Автономное освещение учебного кабинета от альтернативных источников энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автономное освещение учебного кабинета от альтернативных источников энергии

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время человечество зависимо от электричества. Энергетика является основой для всех отраслей не только промышленности, но и повседневной жизни каждого человека. Бытовые приборы, компьютеры, гаджеты ежегодно расширяют свой функционал и предъявляют новые требования к источникам питания.

Сегодня активно потребляются уголь, нефть и природный газ для удовлетворения большинства энергетических потребностей. Мы используемого энергию в колоссальных количествах, совершенно не задумываясь о последствиях такого потребления.

Самые популярные источники энергии, так называемые традиционные источники, не бесконечны и рано или поздно совсем иссякнут, мало того ущерб от добычи, переработки и использования такого сырья, наносимый экосистеме нашей планеты, уже не обратим.

Ученые всего мира уже несколько десятилетий трудятся над решением этой глобальной проблемы: потенциальной нехватки ресурсов земли уже следующему поколению.

Мы считаем, что у этой проблемы есть несколько путей решения:

- уменьшение потребления электроэнергии приборами за счет внедрения новых технологий (например, светодиодные лампы вместо ламп накаливания)

- замена не возобновляемых источников энергии на возобновляемые (энергия ветра, солнца и т.п.) с повышением их КПД.

- открытие новых, эффективных, экологически чистых источников энергии.

Наша лаборатория занимается важнейшей проблемой человечества - поиском новых источников энергии. Изучение существующих альтернативных источников энергии и применение их на практике является первым этапом погружения в проблему. Энергия ветра и солнца является наиболее доступной для изучения и использования.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Почему альтернативная энергетика

Идеальным решением, которой стал бы источник энергии, работающий на бесконечном, или постоянно пополняемом из любой окружающей среды, запасе топлива без отходов и излучений, которые могут навредить экологии планеты. В этой сфере и работают величайшие умы планеты, результатом деятельности которых стали альтернативные источники - энергии самое эффективное на данный момент решение.

Развитие данной отрасли привело к изобретения устройств способных к выработке электричества из ресурсов не загрязняющих окружающую среду, например такие как солнце ветер вода и т.д.

В толковом словаре Ожегова энергия определяется, как свойство материи двигаться и совершать работу. В физике энергию подразделяют на механическую, тепловую (внутреннюю), электромагнитную, гравитационную и ядерную.

Кроме этого, энергетические ресурсы делят на возобновляемые и не возобновляемые. К возобновляемым относятся: солнечное излучение, ветер, течение рек, приливы и отливы, геотермальные источники, древесина (биомасса), т.е. энергия природных процессов, которые непрерывно происходят в масштабах всей планеты. К не возобновляемым ресурсам относятся природные запасы, которые образуются или восстанавливаются гораздо медленнее, чем расходуются: уголь, нефть, природный газ, торф, ядерное горючее.

Нефть - природное ископаемое, энергоноситель, легковоспламеняющаяся жидкость, которая находится в горных породах на глубине от нескольких метров до нескольких километров.

По некоторым оценкам 90% добываемой нефти используется в качестве топлива для транспорта. Еще одним серьезным потребителем является химическая промышленность, использующая нефть в качестве основного сырья. Можно по-разному относиться к прогнозам относительно запасов угля, нефти и газа, но рано или поздно эти запасы обязательно закончатся. Уже в наше время возникают военные конфликты, целью которых является контроль нефтяных месторождений.

Учитывая рост потребления энергии и ограниченность запасов энергоресурсов, становится очевидным тот факт, что необходимо переходить на возобновляемые и экологически безвредные источники энергии, либо исследовать еще неизвестные науке источники энергии. Уже сейчас дальновидные разработчики выпускают гибридные двигатели для автомобилей, в которых сочетается классический бензиновый двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем, питающимся от аккумуляторных батарей.

Электрическая энергия является самой эффективной для преобразования в другие виды энергии, для передачи ее на расстояние, а также для длительного хранения. Современная промышленность, средства связи, транспорт и даже повседневный быт человека тесно связаны с электрической энергией, без которой сложно представить дальнейшее развитие человеческой цивилизации. Основными промышленными источниками электроэнергии являются ТЭС, ГЭС, АЭС.

Тепловые электростанции (ТЭС)

ТЭС вырабатывают электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (уголь, нефтепродукты, природный газ). Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора. ТЭС можно строить в любой местности, обеспечив непрерывную доставку топлива. ТЭС вырабатывает около 70% всей энергии в мире. К основным недостаткам ТЭС можно отнести расходование невозобновляемых энергоресурсов и загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива. С одной стороны ТЭС являются простыми в строительстве и эксплуатации, но при этом не экономными и не эффективными в сравнении с другими видами электростанций.

