещения является использование графика включений и выключений освещения. При таком подходе контроллер на основании даты, дня недели (будни или выходные) и времени суток включает или выключает освещение. Этот метод является простым и эффективным.

2.2 Современные автоматические системы управления уличным освещением

Обычно такие системы устанавливаются под управлением зонального контроллера или сервера. Но в зависимости от способауправления и алгоритма, контроллер подает сигнал к примеру на отключение или включение группы уличных фонарей. Для передачи такого сигналана исполнительные устройства используются следующие средства:

· GSM-канал;

· передача сигнала по силовому кабелю;

· слаботочные сигнальные линии.

Сравнение основных преимуществ и недостатков отдельных видов транспортировки сигнала сведено в таблице 4[7]. Независимо от способа передачи сигнала современные системы автоматического управления уличным освещением строят по трехуровневой архитектуре:

· блок непосредственного управления лампой или группой ламп в фонаре уличного освещения;

· шкаф зонального уровня управления (улица или квартал);

· центральный сервер территории.

Рисунок 7. Построение системы автоматического управления по трехуровневой архитектуре

Таблица 4. Сравнение способов передачи сигналов управления

	Слаботочное управление	GSMканал	Силовые линии электропередачи	Радиоканал
Адресация (экономически целесообразно)	Возможно управления отдельными лампами	Только групповое управление	Только групповое управление	Только групповое управление
Способ управления	Цифровой протокол управления например на основе календарного графика	Телефонный звонок или SMS на контроллер в шкафу управления	Управление по силовому кабелю, подключенному к контроллеру в шкафу управления	Передача радиосигнала из диспетчерской на приемник в шкафу управления
Факторы, влияющие на надежность	Накопление ошибки отсчета времени	Зависимость от загруженности публичной сети оператора GSM.	При отказе требуется ручное переключение кабеля.	Радиопомехи могут вызвать невозможность приема сигнала управления
Трудозатраты	Высокие трудозатраты	Низкие трудозатраты за счет использования сети публичного использования	При индивидуальном управлении лампами прокладка кабелей трудозатратна	Высокие трудозатраты при установке приемопередатчиков
Охват территории	Привязка к городу/области	Зона действия сотовой сети	Длина контрольного силового кабеля не может превышать 1 км.	Управление возможно лишь в зоне уверенного приема радиосигнала.
	Слаботочное управление	GSMканал	Силовые линии электропередачи	Радиоканал
Размер территории	Район города, небольшой населенный пункт	Город и ближайший пригород	Ограниченная территория	Город и пригород, территория вдоль автострад
Стоимостные факторы	Индивидуальный блок управления в каждом фонаре	Абонентская плата и плата за соединение, передачу сообщений	Стоимость прокладки индивидуальных силовых кабелей	Стоимость оборудования диспетчерской, релейных станций и приемников
Факторы, влияющие на стоимость техобслуживания	Постоянно необходима корректировка таймера		Высокие затраты на ремонт электрооборудования	Требуется квалифицированный диспетчер

3. Подбор автономной энергоустановки и необходимого оборудования

3.1 Технические характеристики элементов

1. Светодиодный светильник: SVETECO.

2. Солнечный элемент: ТСМ-185.

3. Аккумулятор: RA12-100DG.

Дополнительные устройства:

1. Инвертор

Инвертор - это преобразователь постоянного тока напряжения 12 вольт (или 24 вольта) в переменный ток напряжения 220 вольт. Источниками постоянного тока 12 вольт являются аккумуляторные батареи или солнечные батареи.

Прибор имеет следующие особенности:

- бесшумное и высокоэффективное функционирование

- индикаторы и селекторные переключатели на передней панели

- возможность выбора типа батарей

- принудительное внутреннее охлаждение воздушным потоком: вентиляторы с переменной скоростью вращения

- автоматическая защита от перегрузки и превышения температуры

- защита от полного разряда и перезаряда батарей

- высокая скорость переключения с батарей на сеть и обратно

- крайне малое потребление тока в режиме ожидания (менее 1 Вт)

- возможна работа с генератором

2. GSM модем

3. Фотореле или GPS - навигатор.

