Способ автономного освещения
AUTONOMOUS LIGHTING METHOD

Изобретение относится к способам автономного электроосвещения, точнее наружного освещения, в условиях отрицательных температур, предназначенным для освещения трасс, дорог, улиц и объектов при отсутствии централизованного электроснабжения.
Известно много технических решений, относящихся к различным способам автономного уличного освещения и освещения автотрасс.
Использование известных способов позволит отказаться от необходимости в прокладке электрических кабелей, и позволит создавать системы освещения устойчивыми к аварийным ситуациям и технологическим сбоям в электрических сетях.
Известен способ, реализованный в автономной системе электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения (RU 2157947, МПК F21S 9/02,опубл. 20.10.2000, Бюл. № 29), в котором заряжают аккумуляторную батарею от автономного источника электрической энергии, включают осветительную лампу с помощью датчика освещенности и блока управления системой освещения.
Известный способ, реализованный в автономной системе электроосвещения, из-за его привязки к внешним условиям (наличие солнечного света, ветра, низкой температуры), не достаточно эффективный и не может отвечать условиям стабильной работы. Для условий работы в северных широтах, где продолжительность светового дня на протяжении полугода не превышает 50%, а часто бывают и пасмурные дни, энергии солнца будет недостаточно. Использование аккумуляторов для накопления энергии, выработанной при выключенном освещении, влияет на стоимость всего устройства. Кроме того, ограниченное количество циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи, снижение емкости и деградация элементов при отрицательных и околонулевых температурах, превращает ее в дорогой расходный элемент, требующий частой замены, что затрудняет обслуживание.
Известен способ, реализованный в установке уличного освещения с питанием от солнечных батарей «Наружный светильник с питанием от солнечной энергии» (патент США № 5149188, опубл. 2013-11-19, публикация US8588830B2, НКИ 362-183, МКИ F21S 15/08), в котором заряжают аккумуляторную батарею от солнечных панелей с фотоэлектрическими элементами, включают осветительную лампу с помощью органа управления в зависимости от уровня наружного освещения.
Недостатком аналога «Наружный светильник с питанием от солнечной энергии» (патент США № 5149188) является упрощенное управление, которое не позволяет эффективно экономить электроэнергию в аккумуляторе.
Известен способ, реализованный в автономном устройстве освещения (RU 2680378 C1, МПК F21S 9/02, опубл. 20.02.2019 Бюл. № 5) в котором источник освещения питают электроэнергией от электрогенератора, лопатки пропеллера которого вращают потоком конвекционного потока воздуха в вертикальной трубе. При этом поток воздуха создают нагревом воздуха от этого же электрогенератора. С помощью блока управления осуществляют управление автономным устройством освещения в автоматическом режиме в зависимости от освещенности окружающего пространства или по расписанию, а также удаленно.
Использование способа, реализованного в устройстве, позволит отказаться от необходимости в прокладке электрических кабелей, подключения к внешним источникам электрической энергии, а также не требует периодической заправки топливом, не зависит от солнечного света или ветра, и делает систему освещения устойчивой к авариям и технологическим сбоям.
К недостаткам можно отнести сложность реализации и использование электрогенератора для нагрева воздуха. Вызывает сомнение возможность выработки необходимого для создания конвекционного потока воздуха количества тепла электронагревательными элементами, запитанными от электрогенератора, ротор которого вращается крыльчаткой от созданного конвекционного потока воздуха.
Известен способ, реализованный в установке уличного освещения с питанием от солнечных батарей «Автономное устройство освещения дорог, улиц, дворов» (патент RU № 2394183 C2, МПК F21S 9/02, опубл. 10.07.2010 Бюл. № 19), в котором в течение светлого времени суток от солнечных батарей через устройство управления заряжают аккумуляторные батареи. При наступлении темного времени суток датчиком освещенности вырабатывают сигнал разрешающий включение освещения дороги. При наступлении светлого времени суток формируется сигнал на отключение освещения. Освещение включают при поступлении сигнала от датчика движения.