Гидроэлектростанции (ГЭС)

ГЭС комплекс сооружений и оборудования, посредством которых кинетическая энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию при помощи вращения турбин электрогенераторов. При их сооружении также наносится вред окружающей среде: перегораживаются реки, меняется их русло, затопляются долины рек, нарушается судоходность рек и миграция промысловых пород рыб. Важнейшая особенность гидротехнических ресурсов в сравнении с топливо энергетическими - их непрерывная возобновляемость.

Атомные электростанции (АЭС)

Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и ТЭЦ, но используют для парообразования энергию, полученную при радиоактивной распаде. В качестве топлива используется обогащенная руда урана.

По сравнению с тепловыми и гидроэлектростанциями атомные электростанции имеют серьезные преимущества: они требуют малое количество топлива, не нарушают гидрологических режим рек, не выбрасывают в атмосферу загрязняющие ее газы. Но существенными достоинствами существуют и не меньшие недостатки, распространение вокруг АЭС жидких радиоактивных отходов, тепловое загрязнение, вызванное большими расходами технической воды для охлаждения конденсаторов турбин и наконец ядерный взрыв (техногенная катастрофа).

1.2 Альтернативные источники энергии

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Основным направлениями альтернативной энергетики являются: гелиоэнергетика, приливная энергетика, ветроэнергетика, геотермальная энергетика.

Гелиоэнергетика (энергия Солнца)

Термоядерная реакция на Солнце дает нам доступный, безопасный и практически неисчерпаемый источник энергии. Всего 0,0125% всей поступаемой на Землю солнечной энергии, хватило бы на то, чтобы полностью удовлетворить сегодняшнюю потребность в электричестве, а 0,5% этой энергии, для полного удовлетворения потребностей в электричестве в будущем. Для преобразования солнечного излучения в электричество в настоящее время используются солнечные панели, состоящие из полупроводниковых фотоэлементов. При попадании кванта света (фотона) на поверхность такого элемента возникает фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Существуют и недостатки установки: Низкий КПД (15%-20%), высокая стоимость изготовления солнечных панелей, связанная с использованием редких химических элементов.

Приливная энергетика (ПГЭС)

Приливная энергетика использует для производства электроэнергии энергию прилива и отлива Мирового океана. Два раза в сутки уровень океана то поднимается, то опускается. Это происходит под действием гравитационных сил Солнца и Луны, которые притягивают к себе массы океанской воды. У берега моря разности уровней воды во время прилива и отлива могут достигать более 10 м. Если в заливе на берегу моря в устье реки сделать плотину, то в таком водохранилище во время прилива можно создать запас воды, которая при отливе будет спускаться в море и вращать гидротурбины. В нашей стране уже созданы и работают приливные электростанции. Основными недостатками такого способа производства электроэнергии являются, неравномерность выработки электроэнергии во времени и необходимость сооружения дорогостоящих плотин и резервуаров для воды.

Геотермальные электростанции (ГеоЭС)

Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 °C каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. ГеоЭС не требуют топлива из внешних источников, экологически безопасны, может применяться для опреснения воды. Опреснение происходит естественным путем в результате дистилляции - разогрева воды и охлаждения водяного пара в процессе работы электростанции. Существенным недостатком является привязанность к определенному географическому положению.

2. АВТОНОМНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ УЧЕБНОГО КАБИНЕТА ОТ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

В нашей работе мы объединили оба решения этой проблемы: во-первых в качестве возобновляемого, альтернативного источника энергии мы взяли энергию ветра - ветрогенераторы, во-вторых мы попытались создать установку, которая работала бы независимо от центральной системы электроснабжения здания.

ГИПОТЕЗА

Электроэнергию, выработанную ветрогенератором и запасенную в аккумуляторах, можно использовать для освещения учебного помещения.

Перед нами встал задача - разработать эффективную систему для электроснабжения от альтернативных источников. Мы оценили потребности в электроснабжении лицея:

Статистика по потреблению электроэнергии за три года (выборочно)

Месяц	2013	2014	2015
	кВт	Сумма	кВт	Сумма	кВт	Сумма
февраль	17600	67907	18480	79628	15600	80170
март	13040	50000	13600	57865	12300	61292
апрель	12360	47720	11680	52591	11200	53843
октябрь	14320	56475	13560	61799	13200	61510
ноябрь	15200	61941	14840	68737	14900	73000



Среднемесячное потребление энергии всего лицея: 14 125 кВт*ч

Средняя оплата за электричество в месяц: 62 298 руб.