4. А также: блок управления светильником, силовое оборудование и, при необходимости, счетчик электроэнергии и другие элементы в зависимости от модификации.

Рисунок 8. Схема сборки



3.2 Схема освещения

Рисунок 9. Схема освещения

Возможные варианты схемы освещения:

1. Система сочетает в себе использование светодиодных светильников под управлением модема и фотореле.

Плюсы системы: фотореле имеет низкую стоимость

Минусы системы: отсутствует возможность полного мониторинга системы, фотореле чувствительны к загрязнениям и требуют частой настройки, требуется большое количество модемов из-за отсутствия зональных шкафов управления.

2. Система сочетает в себе использование светодиодных светильников под управлением модема и GPS - навигатора.

Плюсы системы: возможность полного мониторинга и получения отчёта о неисправностях и ошибках системы, нет необходимости частой настройки GPS - навигатора - вычисление координат происходит точно по настроенным параметрам либо при помощи системы глобального позиционирования.

Минусы: требуется большое количество модемов из-за отсутствия зональных шкафов управления.

3.3 Подбор оборудования

3.3.1 Светодиодные светильники

Разнообразные светодиодные светильники являются радикально новым типом осветительных приборов, представляющих собой фактически переориентацию от лампы как источника света к транзистору. Полупроводниковый светодиод в светодиодных светильниках преобразует энергию электрического тока в световую. Технологией будущего светодиодные светильники называются благодаря экономичному расходу электроэнергии. Один мощный светодиодный светильник потребляет 12-15 Вт.

Благодаря высокому КПД и отсутствию инфракрасного излучения любые светодиодные светильники во время работы практически не нагреваются. Существующие ныне светодиодные светильники состоят из десятков, а иногда из сотен светодиодов. Качество цветного света - пока ещё непревзойденное достижение светодиодных технологий. Принципиальным отличием светодиодных светильников от всех остальных является их беспрецедентно большой срок службы (до 100 000 часов).

3.3.1.1 Сравнение ламповых и светодиодных светильников

Таблица 5. Сравнение ламповых и светодиодных светильников

Светильник	Ламповый светильник ДРЛ-250	Энергосберегающий светодиодный светильник
Потребляемая мощность, не более Вт	350	80
Светоотдача, Лм/Вт	75 - 100	85 - 120
Возможность плавной регулировки	нет	да
КПД	40%	90%
Цветопередача	Плохая	Отличная
Устойчивость к перепадам напряжения	слабая	не чувствителен
Пусковые токи	да	нет
Стабильность работы при отрицательных температурах окружающей стреды	низкая	высокая
Экономичность	Средняя	высокая
Ресурс работы	1 год	до 25 лет
Наличие ртути	да	нет
Рабочие температуры	-40 до +40	-60 до +50

Вывод: при первоначальной высокой цене светильника, данный недостаток компенсируется быстрой окупаемостью светодиодных ламп за счет серьезного снижения потребляемой электроэнергии и долгого срока службы, а так же за счет отсутствия затрат на специальную утилизацию.

В сравнении с газоразрядными светильниками, светодиодные светильники имеют и ряд других преимуществ. В такие преимущества входят:

· Отсутствие опасности перегрузки системы в момент включения светодиодных светильников;

· Высокая надежность, механическая прочность, вибро-устойчивость светодиодных светильников;

· Мгновенное зажигание;

· Стабильная работоспособность;

· Возможность регулировки яркости светодиодных светильников за счет снижения питающего напряжения.

Для сокращения экономических затрат, возможно изготовление систем с экономным режимом работы светильника.

· Экономный режим - освещение работает не на полную мощность, на светильник включается от детектора движения или в определенные часы.

· Максимальный режим - светильник работает на 100% мощность всю ночь.

В качестве примера предлагается сравнение используемых на данный момент 2 варианта осветительных приборов.

3.3.1.2 Светодиодный уличный светильник SVETECO-96/13248/160/Ш

Многофункциональный уличный светодиодный светильникSVETECO-96/13248/160/Ш, СВЕТЕКО-96/13248/160/Ш для освещения автомобильных дорог, городских улиц, парков, а также территории предприятий. Предназначен для замены уличных светильников ЖКУ-400. Модель SVETECO 96/13248/160/Ш является на данный момент самым оптимальным вариантом для освещения автомагистралей, обладая «правильной» широкой уличной диаграммой (с шагом установки опор освещения 40 метров) и равномерно освещая проезжую часть.

