ІННОВАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В МІСЬКОМУ вуличного освітлення - Сучасні проблеми науки та освіти (науковий журнал)

1. бібліографічна посилання

1

Галущак В.С., Сошин А.Г., Угаров Г.Г.

Описано енергонезалежний світильник міського вуличного освітлення, в якому необхідна електроенергія виробляється від двох поновлюваних джерел енергії, а саме перетворенням енергії сонячного випромінювання і перетворенням енергії вітрового потоку. Як джерела світла застосовані світлодіодні матриці, а керування освітленням здійснюють вбудовані датчики руху, фотоелектричний і акустичний датчики.

Освітлення вулиць міст здавна було турботою керуючих структур поселень, а сама історія організації вуличного освітлення свідчить про планомірних зусиль владних структур і технічних фахівців щодо підвищення його ефективності та економічності. У Парижі указом парламенту від 1558 року була велено запалювати з 10 години вечора до 4 години ранку горщики зі смолою на розі кожної вулиці. По суті, це перша згадка про систему вуличного освітлення із заданим режимом роботи.

У листопаді 1730 видано указ російського сенату: «На Москві, в Кремлі, в Китаї, в Білому і Земляному містах і в Німецькій слободі, по великих вулицях для зимових ночей ... поставити на стовпах ліхтарі скляні, один від іншого на 10 сажнів, все в одну міру лінійно ... ». Так було видано технічне завдання на будівництво організованого вуличного освітлення. У 1863 році в Москві було розпочато влаштування гасового освітлення, і вже через три роки в місті спалахнули 6400 гасових ліхтарів [6] Область технічних засобів освітлення досить консервативна. Так гасовий ліхтар живий і по наші дні, а традиційна лампа розжарювання, розроблена Н.Я. Лодигіним в XIX столітті, пройшла більш ніж вікову історію розвитку і знаходиться зараз в піку своєї досконалості. Однак її ефективність як генератора світла не відповідає сучасним економічним вимогам, так як її світлова віддача знаходиться на рівні 7-20 люменів / Ватт, (при теоретично можливому 683 люмена / Ватт). Таким чином, в світлове випромінювання лампа розжарювання перетворює тільки 1-3% витраченої на освітлення електроенергії. Постійно зростаючі тарифи на електроенергію змушують муніципалітети застосовувати сумнівні способи економії, такі як відключення вуличного освітлення пізно вночі, тобто саме тоді, коли воно необхідне. У той же час якісне вуличне освітлення істотно знижує кількість аварій автотранспорту на нічних дорогах, особливо на перехрестях, сприяє запобіганню вуличних злочинів. Так що, економлячи на вуличному освітленні органи місцевої влади значно погіршують в якість життя своїх співгромадян.

Вихід із цього становища нам бачиться в створенні системи інноваційного альтернативного енергонезалежного вуличного освітлення.

Швидкий розвиток напівпровідникових технологій привело до створення напівпровідникових приладів, в яких реалізуються нові принципи генерації світла це світловипромінюючі діоди - світлодіоди. У світлодіодах відбувається перетворення енергії інжектованих в базову область електронно-діркового переходу електронів в енергію світлового випромінювання c високою (до 300 люменів / Ватт) ефективністю перетворення електричної енергії в світлове випромінювання [4,3]. До теперішнього часу вже створено поодинокі сверхяркие світлодіоди білого світла, що дають світловий потік на рівні 1000 люменів.

Поява настільки ефективного генератора світлового випромінювання, на нашу думку, революційним чином змінить в найближчі роки бачення організації освітлення взагалі і вуличного освітлення зокрема. Так країни південно-східної Азії вже викинули на споживчий ринок перші світлодіодні лампи для цілей побутового освітлення, де недостатня сила світла одиничного світлодіода компенсується комбінацією декількох десятків світлодіодів в одній конструкції. З'явилися повідомлення про виготовлення світлодіодних фар для автомобілів [1], створені світлодіодні прожектори створюють світловий потік в 13 300 люмен [5]. Ряд американських і європейських фірм почали планомірне завоювання ринку світильників вуличного освітлення поставками новітніх високоекономічних світлодіодних вуличних ліхтарів.

Зазначені технічні досягнення докорінно, а іноді і просто революційним, змінюють підходи і концепції при створенні освітлювальних пристроїв.

Високий рівень світловіддачі світлодіодів дозволяє розробляти конструкції енергонезалежних світильників, які не потребують їх підключення до джерела електричної енергії, оскільки сама потреба світильника в електричної енергії мала і може бути забезпечена іншими методами [10]. Так вже створений і протягом 4-х років успішно працює світильник не підключати до електромережі і не має внутрішніх витрачаються хімічних елементів [7]. В основу цього винаходу покладена концепція розміщення електростанції в самому світильнику. Цілком зрозуміло, що це дає величезні економічні вигоди, тому що усуває весь комплекс генеруючих, що перетворюють і транспортують до світильника електричну енергію технічних пристроїв, як втім, робить непотрібним будівництво для цілей освітлення і самої електростанції.