Расчетная стоимость 1 кВт*ч (для организаций): 4,41 руб.

2.1 Путь решения №1

Ветрогенератор - Контроллер - АКБ - Инвертор - Потребитель

Для экспериментальной части за основу мы выбрали 202 учебный кабинет нашего лицея.

Сначала мы провели расчеты потребления электроэнергии кабинета:

8 часовой рабочий день. 6 рабочих дней в неделю. 4 недели в месяц.

Компьютер: 0,5 кВт*час * 8 часов в день = 4 кВт*час

Лампы светодиодные 18 Вт/час * 20 = 360 Вт/час = 0,36 кВт*час

0,36 кВт*час * 8 часов в день = 2,88 кВт*час

Проектор мультимедийный: 0,18 кВт*час * 8 часов в день = 1,5 кВт*час

ВСЕГО

- за рабочий день: 8,38 кВт*час

- за месяц: 8,38 кВт*час * 24 дня= 201,12 кВт*час

ТОЛЬКО ОСВЕЩЕНИЕ

- за рабочий день: 2,88 кВт*час

- за месяц: 2,88 кВт*час * 24 дня ? 70 кВт*час

Основными критериями отбора стали: возобновляемость источника, автономность от центральной системы электроснабжения лицея и безопасность источника энергии для окружающей среды. Под наши критерии подошел ветрогенератор на постоянных магнитах.

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) способна превращать энергию ветра в электроэнергию. Запасы ветровой энергии на территории нашей страны огромны, так как во многих районах среднегодовая скорость ветра составляет б м/с. Устройство ветроэнергетической установки относительно простое: вал ветряного колеса, способного вращаться под действием ветра, передает вращение ротору генератора электрической энергии. Стоимость производства электроэнергии на ветряных электростанциях ниже, чем на любых других. Кроме того, ветроэнергетика экономит богатства недр. Недостатки ветроэнергетических установок -- низкий коэффициент полезного действия, зависимость от направления ветра.

- Основным устройством выработки электроэнергии в различных электростанциях остается электрический генератор. Он входит в состав схемы всех электростанций или электроустановок. Существуют разные типы генераторов:

- Электромеханический индукционный генератор используется в ГЭС, ГеоЭС, ПГЭС и ветроэнергетических установках. Принцип работы заключается в преобразовании механической энергии в электрическую.

- Термоэлектрогенератор -- это электрический генератор, предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов.

- Фотоэлемент обычно используется в солнечных батареях (СЭС) и преобразовывают энергию фотонов в электроэнергию.

- МГД(магнитогидродинамический) -генератор основан на преобразование энергии рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию.

В нашей экспериментальной установке мы используем ветрогенератор на постоянных магнитах.

Мощность: 400Вт Диаметр круга: 1.55 м

Напряжение: 24В Стартовая скорость ветра: 2.5 м/с

Максимальный ток: 16.6А Максимальная скорость: 45 м/с

- Зарядка аккумуляторов от ветрогенераторов осуществляется только с помощью контроллера, в котором происходит выпрямление 3-х фазного переменного тока от генератора и контроль за процессом зарядки аккумулятора и потребления электроэнергии.

Контроллер WWS04-24-B00D

Рабочая мощность: 400 Вт

Рабочее напряжение: ~24 В

Максимальный ток зарядки: 10 АНапряжение автотормоза: 32 В

Максимальный ток генератора: 17 А

- Накопление электроэнергии происходит в аккумуляторных батареях.

Аккумуляторная батарея

Электрический аккумулятор - химический источник тока, источник ЭДС многоразового действия, для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве и в других сферах. Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Заряд аккумулятора может быть восстановлен пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде.

Несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь, составляют аккумуляторную батарею. Аккумуляторы очень важная часть нашей работы, мы используем их для накопления и хранения энергии. Аккумуляторы бывают разных видов и предназначений:

-Свинцовые аккумуляторы (Pb). Реагентами в свинцовых аккумуляторах служат диоксид свинца (PbO2) и свинец (Pb), электролитом - раствор серной кислоты. Недостатками кислотных аккумуляторов являются: невозможность хранения в разряженном состоянии, трудность изготовления аккумуляторов малых размеров.

-Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd). Реагентами в никель-кадмиевых аккумуляторах служат гидроксид никеля и кадмий, электролитом - раствор КОН, поэтому они именуются щелочными аккумуляторами. Применялись для питания портативной аппаратуры (сотовых телефонов, магнитофонов, компьютеров и т.д.), бытовых приборов, игрушек и т.д. Недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является применение токсичного кадмия.