автономный энергоснабжение светодиодный светильник



Рисунок 10. Габаритные размеры светильника

Рисунок 11. Диаграмма светового распределения

Технические характеристики:

- питание от сети переменного тока:напряжением (220 ± 22);

частотой (50 ± 2) Гц;

- защита от перенапряжения: до 1000 Вольт;

- потребляемая мощность:160 Вт ;

- светоотдача с одного светодиода:138 Люмен (Лм);

- количество светодиодов:96 шт;

- световой поток:13248 Лм;

- температура свечения:5000-5500 К;

- габаритные размеры ВхДхШ:120х519х360 мм;

- масса:12.5 кг;

- степень защиты:IP67;

- рабочая температура:от -63 до +60°С.

Конструкция:

Цельнометаллический алюминиевый профиль с защитным штампованным кожухом из листовой стали. Алюминиевый корпус светильника с высокой площадью теплоотвода, позволяет обеспечить комфортный температурный режим работы светодиодов и электронных компонентов, что обеспечивает непревзойденный режим работы в 70 000 часов (20 лет).

Система вторичной оптики S-optics позволяет правильно направить световой поток на освещаемую поверхность. В светильниках Sveteco 96 применяется широкая уличная диаграмма. При этом не тратится лишняя энергия на освещение не нужных зон. На автотрассе применение светильников Sveteco 96 со вторичной оптикой позволяет добиться равномерной засветки дорожного полотна: светло под светильником и темно между опорами.

Источник питания (драйвер):

В драйвере нового поколения применен корректор коэффициента мощности, что позволяет более эффективно использовать энергию сети. В противном случае необходимо закладывать в проекты более мощные трансформаторные подстанции. Светодиодный источник питания - Драйвер имеет четырехступенчатую систему защиты от аномального напряжения сети и позволяет защитить светильник от бросков напряжения до 1000 Вольт (опционально):

1 ступень. Электронный самовосстанавливающийся предохранитель.

2 ступень. TVS диод защищает от перенапряжения сети ограничивая выброс напряжения до безопасного.

3 ступень. Электронный блок высоковольтной защиты. В случае выхода за пределы питающего напряжения, блок отключает драйвер от сети, спасая от выхода из строя светильник и всего элементы. Как только напряжение в сети стабилизируется, электронный блок снова включает светильник.

4 ступень. Система гальванической развязки. Позволяет защитить светодиоды от перегорания в случае выхода из строя источника питания.

3.3.1.3 Уличный светильник ТЭС 85

Светильник ТЭС 80 предназначен для освещения улиц, дорог, площадей, дворов, складов, производств и территорий. Является заменой традиционных светильников. Потребляемая мощность от сети 220 Вольт 0-50 Гц, не более, 90 Вт. Незаменим в местах, где требуется экономия электроэнергии и высокая надежность.

У светильника отсутствует стробоскопический эффект, сила света не меняется во всем диапазоне питающих напряжений. Время выхода на рабочий режим 1 секунда, что позволяет создавать интеллектуальные системы энергосберегающего освещения с использованием датчиков освещённости и движения. Предусмотрен канал дистанционного управления включением или выключением светильника, а так же управлением мощности в диапазоне 7 - 100%.

Светильник крепится консольно, на стены и столбы, с посадочным диаметром трубы до 55 мм. Для установки светильников вместо традиционных не требуется переоборудования посадочных мест.



