УСТРОЙСТВО СОЛНЕЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ "ГЕЛИОЛАМПА"
"SUN LAMP" SOLAR ILLUMINATION DEVICE

Устройство солнечного освещения «Гелиолампа» относится к альтернативной энергетике и предназначено для естественного освещения объектов различного назначения: жилых помещений, офисов, детских садов, домиков в лагерях отдыха, санаториях, медицинских пунктов, спортивных залов, бассейнов, палаток для размещения личного состава в полевых условиях, коттеджей, садовых домиков, хранилищ для взрывоопасных изделий, землянок для хранения пиротехнических средств и порохов, закрытых парков-хранилищ техники и вооружения, производственных помещений (цехов), командных полевых пунктов и блиндажей, закрытых автогрузовых контейнеров, машинных залов ГЭС, подвальных помещений, лестничных площадок в многоэтажных жилых домах, складов сельскохозяйственной и промышленной продукции, помещений для содержания скота и птиц, трюмов плавсредств, аудиторий учебных заведениях, автотранспортных тоннелей и т.п.
Известно изобретение, содержащее концентратор солнечного света и оптоволоконные световоды [2]. Недостатком предложенного технического решения является отсутствие механизма фокусировки солнечного света на торцы оптоволоконных световодов, что снижает КПД системы гелиоосвещения при изменении солнцестояния, освещение в пасмурное и темное время суток не предусмотрено.
Известно изобретение, содержащее концентратор солнечного света, светораспределяющий коллектор [7]. Основным недостатком этого изобретения является низкий КПД при восходе и при заходе солнца.
Известно изобретение, содержащее солнцепровод и насадку с внутренней зеркальной поверхностью, причем насадка выполнена конусной и отвод в виде полого конуса с внешней зеркальной поверхностью [8]. Основной недостаток этого технического решения заключается в неприспособленности данного солнечного светильника к обычным жилым и нежилым помещениям общего пользования, кроме того, отсутствует система, улавливающая солнечный свет при различных углах солнцестояния, из описания не видно способа установки зеркального полого конуса для его точной установки на центр отражательного зеркала, в этом случае возникает ситуация неравномерности освещения.
Известно изобретение, содержащее поворотный экран с секциями, снабженными гелиоприемниками, механизмом ориентации, светорассеивающие элементы для каждого освещаемого участка, редуктор привода, фотоэлектрический преобразователь солнечной энергии [5]. Недостатком данного изобретения является сложность механического привода, который, как следует из описания, будет потреблять всю электроэнергию фотоэлектрическими преобразователями, учитывая даже современное состояние развития солнечных преобразователей электрической энергии. Например, солнечная батарея размером 1404×794×3 максимально выработает электроэнергию мощностью 50-60 ватт, что явно недостаточно и для управления заявленной конструкцией и обеспечения освещения в пасмурное и темное время суток. Следует отметить, что конструкция дорогая, громоздка и не отвечает современным требованиям дизайна.
Известно изобретение, предназначенное для производственных помещений, содержащее световую шахту в виде короба с внутренней отражающей поверхностью, прозрачное верхнее остекление, параболический поддон с встроенными электролампами и жалюзи [1]. Основным недостатком этого технического решения является неэффективное верхнее остекленение, не учитывающее углы солнцестояния, сложность конструкции параболического поддона и узкая направленность применимости световой шахты.
Известна система энергосберегающего освещения, защищенная патентами США [3; 4] и содержащая светособирающий купол; световодные трубы с внутренней зеркальной поверхностью и имеющая на конце трубы светорассеивающую плиту; заслонку для ограничения светопотока; электродвигатель для управления заслонкой. Основным недостатком этой системы является невозможность увеличения интенсивности светового потока, так как диаметр купола и диаметр световодной трубы одинаковы, а также светособирающий купол устанавливается на крыше без учета широты местности.
В качестве прототипа принято изобретение [6], содержащее прозрачный купол, трубчатый световод с различными светоотражающими неровностями с тем, чтобы не свести параллельные лучи в отдельные точки фокусирования. Основным недостатком этого изобретения является наличие прозрачного купола, который часть солнечных лучей все же пропускает через себя, определенные затруднения возникают при изготовлении светоотражающих неровностей внутри световода, кроме того, сведение солнечных лучей в фокус внутри световодной трубой физически маловероятно. Следует отметить, что в пасмурное и темное время суток не предусмотрено освещение за счет запасенной солнечной энергии.
