Энергонезависимые системы освещения

Энергонезависимые системы освещения для бытовых и производственных нужд в сельской местности

В статье рассказывается о перспективах развития энергонезависимых систем освещения. Возможные варианты их применения в сельской местности.

Введение

Ограниченность природных ресурсов на Земном шаре и постепенное их истощение, а также ухудшающаяся экологическая обстановка вызывают необходимость поиска новых путей энергообеспечения, в том числе с использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ).

В настоящее время все острее стоит проблема конечности объемов ископаемых природных ресурсов. Несмотря на осуществление многими странами политики ресурсосбережения, спрос на минеральное сырье в мире быстро возрастает как в количественном плане (примерно на 5% в год), так и в «ассортиментном» отношении. Всё это приводит к сокращению запасов полезных ископаемых. Природных ресурсов в необходимом объёме, по прогнозам ООН, хватит лишь на 60 лет. Так же остро стоит вопрос глобального потепления климата на планете. Каждый человек ощущает на себе изменения в порах года, зима становятся суровее, длиннее, лето жарче и засушливее. Все это по причине таяния ледников. Если человечество не задумается, не остановит свою разрушительную деятельность, то в ближайшем будущем нас ждет экологическая катастрофа.

Помочь снизить выбросы парниковых газов и добычу ископаемых углеводородов может грамотное внедрение альтернативной энергетики во все аспекты жизни. На современном этапе развития науки и техники альтернативные источники энергии из класса убыточных переходят в класс окупающихся, и даже прибыльных. Главными преимуществами таких систем являются отсутствие вредных выбросов и независимость от добываемых природных ресурсов.

Отличным способом применения альтернативной энергии является использование солнца и ветра для получения электричества. Особенно выигрышно выглядит комбинация этих двух источников в рамках одной системы.

Предпосылки к использованию энергии солнца и ветра. При рассмотрении любой инновационной энергетической технологии всегда возникает вопрос о её эффективности, конкурентоспособности и актуальности в конкретных условиях. На тему альтернативной энергетики в нашей стране проводились масштабные, долгосрочные исследования. В данной главе я хочу рассказать о перспективе развития солнечно и ветряной энергетики в нашей стране.

Ветер

Энергетика на основе преобразования механической энергии ветра в электричество все больше популярна как в Европе, так и в нашей стране. Гарантированная выработка утилизируемой энергии ветра с 7% территории Беларуси составит 14,65 млрд кВт/ч. Использование же зон с повышенной активностью ветра гарантирует выработку энергии ветроэнергетической установкой до 6,5-7,5 млрд кВт/ч с окупаемостью затрат в течение 5-7 лет. Абстрактные сведения о территориальном распределении ветроэнергоресурсов, способствующие планированию развития ветроэнергетики в Беларуси, дополнены разработкой комплекта карт и паспортизацией возвышений. В городской и сельской местности помимо естественных факторов на места установки ветряков влияет также наличие возможности грамотно использовать выработанную ими энергию. При этом сама установка не должна выбиваться из общего пейзажа. Работа ветряка и связанные с ней побочные явления не должны вызывать дискомфорт у населения.

Исходя из ветроэнергетического потенциала, только в Минской области насчитывается 1076 строительных площадок под размещение на каждой от 3 до 10 ВЭУ континентального базирования мощностью до 1000 кВт. Среднегодовая выработка только 10% этих ВЭУ в статистическом распределении времени работы в номинальном режиме от 2500 до 3300 часов в год на срок эксплуатации установок составляет около 2676 млн кВт/ч. Соответственно среднегодовая экономия жидкого топлива составит более 800 тыс. тонн. Сроки окупаемости капитальных вложений в ветротехнику сопоставимы со сроками окупаемости малых гидроэлектростанций, парогазовых и газо-мазутных электростанций и значительно ниже данных сроков для угольных, атомных и дизельных электростанций. По завершении срока окупаемости затраты на эксплуатацию ВЭУ неизмеримо ниже аналогичных затрат для электростанций, работающих на жидком, газообразном, твердом и ядерном топливе, т.к. не нуждаются в поставках ископаемых источников энергии. Следует учитывать, что ветроэнергетическая отрасль за счет каждой ВЭУ начинает вырабатывать энергию немедленно после монтажа и при этом не требует гигантских единовременных капитальных вложений, также как и концентрированных вложений при заменах по завершении сроков эксплуатации каждой отдельной ВЭУ. Основными препятствиями к развитию ветроэнергетики в Беларусии как путем внедрения зарубежной ветротехники континентального базирования, так и посредством организации производства собственных ВЭУ, остаются проблемы финансирования работ по созданию ВЭУ и ВЭС, тарифной и налоговой политики, отсутствия льгот при закупке и эксплуатации ветроэнергетического оборудования, стандартизации и сертификации продукции.