-Никель-железные аккумуляторы. Вместо кадмия в этих аккумуляторах используется железо. Из-за выделения водорода с самого начала заряда аккумуляторы производят только в негерметичном варианте, они характеризуются высоким саморазрядом, низкой отдачей по энергии, практически неработоспособны при температуре ниже -10 °С.

-Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH). Активным материалом отрицательного электрода является интерметаллид, обратимо сорбирующий водород, т.е. отрицательный электрод является водородным электродом, у которого восстановленная форма водорода находится в абсорбированном состоянии. Удельная емкость и энергия никель-металлогидридных аккумуляторов в 1,5-2 раза выше удельной энергии никель-кадмиевых аккумуляторов, кроме того, они не содержат токсичный кадмий.

- Никель-цинковые аккумуляторы. Это щелочные аккумуляторы, у которых отрицательный полюс - цинковый. Удельная энергия никель-цинковых аккумуляторов примерно в 2 раза выше удельной энергии Ni-Cd аккумуляторов.

- Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. Активными материалами служат оксид серебра на положительном и цинк или кадмий - на отрицательном электродах соответственно, электролитом является раствор щелочи. Характеризуются высокими удельными энергиями и мощностью, низким саморазрядом, но весьма дороги. Выпускаются в призматической и дисковой формах, применяются для питания портативных приборов и аппаратов, в военной технике.

- Никель-водородные аккумуляторы. Отрицательным электродом служит пористый газодиффузионный электрод с платиновым катализатором, на котором обратимо реагирует газообразный водород. Характеризуются высокой удельной энергией и очень высоким ресурсом, но значительным саморазрядом и очень дороги. Применялись в космической технике.

-Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion). В качестве отрицательного электрода применяется углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активным материалом положительного электрода обычно служит оксид кобальта, в который также обратимо внедряются ионы лития. Электролитом является раствор соли лития в неводном апротонном растворителе. Аккумуляторы имеют высокую удельную энергию, высокий ресурс и способны работать при низких температурах. Благодаря высокой удельной энергии их производство в последние годы резко увеличилось. Они применяются в сотовых телефонах, ноутбуках и других портативных устройствах.

- Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol). Анодом служит углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активными материалами положительных электродов являются оксиды ванадия, кобальта или марганца. Электролитом является или раствор соли лития в неводных апротонных растворителях, заключенный в микропористую полимерную матрицу. Применяются для питания портативных электронных устройств.

- Перезаряжаемые марганцево-цинковые источники тока. Первичные цилиндрические марганцево-цинковые источники тока с щелочным электролитом определенного состава, изготовленные по специальной технологии, могут электрически перезаряжаться. Они характеризуются высокой удельной энергией.

В нашей работе мы используем Аккумулятор LEOCH DJM 1255 (12 шт.)

Аккумуляторная батарея данной модели является герметичной и не требует обслуживания. Сертифицирован Росстандартом и имеет Декларацию о соответствии общим техническим требованиям на электропитающие установки и оборудование, входящее в их состав.

Области применения: системы телекоммуникации и связи, системы аварийного освещения, системы пожарной и охранной сигнализации, электростанции и подстанции, источники бесперебойного питания, резервное питание различных промышленных объектов, автоматика на железнодорожном и воздушном транспорте.

Напряжение: 12,7 В

[11,6 В - полный разряд]

Емкость: 55 А•ч

Срок службы: 12 лет

Саморазряд: 3% в месяц

Циклов заряда при 100% разряде: 260

Вес: 17 кг

Для совместимости с контроллером аккумуляторы соединены по 2 штуки последовательно. Получили: Напряжение: 24 В, общая емкость осталась 55 А•ч

Инвертор

В данной схеме нами был применен инвертор для преобразования постоянного тока 24В от аккумуляторов в переменный ток 220В.

Инверторы - это преобразователи напряжения постоянного тока в переменное. Источниками постоянного тока могут служить аккумуляторные или солнечные батареи, топливные и другие генераторы, гидрогенераторы малой мощности и т.д. Значение и частота выходного переменного напряжения могут быть различны в зависимости от сферы применения преобразователя. В быту наиболее востребовано напряжение питания 220 В (реже 120 В) с частотой 50 Гц.

Инверторы различаются по форме генерируемого напряжения переменного тока. Если форма напряжения прямоугольная (меандр), ступенчатая или трапециевидная, то такие инверторы называются несинусоидальными. Такие инверторы подойдут для питания большинства обычных бытовых приборов: утюгов, электрических плиток и т.д.

