Уличное освещение на солнечных батареях

Достоинства: небольшие размеры и масса прибора, низкая потребляемая от сети мощность, герметичный сенсор с проводом 2 метра.

Недостатки: невысокий уровень защищённости прибора.

Рисунок 1.4 Фотореле ФР-16А

Технические характеристики:

· номинальное напряжение сети - 220 Вольт (В);

· номинальная частота - 50 Герц (Гц);

· коммутируемый ток не более – 15 Ампер (А), на размыкание не более - 5А;

· задержка включения/выключения 5/15 секунд;

· мощность, потребляемая от сети не более - 0,4 Вт;

· габаритные размеры - 18/65/90 миллиметров (мм);

· степень защиты - IP 20;

· масса - 90 грамм (г);

· интервал рабочих температур от -40 0С до +40 0С.

1.6.2 Использование GSM – модема

Современные системы автоматического управления уличным освещением с использованием GSM - модема 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

В такой системе любую лампу можно включить или выключить сигналом с центрального сервера. Это достигается применением блоков непосредственного управления лампой. Расплата за подобные удобства – высокая стоимостью аппаратной части.

Система индивидуального управления каждой лампой по GSM-каналу на практике не применяется из-за высокой стоимости GSM-модемов и необходимости установки индивидуальных SIM-карт в каждый блок и последующего учета расходов. Поэтому GSM-канал используют только на уровне зонального шкафа управления.

Трехуровневый принцип построения систем управления освещением распространяется не только на методы дистанционного управления включением или выключением отдельных ламп, но и на функциональные возможности системы.

 

Рисунок 1.5 Схема расположения светильников под управлением фотореле

· Индивидуальное управление с помощью интеллектуальных ЭБ;

· Зональное управление освещением с дистанционным регулированием мощности;

· Зональное управление освещением с телеметрией.

1.6.3 Использование GPS приёмников

Интересный метод управления уличным освещением в соответствии с наружным уровнем освещенности предложила корейская фирма Stwol. Вместо фотодатчика применили встроенный GPS-приемник и вычислительное устройство. Зная координаты географического местоположения контроллера уличного освещения и астрономическое время, получаемое со спутников системы глобального позиционирования, вычислитель определяет точное время захода и восхода солнца. Контроллер включает освещение за 15 минут до наступления сумерек (момента, когда центр солнца находится под 6° над горизонтом) и выключает освещение через 10 минут после восхода солнца в данной точке земного шара. Очевидно, что данная система нечувствительна к оптическому загрязнению и неточной калибровке фотодатчиков.

 

Рисунок 1.6 Схема управления уличным освещением с помощью GSM- канала

 

 

2 ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

2.1 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).

2.1.1 Сравнение  ламповых и светодиодных светильников

Таблица 2.1 - Сравнение ламповых и светодиодных светильников

Светильник	Стандартный ламповый светильник (типа ЖКУ) с лампой ДРЛ-250	Энергосберегающий светильник типа СД
1	2	3
Потребляемая мощность, не более Вт	350	80
Напряжение питания, B	AC 220/10 %	AC 220В(120-280В)
Ресурс работы в режиме городского освещения	1 год	до 25 лет
КПД	40%	90%
Время выхода на рабочий режим освещения	10-15 минут	1 секунда
Устойчивость к перепадам напряжения	слабая	не чувствителен
Наличие мерцания (стробоскопический эффект)	есть	нет
Стабильность работы при низких температурах	низкая	высокая
Экологическая безопасность	нет	полная
Затраты на обслуживание каждого светильника	ежегодные	нет
Вес, кг	15	9
Освещенность в центральной точке с высоты 10м, лк	23	20
Угол раскрытия луча	75х140 град	120 град
Исполнение	IP23-IP54	IP 66-67
Рабочие температуры	от -40 до +40	от -60 до +50

Вывод: при изначально высокой цене светодиодного светильника, светильники светодиодные (СД) имеют очень короткий срок окупаемости. Это связано, в первую очередь, с низким электропотреблениемидолгим сроком службы энергосберегющего светодиодного светильника. Также светильники типа СД имеют ряд других преимуществ, в сравнении с обычными ламповыми светильниками, такие как устойчивость к перепадам напряжения и температуры, хорошая защита от попадания в светильник грязи или воды, небольшой вес, отсутствие затрат на обслуживание в течение всего срока службы и другие.

2.1.2 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.

Рисунок 2.1 Светодиодный уличный светильник SVETECO-96

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.

2.1.3 Уличный светильник  ТЭС 80

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 2.2 - Светодиодный уличный светильник ТЭС 80

Таблица 2.2 - Технические характеристики

Ресурс светодиодного модуля, более	15 лет
Световой поток, не ниже	6000 Лм
Угол излучения	120°
Напряжение питания	156 - 265 В
Частота тока	0 - 50 Гц
Мощность светодиодного модуля	80 Вт
КПД, источника питания, не ниже	89%
Спектр излучения	белый
Масса, не более	5,5 кг
Влагозащита, IP не ниже	65
Температура окружающей среды	-40°C ... +40°C
Гарантийный срок эксплуатации	до 5 лет

2.4 Программное  обеспечение

Сети уличного освещения являются существенной частью структуры коммунального хозяйства городов, поселков и крупных предприятий. Современные сети уличного освещения – это энергоемкие объекты, правильное построение которых важно для их эффективной работы, рационального использования и минимизации потерь энергоресурсов. Внедрение новых технологий автоматизации сетей освещения позволяют не только решать эти задачи, но также облегчить их обслуживание и мониторинг. В настоящее время значительная часть оборудования районных и городских сетей освещения морально и физически устаревает и встает вопрос о его обновлении. Кроме того, современные системы автоматизации – это не просто дань моде, они имеют и экономические преимущества:

- в автоматическом режиме  строго соблюдается расписание, т.к. исключается влияние человеческого  фактора;

- нет необходимости выезжать  на проверку включения или  отключения освещения;

- в случае не отключения  освещения не происходит потерь  электроэнергии, т.к диспетчер оперативно об этом оповещается и принимает соответствующие меры (ранее о не отключении сообщали через несколько часов граждане – потери могли быть значительными);

- для осуществления технического  учета энергии нет необходимости  выезжать и снимать показания  со счетчиков визуально;

- более надежная система, построенная из современных компонентов, требует меньше затрат на свое  обслуживание.

 

3 РАБОЧИЕ СХЕМЫ ПРОЕКТА С ОПИСАНИЕМ ИСПОЛЬЗУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3 .1 Проект №1

Рисунок 3.1 – Модель уличного фонаря с использованием солнечной батареи

3.1.1 Описание используемого  оборудования с дополнительными  устройствами

1. Светодиодный светильник: SVETECO.

2. Солнечный элемент: ТСМ-180.

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