Технической задачей изобретения является создание конструкции устройства солнечного освещения «Гелиолампа», обладающего повышенным КПД светопередачи и возможностью использования этого устройства в пасмурное и темное время суток:
Сущность изобретения заключается: в эффективном сборе солнечного света оптически активным куполом и направлении собранного солнечного света в световодную трубу с помощью верхней плосковыпуклой рассеивающей линзы, плоская поверхность которой параллельна плоскости входа в световодную трубу, боковой поверхностью оптически активного купола, представляющая сопряженные между собой рассевающие плосковыпуклые секторные линзы, круговой рассеивающей плосковыпуклой линзой, расположенной плоской частью под углом 90° к образующей обратного конуса, а также сопряженной с ней центральной плосковыпуклой рассеивающей линзы, плоская поверхность которой параллельна плоскости входа в световодную трубу, последние расположены внутри оптически активного купола; в наличии конусности 2-3° стенок световодной трубы, что обеспечивает отражение солнечных лучей от зеркальной внутренней поверхности световодной трубы без потерь и обратного отражения, солнечный свет из световодной трубы попадает на рассеивающий плафон, расположенный в центре основания нижнего прямого усеченного конуса, и далее в помещение; в наличии нижнего прямого усеченного конуса, на внутренней поверхности образующей которого закреплена солнечная батарея, освещаемая отраженным солнечным светом от внутренней зеркальной поверхности кольцевой светодиодной электролампы, а его наружная поверхность представляет семейство светодиодов; кольцевая светодиодная электролампа в пасмурное и вечернее время, используя энергию, накопленную в аккумуляторной батарее, поступающую от солнечных батарей, освещает помещение объекта; в возможности управлять интенсивностью освещения, используя пульт управления, микродвигатель с валом, соединенным с плоской круглой заслонкой, имеющей зеркальную поверхность; в повышении КПД гелиолампы до 92% за счет большей площади сбора солнечного света и подачи его в световодную трубу, площадью, по крайней мере, меньшей чем в два раза площади сбора солнечных лучей; в размещении оси оптически активного купола под углом, соответствующим углу северной широты местности установки гелиолампы в условиях России.
На Фиг.1 показан общий вид гелиолампы в разрезе. Варианты применения гелиолампы показаны на: Фиг.2 - освещение жилых помещений; Фиг.3 - освещение хранилища техники и вооружения; Фиг.4 - освещение плавательных бассейнов; Фиг.5 - освещение трюмов плавсредств; Фиг.6 - освещение хранилищ взрывоопасных изделий; Фиг.7 - освещение погребков для хранения пиротехнических средств и порохов; Фиг.8 - освещение полевых командных пунктов и блиндажей; Фиг.9 - освещение палаток для размещения личного состава в полевых условиях; Фиг.10 - освещение закрытых автогрузовых контейнеров; Фиг.11 - размещение гелиолампы для освещения производственных помещений (цехов); Фиг.12 - размещение гелиолампы для освещения медицинских пунктов; Фиг.13 - размещение гелиолампы для освещения машинных залов ГЭС; Фиг.15 - размещение гелиолампы для освещения транспортного тоннеля; Фиг.16 - размещение гелиолампы для освещения помещений содержания скота и птиц.
Гелиолампа содержит: прозрачный оптически активный купол 1 Фиг.1, состоящий из верхней плосковыпуклой линзы 2, плоская поверхность которой параллельна плоскости входа в световодную трубу; рассеивающие плосковыпуклые секторные линзы 3, составляющие боковую поверхность оптически активного купола и представляющие собой соединенные по кругу купола системы усеченных секторных линз Фиг.1 (вид А-А); внутреннюю, расположенную внутри прозрачного оптически активного купола 1, круговую плосковыпуклую рассеивающую линзу 4, представляющую усеченную сферу Фиг.1; центральную плосковыпуклую рассеивающую линзу 5, плоская поверхность которой параллельна плоскости входа в световодную трубу, сопряженную с внутренней круговой плосковыпуклой рассеивающей линзой 4; прямой защитный конус 6; обратный конус 7 с внутренней зеркальной поверхностью; световодную трубу 8 с конусностью 2-3° и внутренней зеркальной поверхностью; плоскую круглую заслонку 9 с зеркальной поверхностью; электрический микродвигатель 10; аккумуляторную батарею 11; нижний прямой конус 12; круговую солнечную батарею 14, расположенную на внутренней поверхности, образующей нижний прямой усеченный конус 12 и предназначенной для преобразования солнечной энергии в электрическую и накопления ее в аккумуляторной батарее 11; рассеивающий плафон 15, соединенный с круговой светодиодной электролампой 16, внутренняя поверхность которого является круговой зеркальной поверхностью 13; вал 17, на котором закреплена плоская круглая заслонка 9; пульт управления 18 с электронным реле (не показан); клавишу 19 для управления плоской круглой заслонкой 9 и клавишу 20 для включения светодиодной лампы 16 в пасмурное и темное время суток; крепежные элементы 21 для фиксации защитного конуса 6 к крыше 23; внешнюю солнечную батарею 22 (как вариант), которая размещается на поверхности защитного конуса 6, расположенную на наружной поверхности защитного усеченного конуса (как вариант).