Рисунок 12. Фото светильника ТЭС 85

Технические характеристики:

Ресурс светодиодного модуля, более15 лет

Световой поток, не ниже6000 Лм

Угол излучения120°

Напряжение питания156 - 265 В

Частота тока0 - 50 Гц

Мощность светодиодного модуля80 Вт

КПД, источника питания, не ниже89%

Спектр излучениябелый

Масса, не более5,5 кг

Влагозащита, IP не ниже65

Температура окружающей среды-40°C ... +40°C

Гарантийный срок эксплуатациидо 5 лет

3.3.1.4 Уличный светильник Уфа AD-70-120-SL-II-B

Уличный светодиодный светильник Уфа AD-70 при установке на высоте 8 - 11 метров создает зону уличного освещения длиной 15 метров в правую и левую сторону от светодиодного светильника и длиной в 6 метров вперед и назад. Для равномерного уличного освещения территории рекомендуется устанавливать светодиодные светильники на расстоянии 20 - 25 метров друг от друга.

Светодиодный консольный уличный светильник Уфа монтируется на опоры, кронштейны, мачты или другие металлоконструкции необходимой высоты, применяемые для создания системы уличного освещения. Светодиодные светильники серии Уфа идеальны для уличного освещения пешеходных зон: дворов, тротуаров, аллей, бульваров и парков. Светодиодные светильники создают качественное искусственное уличное освещение территорий для комфортного и безопасного перемещения и ориентирования в темное время суток и сумерки. Энергосбережение, которое обеспечивают светодиодные светильники Уфа AD-70, объясняется значительно меньшей потребляемой мощностью по сравнению с заменяемыми аналогами. Почти двукратное снижение потребления особенно сильно впечатляет в промышленных масштабах, и, с учетом других эксплуатационных достоинств светодиодных светильников, можно говорить об окупаемости замены уличных светильников прошлого поколения на светодиодные уличные светильники в срок до трех лет. Уличные светодиодные консольные светильники Уфа характеризуются стабильной работой в широком диапазоне рабочих температур при любых погодных условиях.

Рисунок 13. Фото светильника Уфа

Рисунок 14. Габаритные размеры светильника

Рисунок 15. Диаграмма светового распределения

Технические характеристики:

Цвет свеченияБелый

Потребляемая мощность133 Вт

Рабочее напряжение, частотаAC 85-125 В или 180-250 В, 50/60 Гц

Коэффициент мощности>0.98

Эффективная мощность90%

КПД светильника>85%

Степень защиты по ГОСТ 14254-80IP 65

Эксплуатационный ресурс50000 часов

Габаритные размеры, вес773 х 385 х 138 мм, 10 кг

Цвет корпусасветло-серый

Материал корпусалитой алюминий с покрытием и 4-х миллиметровое усиленное безопасное стекло

Количество светодиодов70 шт

Индивидуальная светоотдача светодиодов65 Лм/Вт

Двойной угол половинной яркости светодиодов120°

Высота установки8-11 метров

Частота установки25-32 метра

Область освещения в стороны±15 метров

Корпус уличного светодиодного светильника изготовлен из литого алюминия с покрытием светло-серого цвета и усиленного безопасного стекла, что делает его износостойким и антивандальным. На корпусе светодиодного светильника предусмотрен мощный радиатор для отвода тепла. Отвод тепла - одна из ключевых задач для всех светодиодных светильников. Нагрев светодиодов в светодиодном светильнике приводит к их преждевременному старению и сгоранию. Корпус светодиодных светильников Уфа решает эту задачу и позволяет без проблем использовать его для уличного освещения в течение всего срока службы.

3.3.2 Солнечные батареи

Солнечная батарея -- несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей -полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала теплоносителя.

Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию. Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается в разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий[16,17].

3.3.2.1 Модуль ТСМ-170

Фотоэлектрический модуль Российского производства в котором применено специальное стекло, с целью уменьшения потерь световой энергии. Что позволяет получать на 15% больше мощности с единицы площади модуля.

Фотоэлектрические модули из монокристаллического кремния обладают наибольшим сроком службы по сравнению с другими типами солнечных батарей -- до 30 лет и более. Также у таких модулей наиболее стабильные параметры на протяжении срока службы. Снижение параметров за 20 лет составляет не более 10%.

Рисунок 16. Фотоэлектрический модуль ТСМ-170

Технические характеристики:

- мощность: 170 Вт ±5%;

- напряжение холостого хода: 21±5% В;

- напряжение при работе на нагрузку: 17±5% В;

- ток при работе на нагрузку: 10,4±5% А;

- габариты: 1308 х 908 х 38 мм;

- температура эксплуатации и хранения: -40..+50 °С;

- вес: 18.9 кг.

