Автономно улично осветление

ПОДОБНИ СТАТИИ

Драйвери и контролери за LED осветление

Приложение на панели със странична LED подсветка

Термична защита на осветителни системи

Ултравиолетови светодиоди в POU системи за пречистване на вода

Новости в елементната база за LED осветление

Съвременни достижения в органичните светодиоди (OLED)

Новости при компонентите за LED осветление

В много български общини стартира реализацията на проекти за инсталация на улични лампи с автономно захранване от фотоволтаични модули. Въпреки че изискват по-голяма първоначална инвестиция, използването на осветителни уредби с внедрени алтернативни източници на енергия е целесъобразно решение по много причини. Енергията, която генерират, е безплатна и екологична, при експлоатацията им не се отделят вредни емисии и изискват ограничена поддръжка.

Автономните улични лампи се състоят от фотоволтаичен модул, акумулаторна батерия, контролер на заряда, светлинен източник, електронен блок за управление, кабели и конектори. Мощността на фотоволтаичните модули, използвани за целта, варира от 80 Wp до 250 Wp. Генерираната от тях електрическа енергия през деня се съхранява в акумулаторната батерия, за чийто оптимален режим на заряд се грижи контролерът.

Той защитава батерията от прекалено разреждане или презареждане. При изпълнението на тази задача се използват релета за ниско и високо напрежение, като в първия случай релето изключва товарите от батерията, когато напрежението на батерията спадне до стойност, показателна за достигането на определена дълбочина на разряд на батерията, а във втория - ограничава зарядното  напрежение на заряда. Контролерите имат и други важни функции – предотвратяват обратния ток във фотоволтаичните модули през нощта, защитават системата от претоварване и късо съединение.

Някои от предлаганите модели имат ръчно настройваеми режими на зареждане, предназначени за различните видове батерии и възможност за работа в режим на дозареждане на електролитните клетки. По-съвременните контролери включват и тракери за проследяване на максималната работна точка, което значително повишава производителността на фотоволтаичните панели и оптимизира тяхната работа.

Акумулаторната батерия най-често е 12-волтова, а капацитетът й е от 100 до 150 Ah. Нейното предназначение е да акумулира излишната енергия, генерирана от фотоволтаиците през светлата част на денонощието, и да я отдава през нощта, поддържайки непрекъснато електрозахранването на лампите. Изискване към този тип акумулаторни батерии е да притежават възможност за дълготраен живот при условия на ежедневно зареждане и разреждане, т. е. пълни (дълбоки) цикли “разряд-заряд”. Като вид обикновено са оловно-киселинни.

Според конструкцията си се разделят на залети и затворени. В залетите батерийни клетки има течен електролит, който системно трябва да бъде допълван с дейонизирана вода. Затворените клетки обикновено съдържат електролит под формата на гел или включват метод за рекомбиниране на водород и кислород и нямат нужда от допълване.

В идеалния случай батериите се зареждат на три етапа. В първия от тях батерията получава най-голям заряд. Следва абсорбиращ заряд, когато батерията се зарежда при постоянно напрежение, но при намален ток, за да се завърши процесът на зареждане. Последната фаза е допълващ заряд, в която батерията просто се поддържа заредена.

Важен фактор при избора на батерия е така наречената Ah ефективност (енергийна възвръщаемост), която се определя от отношението между амперчасовете, подадени към и получени от батерията (втората стойност винаги е по-малка). При новите батерии тази стойност е около 90% при идеални режими на зареждане и подходящи температурни условия. В реални условия за добър показател се приема и 75% Ah ефективност.

Електрическият капацитет на батериите се влияе от тока и температурата, при които се разрежда. При ниски температури капацитетът значително намалява - по правило с 1% за всеки температурен градус. Температури много под 0 оС могат да повредят оловно-киселинните батерии, тъй като при тези стойности има вероятност електролитът да замръзне. Твърде високите температури също оказват негативно въздействие върху батериите.

Електронният блок управлява функционирането на системата, в това число и включването на светлинните източници и изключването им сутринта. Работата на светлинните източници се регулира от датчик за осветеност и таймер. При повечето модели улично осветление източникът, фотоволтаичният модул и контролният блок се монтират на височина от около 7-8 м върху стълб от алуминий или галванизирана въглеродна стомана.