Завдання зниження витрат на вуличне освітлення за рахунок відмови від приєднання вуличних ліхтарів до електромережі частково вже вирішувалася. Так були винайдені вуличні ліхтарі з харчування від сонячної фотобатареї, в яких були акумулятори, накопичують електричну енергію вдень і видає її на лампу розжарювання вночі [8]. Недоліком такої конструкції була необхідність мати встановлену потужність фотобатарей в 3-4 рази більшу потужності лампи розжарювання і настільки ж велику ємність акумуляторів. Це залежить від того, що час генерування електроенергії сонячної батарей становить близько 2000 годин на рік, а час роботи вуличного ліхтаря в темний час доби, з урахуванням світанкових і закатних сутінків, становить близько 4000 годин [2]. Відсутня час покривається за рахунок підвищення потужності генерації і акумулювання, а це веде до збільшення маси і габаритів вуличного ліхтаря. ФірмаDURALED (США) поставляє на ринок енергозберігаючі вуличні ліхтарі, де в якості джерела світла використовується світлодіодна матриця [11]. Однак такі ліхтарі також повинні підключаться до міської електричної мережі з оплатою що витрачається на освітлення електроенергії і, при підвищенні тарифу на електроенергію в три рази, переваги такого світильника анулюються.

Застосовуючи інноваційні технології в створенні електротехнічних пристроїв нами розроблений світильник вуличного освітлення і в якому вироблення необхідної електроенергії виробляється з двох поновлюваних джерел енергії, а саме: перетворенням енергії сонячного випромінювання на фотоелектричних сонячних батареях і перетворенням енергії вітрового потоку вітротурбінами, а в якості джерела світла застосована світлодіодна матриця. У ньому, в одному корпусі змонтовані: мініатюрна сонячна електростанція (генерація 2000 годин) і мініатюрна вітрова електростанція (генерація 3000 годин), так що загальна генерація (5000 годин), навіть з урахуванням перехресного накладення (оцінюваного в 250 годин), повністю покриває потрібну генерацію (4000 годин).

Електрична схема розробленого світильника показана на малюнку 1.

Рис. 1. Електрична схема світильника

Електрогенеруюча частина схеми складається з двох сонячних батарей SUN1, SUN2 і двох мініатюрних вітротурбін WIN1, WIN2, що призводять в дію електрогенератори змінного струму з вбудованими випрямлячами. Вироблена сонячними батареями і вітротурбінами електрична енергія накопичується в акумуляторах GB1 і GB2 і через блоки управління ДА1 і да2 подається на робочі матриці надяскравих світлодіодів білого світла EL3-EL11 і EL12-20 які спалахуючи висвітлюють навколишній простір .. Блок управління має фотореле «день» - «ніч» і датчик руху з радіусом дії 30 м для фіксації руху пішоходів, а також акустичний (реагує на шум) датчик з радіусом дії 150 м для фіксації руху автотранспорту. Днем все світлодіодні матриці відключені від живлення блокуючими фотореле «день» - «ніч». З настанням сутінків, в темний час доби і до світанку вуличний ліхтар включений в режимі очікування т .е працюють тільки чергові світлодіодні матриця EL1 і EL2 управляемst через свої фотореле «день-ніч» DL1 і DL2. При наближенні пішохода або автомобіля до освітлюваної зоні датчики руху блоків управління ДА1 і да2 подають імпульси увімкнення робочих матриць і ліхтар спалахує на повну потужність, забезпечуючи нормативну освітленість на тротуарі або дорозі до нормативних значень освітленості відповідної категорії дороги .. Це дозволяє настільки економно витрачати енергію, накопичену в акумуляторах, що ліхтар може працювати до 15 діб без підзарядки акумулятора, тобто без сонця і вітру.

Установка таких світильників не зажадає прокладки уздовж міських вулиць електричних мереж, руйнування дорогих асфальтових покриттів при риття траншей під кабельні траси, будівництва трансформаторних пунктів. При рівних капітальних витратах на спорудження вуличного освітлення зі світильниками використовують енергію поновлюваних джерел, значно знижуються експлуатаційні витрати на підтримку освітлювального господарства в робочому стані і повністю виключаються плата за спожиту освітленням електричну енергію.

висновки:

1. Створено світлодіоди білого світіння з достатньою для цілей освітлення яскравістю.

2. Розроблено конструкції світильників ефективно використовують енергію поновлюваних джерел енергії.

3. Установка енергонезалежних вуличних ліхтарів призведе до зниження експлуатаційних витрат муніципалітетів на вуличне освітлення.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

1. Автомобільна фара на світлодіодах. Наука і життя, Ж., №6 2005 р. з 37

2. Адміністрація Санкт-Петербурга, Розпорядження №31-р від 17 .07.03

3. Кінець електролампочки? Наука і життя, Ж., №5, 2000 р с.20

4. М .Мухітдінов, Е.С. Мусаєв Светоизлучающие діоди і їх вживання М., Радіо і зв'язок, 1988, с 80.

5. Світлодіодний прожектор став реальністю. Hit розробки в електроніці, Ж., №6, 2004, с.25

6. Р. Щербаков Вогні Москви. Наука і життя №4 1990 С.58-60

7. Галущак В.С. патент Росії №36487 з пріоритетом від 05.06.2003 «Лампа з живленням від сонячної енергії»

8. Патент США № 5191188 МПК F 2IL 15/08 з пріоритетом від 22.09.2002 р

9. Галущак В.С. Патент України № 2283985 МПК F21S 9/02 з пріоритетом від 09.04.2004

10. Галущак В.С., Сошин А.Г. патент Росії №36487 з пріоритетом від 05.06.2007 «Автономний світильник»

11. http://www.duraled.com

бібліографічна посилання

Галущак В.С., Сошин А.Г., Угаров Г.Г. ІННОВАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В МІСЬКОМУ вуличного освітлення // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2008. - № 6 .;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=1132 (дата звернення: 31.07.2019).

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)