Параметры измерены при стандартных условиях (освещенности 1000 Вт/м2 и температуре 25 °С).

3.3.2.2 ФЭ модуль Naps 200 Вт NP200GK

Устройство солнечной батареи и техническое описание модуля:

- мощность 200 Вт/12 В;

- пиковая мощность: 200 Вт (+3%/- 0);

- рабочий ток 7,63 A;

- рабочее напряжение 26,2 В;

- номинальное напряжение 12 В;

- количество поликристаллических кремниевых ячеек 54;

- кремниевый поликристаллический модуль;

- верхнее покрытие модуля - закаленное стекло 4 mm;

- рамка модуля - алюминий;

- максимальная защита от самых жестких условий внешней среды;

- размеры: длина 1475 mm, ширина 986 mm, толщина 35 mm;

- вес 19,5 кг

- температура эксплуатации и хранения: -40..+50 °С;

- гарантия качества 25 лет.



Рисунок 17. Фотоэлектрический модуль NP200GK

3.3.3 Аккумуляторные батареи

В системах бесперебойного питания могут использоваться четыре основных разновидности аккумуляторов (АКБ):

1) Стартерные автомобильные малообслуживаемые (проверка уровня электролита раз в год и доливка дистиллированной воды при необходимости). Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации 3 - 5 лет.

2) Стартерные автомобильные необслуживаемые герметичные. Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации 3 - 6 лет

3) Стационарные типа AGM.Cтационарные аккумуляторы (АКБ) типа AGM, почти такие же как стартовые необслуживаемые, но имеют адсорбированный электролит (он как бы не жидкий, т.к. находится в порах стекловолоконных сепараторов) и срок их службы при соблюдении требований (например, не оставлять разряженными более 24 часов или заряжать не на 100 % и т.п.) не 6, а 12 лет. Срок службы, при оптимальных условиях эксплуатации до 12 лет.

4) Стационарные типа GEL (гелиевые). Cтационарные АКБ типа GEL (гелиевые), электролит у них в особых сепараторах, они немного дороже чем AGM, но вот они действительно раза в 1,5 - 2 более устойчивы к глубоким разрядам, недозарядам и т.п. чем AGM. Конструкция гелиевых аккумуляторов обычно представляет собой модификацию обычного свинцово-кислотного автомобильного или корабельного аккумулятора. К электролиту добавляется гелиевый компонент для сокращения движения внутри аккумулятора. Во многих гелиевых аккумуляторах также используются одноходовые клапаны вместо открытых воздушных клапанов, это способствует тому, что выделяющиеся газы снова растворяются в воде внутри аккумулятора, подавляется газообразование. В аккумуляторах на «глеевых элементах» исключено пролитие даже в случае поломки. Гелиевые аккумуляторы глубокого цикла, рекомендуется использовать в солнечных системах электроснабжения. Срок службы этих аккумуляторов рассчитан на эксплуатацию в циклическом режиме.

3.3.3.1 Аккумуляторные батареи английской фирмы HAZE

Батареи этого типа не требуют специальной вентиляции или обслуживания. Ввиду того, что электролит в аккумуляторе обездвижен, батареи считаются сухими, и могут обслуживаться и транспортироваться в соответствии с требованиями к этому типу батарей.

Описание:

- полностью необслуживаемая, герметизированная конструкция исключает необходимость долива воды. Технология AGM;

- увеличенная долговечность;

- серная кислота высокой степени чистоты;

- защищена от протекания и розлива кислоты;

- с регулирующим клапаном;

- максимальное внутреннее давление 14 кПа;

- возможность эксплуатации в различных положениях;

- крышка и корпус изготовлены из пластика ABS;

- низкий саморазряд;

- расчетный срок службы - 6 лет или 12 лет;

- ручки для переноса батареи;

- центральная система газовыделения;

- свинец и пластик поддаются переработке.