Входное напряжение: 24 В

Мощность: 600 Вт

Время переключения: 8 мс

Максимальный ток зарядки: 10 А

Ограничение использовать только два аккумулятора вызвано параметрами контроллера, который рассчитан на ток зарядки 10 А.

При классической схеме зарядки 0,1 от емкости аккумулятора получаем для 55 Ач = 5,5 А, а для емкости 110 Ач (4 аккумулятора по 55 Ач) получаем уже 11 Ампер.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

Полностью заряженные два аккумулятора обеспечивают непрерывное освещение кабинета на протяжении 1 часа 30 мин.



Металлический шкаф с энергетической установкой. Панель инвертора выведена наружу для удобства управления.

Соединение контроллер - аккумулятор проведено с использованием автоматического выключателя.

Эксперимент №1.

В ходе наших исследований мы выявили слабое звено нашей схемы - инвертор. Мы решили проверить настоящий КПД с учетом саморазрядки аккумулятора. Время работы электроприбора от инвертора, подключенного к аккумулятору, зависит от потребляемой мощности электроприбора, емкости аккумулятора и КПД инвертора и рассчитывается по формуле:

T = 12•C•КПД / P

где T - время работы (в часах),

12 - напряжение аккумулятора (в вольтах),

C - емкость аккумулятора (в А•ч),

P - мощность нагрузки (в Вт),

КПД - коэффициент полезного действия инвертора (указан в технических характеристиках).

В нашем случае мы не обнаружили никаких характеристик, кроме мощности 800 Вт и напряжения потребления 12 В, и решили сами определить КПД инвертора.

КПД = T•P / 12•C

ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА

1. От стационарного зарядного устройства был полностью заряжен 12 В аккумулятор (10 часов зарядки) емкостью 55 А•ч. Замер напряжения на клеммах аккумулятора показал 12,7 В (полный заряд).

2. К аккумулятору был подключен инвертор, а к инвертору подключена лампа настольного освещения с лампочкой накаливания мощностью 75 Вт.

3. Время начала эксперимента 18:15. Включили освещение, запустили секундомер. Инвертор имеет функцию автоматического отключения нагрузки при достижении заряда аккумулятора 11,7 В. Перед отключением издается звуковой сигнал.

4. Отключение произошло ровно в 21:15.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Емкость аккумулятора С = 55 А•ч

Время работы нагрузки до автоматического отключения: Т = 3 ч

Мощность нагрузки: P = 75 Вт

КПД = T•P / 12•C = 3•75 / 12•55 = 225 / 660 ? 0,34

ВЫВОД

Реальный КПД нашего инвертора с учетом характеристик конкретной АКБ составил всего 34% (в Интернете публикуют КПД 75-85%). Это значит, что из всей поступаемой энергии из аккумулятора после процесса преобразования постоянного тока в переменный 220 В

(напряжение при котором работают большинство электроприборов) на питание осветительных приборов идет всего 34%.

Эксперимент №2.

Мы решили проверить, сколько времени будет работать инвертор в «холостом» режиме - без подключения потребителя.

ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА

1. От стационарного зарядного устройства был полностью заряжен 12 В аккумулятор (10 часов зарядки) емкостью 55 А•ч. Замер напряжения на клеммах аккумулятора показал 12,7 В.

2. К аккумулятору был подключен инвертор на «холостом ходу».

3. Время начала эксперимента 20.02.2017 16:15.

4. Отключение инвертора произошло 24.02.2017 в 18:05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Емкость аккумулятора С = 55 А•ч

Время работы инвертора в «холостом» режиме: Т = 97,8 ч (чуть более 4 суток)

ВЫВОД

При использовании инвертора мы теряем большое количество запасенной энергии (около 70%). Необходимо исключить этот элемент из общей схемы и питать нагрузку напрямую от аккумуляторов. Необходимо обеспечить, чтобы питание нагрузки было от 24 В постоянного тока.

2.2 Путь решения №2

Ветрогенератор - Контроллер - АКБ - Потребитель

КПД нашего инвертора слишком мал для наших целей. Поэтому мы решили исключить его из системы установки путем замены осветительных приборов. В светодиодных лампах стандартного типа стоит преобразователь переменного тока снова в постоянный. Но поскольку мы получаем постоянный ток сразу же после аккумуляторов, мы решили заменить светодиодные светильники AC 220 В на светодиодные ленты (DC 12/24 В).

Так как система автономного освещения в 202 кабинете пусть не очень эффективно, но функционирует, мы решили экспериментировать с соседним кабинетом №203.

Перед нами встал вопрос выбора светодиодных лент.