Гелиолампа работает следующим образом: солнечный свет, попадая на прозрачный оптически активный купол, в частности на верхнюю плосковыпуклую рассеивающую линзу, плоская часть которой обращена вовнутрь прозрачного оптически активного купола, направляет параллельные лучи солнца на внутреннюю круговую рассеивающую линзу, и центральную внутреннюю плосковыпуклую линзу, нижние плоскости которых обращены вовнутрь, а плоская часть внутренней круговой рассеивающей линзы составляет с образующей обратного конуса угол 90°, тем самым направляя параллельные пучки солнечного света по центру и кругу вовнутрь световодной трубы. Одновременно солнечный свет, проходя через систему усеченных секторных линз, составляющих боковую криволинейную поверхность оптически активного купола, отклоняется и попадает на центральную и круговую плосковыпуклые рассеивающие линзы, далее попадают в световодную трубу. Световодная труба имеет конусность 2-3°, поэтому ее внутренняя зеркальная поверхность отклоняет солнечные лучи только вниз и исключается отражение назад, что способствует повышению КПД гелиолампы до 92%. Солнечный свет на выходе из световодной трубы попадает в нижний прямой конус, на основании которого в центре размещен рассеивающий плафон, а вокруг него располагается кольцевая светодиодная электролампа с внутренней зеркальной поверхностью. Большая часть солнечных лучей, проходя через рассеивающий плафон, освещает помещение объекта, меньшая часть солнечных лучей, отражаясь от внутренней зеркальной поверхности кольцевой светодиодной электролампы, попадает на расположенные на внутренней боковой поверхности нижнего прямого конуса солнечные батареи, которые вырабатывают электроэнергию для ее накопления в аккумуляторной батарее, затем накопленная электроэнергия используется кольцевой светодиодной электролампой, освещая помещения объекта в пасмурное и темное время суток. Внутри световодной трубы вертикально по оси расположена плоская круглая заслонка с зеркальной поверхностью, которая закреплена на валу электрического микродвигателя, нажатием на пульте управления клавиши управления включается электрический микродвигатель, с помощью которого эта заслонка располагается перпендикулярно оси световодной трубы, в этом случае гелиолампа будет выключена. Зеркальная поверхность плоской круглой заслонки в вертикальном положении способствует прохождению солнечных лучей по световодной трубе. Пульт управления снабжен клавишей для включения светодиодной лампы. Гелиолампа размещается в защитном конусе, который крепится на крыше с помощью крепежных болтов. Угол наклона оси гелиолампы должен соответствовать углу северной широты местности при монтаже на территории Российской Федерации, чем достигаются лучшие условия освещения прозрачного оптически активного купола без применения системы слежения за солнцем. Использование солнечной батареи (как вариант), расположенной на наружной поверхности защитного усеченного конуса, позволяет увеличить КПД и выработку электроэнергии. Площадь сбора солнечного света оптически активным куполом не менее чем в два раза больше площади входа в световодную трубу, чем обеспечивается направление всего собранного солнечного света на освещение объекта, что в свою очередь увеличивает освещенность объекта.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №953132, Кл. Е04В 7/18, 23.08.1982.
2. Патент РФ на изобретение №2031308, Кл. F21V 33/00, 20.03.1995.
3. Патент США №5896713, 27.04.1999.
4. Патент США №6936593, 14.03.2000.
5. Заявка на изобретение RU №2009137155, 27.03.2010.
6. Патент РФ на изобретение №2396397, Кл. Е04В 7/18, 10.08.2010.
7. Патент РФ на изобретение №2403495, Кл. F21S 9/03, 10.11.2010.
8. Патент РФ на изобретение №2182287, Кл. F24J 2/42, F24J 2/00, 10.05.2002.