Рисунок 18. Аккумулятор DeltaGX12-120

Технические параметры:

- диапазон рабочих температур от -20єC до +50єC;

- материал решетки Pb/Ca/Sn;

- сепаратор AGM - стекловолокно;

- активный материал свинец (Pb - 99,9999%);

- зарядное напряжение буферное 2.27 - 2.30 В/эл. при 25єC;

- электролит серная кислота высокой чистоты;

- предохранительный клапан EPDM резина;

- давление срабатывания 10.5 - 14 кПa;

- герметизация при 7 кПa;

- клеммы резьбовая 14 мм медная втулка под болт M6.



3.3.3.2 Аккумулятор RA12-100DG

Аккумуляторы RITAR хорошо известны стабильностью и надежностью своей работы. Они просты в обслуживании, при этом обеспечивают безопасное и правильное функционирование оборудования.

Эти аккумуляторы способны выдерживать перезаряд, глубокий разряд, вибрацию и удары. Они также могут длительное время находиться в режиме ожидания.

Рисунок 19. Аккумулятор RA12-100DG

Основные особенности:

- неизменное качество и высокая надежность;

- герметичность конструкции;

- длительный срок службы в буферном или циклическом режиме;

- функционирование, не требующее обслуживания;

- клапанная система низкого давления;

- решетки усиленного типа;

- низкий саморазряд.

Технические параметры:

- емкость: 100 Ач;

- напряжение: 12 В;

- габариты: 388*172*217 мм;

- вес: 33,5 кг



4. Расчет мощности солнечной батареи

Мощность, которую дает солнечная батарея, может быть рассчитана по следующей формуле:

(4.7)

где N_c -- КПД солнечной батареи;

E_c -- солнечная энергия на 1 кв. м за месяц;

S -- эффективная площадь солнечной батареи, 30 -- количество дней в месяце (округленно). Для рассматриваемой установки примем S = 1 кв. м, N_c = 0,2.

В течение дня энергия накапливается в аккумуляторе. При наступлении темноты включается светильник и начинается расходование энергии. Предполагается, что автоматика настроена таким образом, чтобы включать и выключать свет в соответствии с действующими в России «Методическими рекомендациями по определению стоимости эксплуатации объектов уличного освещения». Если время работы светильника от энергии, полученной за сутки, превосходит рекомендуемое время освещения, то установка подходит для данной местности. Приняв КПД системы из аккумулятора и контроллера равным 0,83, получаем максимальное время работы светильника:

(4.8)

Расчет склонения солнца д, часового угла солнца щ и продолжительности солнечного сияния в течение суток Тс в точке А с координатами (ц, ш) в рассматриваемые сутки и года

Рассматривается точка А с координатами ц и ш. Известен номер суток с начала года - n, о.е. Заданы границы часового пояса в которой находится точка А по долготе (ш^min, ш, ш^max) при ц_с.ш.=const, где ш - долгота, по которой зональное (поясное) и декретное время совпадают.

Расчет производится по следующим формулам.

Склонение Cолнца д в данные сутки n определяется по формуле Купера:

д = д₀sin(360 (284+n)/365) (2.1)

где д₀=+23⁰27? =23,45 для северного полушария;

n- номер суток с начала года.

Часовой угол солнца щ в точке А (ц, ш) в рассматриваемый момент местного времени суток t определяется по формуле:

щ = 15⁰/ч (t-tc.c)+( ш -ш_зонаi) (2.2)

где t, ч - фактическое местное декретное время;

tс.с, ч - декретный полдень данного часового пояса («летнее» и «зимнее» время), совпадающий со средней долготой данной зоны;

ш - фактическая долгота точки А.

Продолжительность солнечного дня в данные сутки в точке А - Тс рассчитывается по формуле:

Тс = 2/15(arccos(-tgцtgд)) (2.3)

где ц - северного широта точка А, град;

д - склонения в зависимости от номера года n;

ц=37, 39, 41; для разных районов республика Таджикистан.

Например, для северной широты 37⁰ и характерных суток n = 1 расчет среднесуточного и месячного продолжительности солнечного сияния составит:

д = 23,45·sin(360 (284+1)/365)) = -23,01.

= 2/15(arccos(-tg(37)tg(-23,01))) = 5,51.

= 9,95·15+16·10,13 = 304,73.