СВЕТОДИОДНЫЕ ЛЕНТЫ

24V SMD-5050 60LED-14,5W/m 10mm теплый белый

Напряжение: 24 В (DC)

Длина: 5 м

Общая мощность: 72,5 Вт

Цветовая температура 3000-3500 К

Световой поток: 1000 Лм/м (Общий: 5000 Лм)

Рабочий ток 0,6 А/м (Общий: 3 А)

Примерная цена: 120 руб/метр

Светодиодная лента повышенной яркости SMD 5050 60LED 24V тепло-белого цвета с самым большим световым потоком в своем классе, по яркости превосходит все остальные светодиодные ленты и может использоваться как для подсветки и освещения архитектурных и интерьерных элементов, так и для основного освещения.

Светодиодная лента - одно из перспективных и прогрессивных решений для дизайнерских и архитекторных задач по подсветке или освещению торговых площадей, кафе, ресторанов, офисов и развлекательных комплексов. Светодиодная LED лента используется для подсветки потолка, ниш, лестниц, ступеней, мебели, а также при декоративном оформлении практически любых деталей интерьера с фантазией оттенков и цветов. Лента светодиодная - идеальный инструмент для подсветки рекламных щитов, слов, букв, фигурной подсветки улиц, фасадов зданий, домов, зимних садов, дорожек и аллей, а также для автомобильного внутреннего и наружного освещения с разной гаммой цветов.

Явными преимуществами LED ленты являются:

· срок службы около 50 000 часов;

· гибкость, компактность, герметичность IP65 - IP67 (влагозащищенная светодиодная лента);

· простота и легкость монтажа любой формы и фигуры - кратность резки 2,5см - 10см;

· низкое энергопотребление (12 или 24 вольт);

· выбор ленты с различной мощностью;

· регулировка яркости с помощью светодиодного диммера - светорегулятора с пультом управления для одноцветной ленты.

РАСЧЕТЫ КОЛИЧЕСТВА ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ с учетом требований СНиП.

Степень освещения поверхности принято выражать в Люксах (Лк), а величину светового потока исходящего от определенного источника света измеряют в Люменах (Лм). Необходимо производить расчет уровня освещенности в два этапа:

* определение необходимой для помещения совокупной величины светового потока;

* исходя из полученных данных первого этапа - расчет нужного количества светодиодных ламп с учетом их мощности.

Формулой = X * Y * Z рассчитывается показатель необходимой величины светового потока (Люмен) при этом:

X - установленная норма освещенности объекта в зависимости от типа помещения. Нормы приведены в Таблице №1,

Y - соответствует площади помещения в квадратных метрах,

Z - коэффициент поправки значений в зависимости от высоты потолков в помещении. При высоте потолков от 2,5 до 2,7 метра коэффициент равен единице, от 2,7 до 3 метра коэффициент соответствует 1,2; от 3 до 3,5 метров коэффициент составляет 1,5; 3,5 до 4,5 метров коэффициент равен 2.

Проведя расчты по вышеописанной методике для освещения кабинета площадью 54 м² необходимо примерно 7 пятиметровых светодиодных лент.

Расшифровка маркировки светодиодной ленты

Светодиодные ленты изготавливают из диэлектрика толщиной около 0,2 мм, на который наносят токопроводящие дорожки с контактными площадками под чипы, на которые производится монтаж SMD компонентов (светодиодов и резисторов).



Стандартная лента состоит из отдельных модулей длиной от 2,5 до 10 см, соединённых в параллель. В каждом модуле установлено от 3 до 22 светодиодов и несколько резисторов, ограничивающих потребляемый ток. Таким образом, светодиодная лента - это множество модулей с номинальным напряжением питания 12 или 24 вольт. Готовую продукцию, как правило, поставляют в бобинах длиною 5 метров и шириною от 8 до 40 мм.

Маркировку наносят на упаковку или бобину изделия, придерживаясь международных стандартов. Расшифровка маркировки ленты на примере LED 12V RGBW SMD 5050 120 IP65 представлена в таблице ниже.

Позиция в названии	Обозначение	Расшифровка
1	LED	светодиодная
2	12V	напряжение питания
3	RGBW	цвета свечения
4	SMD	монтаж элементов в изделии
5	5050	размер светодиодных чипов
6	120	количество LED чипов на 1 метр
7	IP65	класс защиты

МОМЕНТЫ, НА КОТОРЫЕ НУЖНО ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ

Цветовая температура

Выбор светодиодной ленты начинается с определения цвета её свечения. Современные одноцветные светодиоды выпускают с одним из четырех свечений кристалла: белым (W), синим (B), красным (R) или зеленым (G). Другие цвета получают с помощью нанесения на кристалл специального люминофора или путем установки в кристалле сразу нескольких светодиодов разных цветов, которые работают одновременно. Таким образом, одноцветная светодиодная лента может выпускаться с любым цветом светового потока. Большим спросом пользуются светодиодные ленты белого света, которые подразделяются по цветовой температуре на три группы: теплого, нейтрального и холодного свечения.

