ПроектАвтономные системы освещения на

возобновляемых природных ресурсах

Автор проекта: Данилов Е.С.

Частой проблемой в темное время суток на отдалённых от цивилизации участках земли становится недостаток освещения. По разным причинам парой невозможно провести линии электропередач к отдельным районам, и по этому я предлагаю для освещения труднодоступных мест, так же заповедных мест, использовать автономные системы на возобновляемых природных ресурсах. Система должна быть функциональной, качественной, дешевой, мобильной (на сколько это возможно).

Постановка задачи

Система представляет собой известный нам фонарь уличного освещения имеющий ряд доработок. Что бы обеспечить автономность фонарь оборудован солнечной батареей и ветрогенератором. Полученная электроэнергия накапливается в аккумуляторной батарее.

Общий вид и описание

В первое время я допускаю возможность использования готовых столбов (таких, которые используют для обычных, централизованных систем освещения). Их цена колебли вблизи 500 у.е за штуку.

Столб

На рынке представлены 2 типа столбов, железобетонные и произведённые из оцинкованной стали. К ним дополнительно предложены светильники.Я склоняюсь к выбору стальных столбов из-за их относительной лёгкости и простоты монтажа (это касается столбов установленных на фланце)

Столб

Солнечная батарея достаточной мощности и невысокой стоимости (2 у.е. за 1 Вт)

Источники питания

Солнечных панель BCT10W-12V Номер модели: BCT10W-12V

Кремний поликристаллический материалРазмер: 351mm x 291mm x 17mmКоличество элементов: 36Максимум Мощность: 10 ВтTPT Krempel, Германия

Способность поставки: 30000 кВт в год   Электрические характеристики BCT10W-12V Максимальная мощность на STC (Pmax): 10W

Оптимальное рабочее напряжение (Vmp): 17.2VОптимальный рабочий ток (Imp): 0.58AНапряжение холостого хода (Voc): 21.6VТок короткого замыкания (Isc): 0.68AТок короткого замыкания температурный коэффициент: (0,065 ± 0,015)% / ° CНапряжение холостого хода температурного коэффициента: - (80 ± 10) мВ / ° CПик температурного коэффициента мощности: - (0,5 ± 0,05)% / ° CNOCT (воздуха 20 ° C; ВС 0.8kw / м ветер 1 м / с)47 ± 2 ° CРабочая температура: -40 ° C до 85 ° CМаксимальное напряжение системы: 600 В DCМощность толерантности:± 3%

Поставщик предлагает панели BCT мощностями 20w, 30w, 40w, 150w и 200W

Солнечная батарея

Ветрогенератор целесообразнее разработать самостоятельно. Для этого необходим генератор, который можно закупить и корпус с лопастями – их и нужно разработать на данный момент. «Ветряк» должен быть флюгером и сам поворачиваться по ветру, для этого его необходимо снабдить хвостовым оперением. Полученная энергия накапливается в аккумуляторе 12V 9Ah. (мощности аккумулятора достаточно для питания лампы 30W всю ночь)

Источники питания

Для контроля за зарядкой аккумуляторной батареи необходимо использовать специальный контролер. Я приведу в пример простейший из мной найденных. Контроллер заряда Ep Solar LS0512 5A

Контролер зарядки для солнечной батареи и ветрогенератора

Характеристики

Тип контроллераLS0512

Напряжение12В

Макс. ток на входе 5A

Макс. ток нагрузки 5A

Макс. собственное потребление <6 мА

Напряжение подзарядки (float) 13.8В

Напряжение форсированного заряда (1 час)

14.4В

Точка повторного подключения нагрузки

12,6В

Точка защитного отключения при разряде

11,1В

Рабочая температура -35°С…+55°С

Размер терминалов (сечение проводов) 2,5 мм2

Класс защиты IP30

Вес 50 г

Размеры 97*66*25 мм

LED !!! Технические данные: Сеть: AC180-240V/90-130V 50-60HZ,Размер: 275MM*95MM Угол освещения: 120 градусов, Потребления тока: 28W, Яркость: 2800 люм.Световая тональность: Белая натуральная, 6500КЭквивалент: 300 W лампы накаливанияУсловия: -40С + 50С, IP67, влажность 99%, ударостойкость 50Дж, корозииность к кислотам O3/C4 >75%Срок жизни: 23 годаКомплектность: Лампа LED с Трансформатором в одном ударостойком корпусе.Площадь освещения: высота столба до 5м, шаг 15-20мЦоколь: E40, Aluminum PCBГарантия: 36 месяцев

Лампа

Led лампа при своей стоимости имеет потребление в 10 раз меньше, нежели аналогичные по световой мощности натриевые лампы. Срок службы LED лампы в 40 раз превышает срок службы обычной натриевой лампы. Очевидно, что для использования в моей системе я остановился именно на данном типе ламп.