Акумулаторът би могъл да бъде положен в контейнер под земята, в непосредствена близост до стълба. Специалистите препоръчват този вариант, тъй като той предпазва акумулатора от големи разлики в температурата и най-вече от отрицателни зимни температури, които могат да понижат реалния му капацитет и това да даде отражение върху продължителността на светене на източника.

Светлинни източници
Най-енергийно ефективните светлинни източници за автономни улични осветители са светодиодите. Отличават се с ниска консумация на енергия (до 10 пъти по-ниска, отколкото при традиционните осветителни тела); дълъг експлоатационен живот (до 100 000 часа, което показва висока възвръщаемост на инвестициите); висока надеждност, висок коефициент на полезно действие на осветителя – над 95%; висока ефективност при работа в тежки експлоатационни условия (удароустойчиви, прахозащитени, влагоустойчиви – IP 65 - IP 68), електробезопасни - работят при безопасно напрежение (12 V AC/DC или 24 V AC/DC); притежават възможност за димиране; работен температурен диапазон от -20 °С до +50 °С; не излъчват ултравиолетови и инфрачервени лъчи, които са вредни за човешкото зрение.

Светодиодите не изискват стартерни и баластни устройства за запалването си. Като електронни компоненти, работещи при ниски напрежения, имат просто устройство, лесно се управляват с прости и евтини схемни решения. Установено е, че светодиодното осветление се нуждае от минимална поддръжка по време на дългия си оперативен живот. Процентът на повредите при светодиодните продукти при над 6000 часа работа възлиза на около 1% в сравнение с 10% при традиционното конвенционално осветление за същия период от време.

Фотоволтаичното LED улично осветление е добра алтернатива на лампите LPS (Low Pressure Sodium - натриеви с ниско налягане) и MH (Metal Halide - метал халогенни). Докато LPS лампите осветяват с жълто-оранжева светлина, то LED уличното осветление генерира много добра и насочена бяла светлина с отличен интензитет и цветова гама, позволяваща отлично нощно осветяване.
Комбинацията от LED осветителни тела, заедно с подходящо управление, е ключът към максималната ефективност.

Системи за контрол и управление
Разкопаването за полагане на допълнителни кабели за управление на уличното осветление е скъпо начинание, поради което специалистите често използват безжични протоколи за комуникация. Има разработени множество протоколи за безжичен пренос на данни, подходящи за едно и двупосочно управление на уличните осветителни тела.

Сред тях са IEEE 802.15.4 – три скорости на обмен 250 kbps, 40 kbps и 20 kbps, съответно за честоти 2.4 GHz, 915 МHz и 868МHz, максимална допустима мощност на излъчване – 10 mW, т. е. обхват до 500 м при пряка видимост; ZigBee - надгражда IEEE 802.15.4 с допълнителни възможности за самоорганизиране и самовъзстановяване, поради началната идентификация на всяко едно устройство в мрежата; Z-Wave – до 40 kbps и радиус до 30 m, работна честота 868 MHz; EnOcean – работни честоти 868 MHz и 315 MHz, до 125 kbps и обхват до 300 m в открито пространство; NanoNet – скорост до 2 Мbps, честота 2.4 GHz и максимален обхват до 700 m в открито пространство. Възможен е и друг начин за управление – чрез модулиране на захранващото напрежение. Ефектът е еднопосочно управление, т. е. подаване на единични сигнали за димиране.

Хибридни системи за улично осветление
Сред последните нововъведения в автономните улични осветители е комбинацията на фотоволтаични модули с малки вятърни генератори. Системите се монтират на отделните стълбове и отдават генерираната енергия на акумулатора, който захранва светлинния източник през тъмните часове на денонощието. При изграждане на подобна система е необходимо да се вземат под внимание типичните климатични показатели за региона - плътността на слънчевата радиация и скоростта на вятъра. За различните ъгли на разположение на фотоволтаичния панел данните за плътността на слънчевата радиация варират.

Същото е валидно и за скоростта на вятъра, която в зависимост от височината на монтаж на ветрогенератора се променя. След извършване на необходимите изчисления и проучвания се прави и окончателният избор на компонентите, които ще включва хибридната осветителна система. Хибридната система се изплаща бързо заради значителните икономии от електричество. Според експертите тя е изключително подходяща за улично осветление в България, тъй като у нас през лятото вятърът е по-слаб, но слънцето е по-силно, а през зимата е обратното.