При выборе цветовой температуры ориентируйтесь на следующую таблицу, и помните, если у вас уже дома установлено светодиодное освещение, цветовую температуру нужно подбирать соответственно. В противном случае она будет бить по глазам. Точно выбрать нужный вариант можно только визуальным способом, сравнивая несколько образцов.

Световой поток

Сегодня в розничных магазинах можно приобрести отрезок любой длины. При этом следует учитывать плотность SMD-элементов в одном погонном метре ленты. В однорядной полоске плотность светодиодов кратно 30, а в полосе двойной плотности - 60. Максимальное количество установленных LED чипов в 1 метре изделия равно 120. Во включенном состоянии такой отрезок напоминает сплошную светящуюся полоску. Также в продаже можно встретить ленту двойной, тройной и даже четверной ширины с LED-элементами, размещёнными в несколько рядов.



На размер чипа светодиода следует обратить особое внимание. Изначально наибольшее распространение получили два чипа: 3528 с одним кристаллом и типоразмером 3,5х2,8 мм и 5050 с тремя кристаллами и общей площадью поверхности чипа 5,0х5,0 мм. Позднее светодиодная промышленность представила новые виды, среди которых на российском рынке встречаются типоразмеры 5060, 5630 и 5730. От размера элемента напрямую зависит величина светового потока - количества излучаемой световой энергии за единицу времени. В теории световой поток для LED SMD 3528 составляет 5 Лм, для LED SMD 5050-15 Лм. Умножив эти значения на соответствующее количество элементов в отрезке, получим суммарную яркость. Например, световой поток пятиметровой ленты 3528-60 составит около 1500 Лм.

Напряжение питания и мощность

Чтобы полоска со светодиодами начала светиться, на нее нужно подать подходящее питание (обычно 12В). Для этих целей применяют преобразователи 220 вольтовой электросети, именуемые драйверами, адаптерами или блоками питания. Важным параметром любого блока питания является мощность, которой он способен обеспечить нагрузку. Мощность преобразователя выбирается исходя из мощности потребления одного метра светодиодной ленты, которая указана на упаковке. При отсутствии документации её можно рассчитать самостоятельно. Например, каждые три светодиода типа 3528, включенные последовательно потребляют ток в 20 мА и мощность - 0,24 Вт. Умножив эти значения на количество триад, получим суммарную величину. Для типоразмера 5050 ток в 60 мА и мощность - 0,72 Вт. Таким образом, метровый отрезок ленты SMD 3528-60 потребляет 4,8 Вт, а SMD 5050-60 - 14,4 Вт. Ниже приведена таблица мощности наиболее распространенных светодиодных лент.

Тип SMD светодиода	Количество LED чипов на 1 метр, штук	Потребляемая мощность 1 метра, Вт
3528	60	4,8
3528	120	9,6
3528	240 (двухрядная)	19,2
5050	30	7,2
5050	60	14,4

Чтобы блок питания работал стабильно и без перегрева, ему нужно обеспечить запас по прочности. Для этого расчётную мощность умножают на коэффициент 1,2. Подключение RGB ленты к драйверу осуществляют через специальный контроллер с выводами для каждого цвета. Организация подсветки из лент длиною более 10-ти метров требует дополнительной подпитки и блоков согласования. В противном случае удалённый от источника питания край не обеспечит номинальный световой поток. Это негативное явление происходит из-за падения напряжения на токоведущих дорожках, которое достигает 0,4 В/м.

Светодиодные ленты требуют постоянный ток с напряжением 24В. Такой ток мы получаем сразу же после аккумуляторов. В результате у нас есть схема освещения учебного кабинета от ветрогенератора.

Планируемая схема установки



Эксперимент №3.

АКБ - Светодиодная лента

Мы решили проверить, сколько времени будет работать светодиодная лента от полностью заряженного аккумулятора напрямую. Так как инвертор отключал аккумулятор при напряжении 11,7 В, то и в этом эксперименте для сравнительного анализа была создана аналогичная нагрузка и работа светодиодной ленты до напряжения аккумулятора 11,7 В.

ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА

1. От стационарного зарядного устройства был полностью заряжен 12 В аккумулятор (10 часов зарядки) емкостью 55 А•ч. Замер напряжения на клеммах аккумулятора показал 12,7 В (полный заряд).