Лампа

Для питания лампы фонаря необходим напряжение 220v, однако аккумуляторная батарея даёт напряжение 12v. Данную проблему я решил путём внедрения в цепь преобразователя напряжения Gembird EG-PWC-001 12V->220V 150W, или аналогичных ему. Можно даже менее мощный.

Преобразователь тока

Для самоорганизации системы необходимо использовать датчик включения-выключения. Он представляет собой светочувствительный автомат и датчик освещенности. К примеру AZH-S Плюс, AZH-106 и других.

Система включения-выключения

Число часов темного времени суток в нашей широте приблизительно: 4400чТариф за электроэнергию для физических лиц: 295 бел.руб =0.034$ за 1КВтПри использовании обычных фонарей с натриевыми лампами 330W электропотребления, за год: 50$В автономной системе расхода на оплату электроэнергии нет, причем замена ламп в обычных фонарях производится порядка 2-х раз в год, в то время как LED лампы перегорают реже, и требуют замены раз в 20 лет (по заявлению производителя).

Энергопотребление

Комплектация Обычная осветительная система, стоимость в

$

Автономная система,

стоимость в $

Стоимость стальной (покрытие: холодный цинк) опоры освещения высотой от уровня земли 7м

590

Светильник 30

Лампа 4 110

Солнечные панели 0 60

Ветрогенератор 0 100

Аккумулятор 0 25

Система контроля (преобразователь, контролер зарядки, датчик)

0 85

Итого для 1-го столбов : 624 1000

Сопоставление стоимости

Статьи расхода Обычная осветительная система, стоимость в

$

Автономная система,

стоимость в $

Подводка электричества 850 0

Установка (за сутки работы) 400

Расходы на энергопотребление за 1 год 1 фонаря

50 0

Расходы на замену ламп за 1 год 8 0

Общий расход на установку и содержание за первый год для

10 фонарей:

8000 10400

Общий расход на установку и содержание за 5 первых лет для

10 фонарей:

10000 10400

Расходы на установку и эксплуатацию

Исходя из данных таблицы легко подсчитать, что фонарь предложенный мной по отношению к повсеместно устанавливаемым окупится через 6 лет.

Я не исключаю расходов на тех. обслуживание.Ресурс генератора 200 000 часовРесурс лампы более 20 летРесурс солнечной батареи свыше 30 летРесурс аккумулятора 1500 циклов зарядки – разрядки -> 28 лет при 7-дневном цикле.

Для сравнения хочу отметить, что цены на западные аналоги:Система с солнечной батареей 500-3000$ Система с ветрогенератором на вертикальной оси 3000 – 9000$Система с солнечной батареей и ветрогенератором 1300-15000$

Стоимость

Данная система имеет плюсы такие как:АвтономностьНезависимость от добываемых источников энергииНа столб могут устанавливаться разное оборудованиеМобильность

Система имеет и минусы:Дороговизна комплектующих Более низкая вандалоустойчевость (по сравнению с классическими фонарями)Плохая конкурентоспособность в электрифицированной местности.

Обоснование

Автономная система освещения может быть создана при затрате сравнительно небольших средств если большую часть её комплектующих разработать, а не закупать. Для данной системы несомненно есть применение: труднодоступные участки, где нет возможности прокладывать ЛЭП или подземный кабель, осветительные конструкции в заповедных зонах (там где нельзя «копать»), вместо фонаря могут устанавливаться системы видеонаблюдения и контроля за пожароопасной ситуацией, светофоры на отдалённых участках дорог, подсветка рекламных щитов и т.д.

Вывод

Спасибо за внимание!