Аналогично рассчитываем для каждой характерной широты и каждых характерных суток. Расчеты сведены в таблицы 2.3 - 2.5.

Таблица 2.3. Продолжительность солнечного сияния за месяц и год в целом для 53⁰ (Барнаул)

Показатель	Месяц и дата
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
	1.01	1.02	1.03	1.04	1.05	1.06 22.06 30.06	1.07	1.08	1.09	1.10	1.11	1.12 22.12 31.12
	31.01	28,02	31.03	30.04	31.05		31.07	31.08	30.09	31.10	30.11
n	1	32	60	91	121	152 173 181	182	213	244	274	305	335 356 365
	31	59	90	120	151		212	243	273	304	334
	9.24	11.28	13.48	15.3	16.57	16.35 16.68 16.59	14.85	8.61	10.61	12.74	7.39	7.66 7.31 7.38
	7.7	9.3	11.35	13.55	15.35		16.31	14.79	12.68	10.54	8.55
	261.87	308.89	384.03	404.01	494.35	245.24 265.48	467.50	427.84	349.42	297.95	247.88	116.5 110.72

График продолжительности солнечного сияния за месяц и за год



5. Срок эксплуатации элементов установки

Таблица 6. Срок службы элементов установки

Устройство	Срок службы, лет
Солнечная батарея	30-35
Аккумулятор	10
Инвертор	15
Светодиодный светильник	10-15
Опора, провода, коммутационные устройства	20
Монтажные элементы	20

Как видно из таблицы 6 срок в данной системе самый быстро заменяемым элементом является аккумулятор - 10 лет.



Заключение

Использование солнечных батарей в настоящее время активно применяется во многих странах мира. Тема данного диплома, в первую очередь подразумевает возможности использования солнечных батарей и организацию освещения участка трассы М52 Новоалтайск-Бийск.

Был проведён анализ погодных условий города, а также определено количество солнечных дней. Сделан обзор оборудования и выбрано оптимально подходящее для нашего региона.

В результате выполнения работы были получены следующие результаты и сделаны следующие выводы:

1) Были проанализированы климатические условия и данные по скорости ветра для климата Сибири и в частности для города Барнаула. Несмотря на то, что в Алтайском крае холодный климат, всё же в регионе присутствует достаточное количество солнечных дней. Продолжительность солнечного излучения составляет одну четвертую части года. Этот фактор является благоприятным для использования солнца в качестве альтернативного источника электроэнергии.

2) Предложенная система освещения позволит получить экономию в ходе дальнейшей эксплуатации за счет: использования современных светильников; автоматизированной системы управления; отсутствия расходов на электроэнергию



Список использованных источников

1. Возобновляемые источники энергии.[Электронный ресурс],- .htpp://minenergo.gov.ru

2. ООО Реневита - альтернативные, возобновляемые источники энергии.[Электронный ресурс],- http://renevita.com.ua

3.Огородников И.А. Если строить, то экодом. ЭКО. Новосибирск. № 9. 1992.

4. Научно-прикладной справочник по климату.С-П.: Гидрометеоиздат. 1993 г.

5. Расписание погоды. [Электронный ресурс].- https://rp5.ru

6. Погода в Барнауле по месяцам. [Электронный ресурс],-http://russia.pogoda360.ru21.

7. Портал по энергосбережению.[Электронный ресурс], - http://www.energosovet.ru/stat480.html

8. Алтапресс[Электронный ресурс], - http://realty.altapress.ru/story/162737

9. Главные новости Сибири. [Электронный ресурс], - http://www.politsib.ru/news/84850

10. Строительный портал.[Электронный ресурс], - http://www.altaystroy.ru

11. Гибридный комплект освещения. [Электронный ресурс],-http://ukrlight.com.ua

12. Виды уличного освещения. [Электронный ресурс], - http://www.o-svet.ru/articles/s10/

13. Уличный светильник SVETECO-96/160/Ш. [Электронный ресурс], - http://ledel59.ru/portfolio/?start=4

14. Уличный светильник ТЭС 80.[Электронный ресурс], - http://unicorn-led.ru/catalogue/product/888236206

Размещено на Allbest.ru

...