2. К аккумулятору была подключена светодиодная лента 7 м (12В, 501 светодиод марки SMD5630, 3 не горели) общей мощностью 0,15 • 501 ? 75 Вт

3. Время начала эксперимента 9:20.

4. Отключение произвели в 14:30

РЕЗУЛЬТАТЫ

Емкость аккумулятора С = 55 А•ч

Время работы светодиодной ленты мощностью 75 Вт: Т = 5 ч 10 мин

ВЫВОД

Используя прямое подключение, мы получили выигрыш более чем на 2 часа. Это можно считать перспективным направлением.

Для большей эстетики мы поместили светодиодные полосы в стандартный корпус светильника для люминесцентных ламп и спаяли для напряжения 24 В.

Автономное освещение кабинета №203

Экономические расчеты

На сегодняшний день (апрель 2017 г.) по данным Яндекс Маркет общая стоимость энергетической установки для освещения кабинета №202 составляет около 115 000 руб.

Табл

№	Наименование	Цена за 1 шт.	Штук	Всего (руб)
1.	Ветроустановка в сборе	48000	1	48000
2.	Контроллер WWS04-24-B00D	8500	1	8500
3.	Инвертор	9500	1	9500
4.	Монтажные элементы	1500	1	1500
5.	Аккумулятор LEOCH DJM 1255	8500	2	17000
6.	Лампы светодиодные с корпусами	1700	18	30600
	ИТОГО	115100

Установка для кабинета №202 стоит около 77 000 руб.

№	Наименование	Цена за 1 шт.	Штук	Всего (руб)
1.	Ветроустановка в сборе	48000	1	48000
2.	Контроллер WWS04-24-B00D	8500	1	8500
3.	Монтажные элементы	1500	1	1500
4.	Аккумулятор LEOCH DJM 1255	8500	2	17000
5.	Ленты светодиодные с корпусом	2500	1	2500
	ИТОГО	77500

ВЫВОДЫ

Изучение уже существующих альтернативных источников питания позволило глубоко погрузиться в проблему, которая встанет перед человечеством в ближайшем будущем, а также показало основные направления решения этой проблемы. На сегодняшний момент можно уверенно утверждать, что альтернативная энергетика активно развивается. Наука и технология осваивает новые методы получения и хранения энергии, увеличивая эффективность и снижая стоимость. Пока что оборудование для получения альтернативной энергии является дорогим, и его окупаемость занимает много времени. Законы рынка диктуют свои правила и, видимо, поэтому в России не многие производители занимаются изготовлением оборудования для использования энергии ветра и солнца.

Положительные стороны установки:

- сократились расходы на освещение.

- следствие снижения электропотребления - снижение отрицательных последствий для окружающей среды

Отрицательные стороны:

- высокая стоимость установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной научно-исследовательской работе мы прикоснулись к одной из основных и глобальных проблем современного человечества - к вопросу получения и потребления энергии. Мы проанализировали преимущества и недостатки существующих промышленных способов получения энергии, а также направления альтернативной энергетики и еще только намеченные пути возможных источников.

Мы попытались при помощи ветрогенераторов, установленных на крыше лицея, преобразовывать энергию ветра в энергетическую и накапливать ее в аккумуляторы. Затем использовать для освещения кабинетов.

Наша лаборатория и дальше будет использовать новые способы получения энергии, которые, уже сейчас начинают заменять традиционные и становятся более популярны как основной источник энергии.

Альтернативная энергетика одна из аспектов неизбежного будущего. Так как это наиболее быстрый способ энергообеспечения удаленных и труднодоступных районов, не подключенных к централизованным сетях. Такие источники возобновляемы и наиболее экологически безопасны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

альтернативный энергетика освещение автономный

1. http://slovarozhegova.ru/word.php?wordid=36269.

2. Р.Подольный. Нечто по имени ничто. М. 1983.

3. James L. Griggs, "Apparatus for Heating Fluids", U.S. Patent 5,188,090.

4. Н.В.Косинов. В.И.Гарбарук Мир подступается к вакуумной энергии. Физический вакуум и природа. N2, 1999.

5. http://alternativenergy.ru/tehnologii/511-ustroystvo-sovremennyh-akkumulyatorov-novye.html

6. http://infinite-energy.ru/istochniki-energii-svoimi-rukami

7. http://dom-en.ru/

8. http://www.wprr.ru/mirovaya-energiya-i-naselenie-perspektivy-s-2007-po-2100-gg

Размещено на Allbest.ru

...