Солнце

Основным источником энергии для поддержания природных процессов на планете являются процессы термоядерного синтеза, протекающие на Солнце. Потенциал солнечной энергетики определяется солнечной постоянной – плотностью потока солнечного излучения на расстоянии, равном среднему диаметру эллиптической орбиты земли через площадку, перпендикулярную направлению солнечных лучей. Эта величина составляет 1353 Вт/м2. Не вся эта энергия достигает поверхности Земли. Однако даже той небольшой части энергии солнца, дошедшей до земли, будет достаточно для удовлетворения нужд населения планеты в электричестве.

Актуальны ли проблемы развития солнечной энергетики для Республики Беларусь? Проведем несложный расчет. Возьмем среднегодовое значение мощности солнечного излучения 0.12 кВт/м2(такое значение зарегистрировано для Могилева). Расчёт показывает, что если солнечный элемент расположить с наклоном 30 – 40° к югу, то величина среднегодовой мощности солнечного излучения будет повышена до 0.15 кВт/м2. Даже при эффективности солнечной батареи, равной 10 %, за год с одного метра квадратного может быть получено 131.4 кВт-часов электроэнергии. Это означает, что для покрытия годовой потребности Беларуси в электроэнергии, никогда не превышавшей 50 млрд. кВт-часов, необходимо установить солнечные батареи на площади 380 км2 (менее 0.2 % территории республики). Из этого можно сделать вывод, что солнечная энергетика обязана быть востребована в нашей стране.

Энергонезависимая система освещения

Для начала определимся с понятием. Энергонезависимая система освещения – это комплекс устройств обеспечивающих автономное освещение необходимого пространства в темное время суток независимо от проводной электросети. Независимость данной системы позволяет решить проблему человеческого фактора, каждый элемент из комплекса систем работает независимо друг от друга. При наступлении темноты освещение включается, с рассветом – выключается. Существует масса возможностей воплощения данного вида системы. Это может быть подсветка рекламного щита, оснащенная солнечной батареей, светофор, дорожный знак, подсветка фасадов зданий, декоративная иллюминация мостов и т.д. Но особый интерес привлекает уличный фонарь. Этот интерес обусловлен тем, что количество фонарей несоизмеримо больше, чем всех других видов систем вместе взятых. Не стоит забывать и о важности уличного освещения, оно имеет практический, а не эстетический смысл. Потребность в системах данного вида растет с увеличением количества дорог, парковых зон и с ростом городов.

Энергонезависимый уличный фонарь отличается от обычного тем, что электроэнергию для питания светодиодной лампы вырабатывает солнечная батарея и ветрогенератор. Во время солнечной или ветряной погоды выработанная электроэнергия, через контроллер заряда, накапливается в аккумуляторной батарее. Светодиодная лампа берет электричество не от ветряка или солнечной батареи, а именно из аккумулятора, электроемкость которого позволяет работать освещению в течении нескольких суток без подзарядки. Это предусматривается при разработки системы на случай пасмурных и безветренных дней. Контроллер в таких случаях не позволит разряжаться аккумулятору ниже определенного уровня, дабы не ухудшить его характеристики. Каждый фонарь включается самостоятельно, в зависимости от окружающей обстановки. Для включения и выключения освещения используются различные типы фотореле. Конструктивно каркасом всей системы является столб. Длина его должна быть оптимальной для угла освещения и рационального использования энергии ветра. Сам столб имеет фланцевое крепление, что обеспечивает его достаточно быструю установку. В ответной части опоры, в той, которая вмораживается в бетонную подушку, устанавливается АКБ. Крышка щитка коммутации выполняется из полупрозрачного материала, что позволяет корректно срабатывать датчику освещенности. Солнечные панели устанавливаются на сварную раму, и крепятся к столбу, ветряк крепится к верхнему торцу опоры. Данная система будет интересна для установки в местах, где дорого или невозможно проводить классическое освещение, в заповедных зонах, там, где требуется временное освещение. Особенный интерес представляет установка такого рода осветителей в школьных дворах. Причем здесь решается две задачи. Во-первых. Затраты на освещение школьного двора сокращаются. Во-вторых. Ученики школы получают возможность в реальности увидеть энергосберегающие технологии и на их примере убедиться в практическом применении целого ряда физических явлений.

Вид школьного двора после установки системы

Заключение

Использование энергонезависимой системы освещения, которая представляет собой столб освещения с установленными на нем солнечными панелями и ветряком, энергия от которых после накопления в аккумуляторе используется для освещения представляется перспективной и актуальной. Для данной системы составлена собственная методика расчета компонентов и экономической эффективности. Предложенная система имеет еще и эстетическое наполнение, так как позволяет изготавливать осветительный столб под заказ с требуемым дизайном. Он может быть не только функционален, но и архитектурно уместен.