Способ позволяет выполнить автономное освещение дорог, улиц, дворов, реагируя на движение, используя солнечную энергию, запасенную в химическом аккумуляторе.
Недостатком является то, что использование химических аккумуляторов для накопления энергии, выработанной солнечными батареями при выключенном освещении, требует преобразования параметров электроэнергии для зарядки аккумуляторов, что влияет на стоимость всего устройства. Кроме того, ограниченное количество циклов заряда-разряда аккумуляторной батареи, снижение емкости и деградация элементов при отрицательных температурах, превращает ее в дорогой расходный элемент, требующий частой замены, что затрудняет обслуживание. Основным недостатком способа является высокая стоимость, сложность эксплуатации и не надежная работа аккумуляторов в условиях низких температур.
За совокупный прототипприняты способ, реализованный в автономном устройстве освещения (RU 2680378 C1, МПК F21S 9/02, опубл. 20.02.2019 Бюл. № 5) и способ, реализованный в установке уличного освещения с питанием от солнечных батарей «Автономное устройство освещения дорог, улиц, дворов» (патент RU №2394183 C2, МПК F21S 9/02, опубл. 10.07.2010 Бюл. № 19) описанные выше.
Признаки прототипа, совпадающие  с существенными признаками предлагаемого изобретения следующие:
• при наступлении темного времени суток включают освещение объекта;
• отключают освещение в светлое время суток;
• включают освещение при наличии движения в зоне действия объекта
• создают поток воздуха в вертикальной трубе, которым вращают крыльчатку.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение эксплуатации и повышение надежности в способе автономного освещения объектов в условиях отрицательных температур.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в накоплении тепловой энергии от солнечной энергии в светлое время суток и ветровой энергии в любое время суток в незамерзающей жидкости, расположенной в теплоизолированной емкости, с последующим преобразованием ее в электрическую энергию с помощью термоэлектрического элемента, которую подают на осветительную лампу.
Способ автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды, включающий подключение осветительной лампы по сигналу датчика освещенности и датчика движения к источнику электроэнергии в темное и отключение в светлое время суток, создание конвекционного потока воздуха для вращения крыльчатки, согласно изобретению, в светлое время суток нагревают солнечной энергией внутреннюю стенку вертикальной трубы через прозрачные окна в трубе, чем создают конвекционный поток воздуха для вращения крыльчатки, вал которой с мешалкой на нижнем конце помещают в теплоизолированную емкость с незамерзающей жидкостью, к которой присоединяют одной стороной в проеме теплоизоляции термоэлектрический элемент – источник электроэнергии для осветительной лампы, к другой стороне которого обеспечивают доступ воздуха окружающей среды, а проем в теплоизоляции автоматически закрывают в светлое время суток теплоизолирующим экраном, в котором создают отверстие, и открывают в темное время суток по сигналу датчика освещенности.
Дополнительно к валу мешалки присоединяют вал ветроколеса, который располагают в верхней части вертикальной трубы.
Наличие отличительных признаков, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники не было выявлено источников, содержащих совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения, а также не была установлена известность влияния отличительных признаков на достигаемый технический результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность предлагаемого способа автономного освещения при отрицательной температуре окружающей среды поясняется чертежом, где на фиг. представлена схема поясняющая принцип работы способа.
На фиг. показаны: осветительная лампа 1, подключенная через датчик движения 2 и датчик освещенности 3 к термоэлектрическому элементу 4, который одной стороной соприкасается с емкостью 5, в которой налита незамерзающая жидкость 6. Емкость 5 покрыта теплоизоляцией 7. Термоэлектрический элемент 4 расположен в проеме 8 теплоизоляции 7. Проем 8 закрывается подвижным теплоизолирующим экраном 9.
Емкость 5, в которой налита незамерзающая жидкость 6, расположена в проеме 10 вертикальной трубы 11, в нижней части которой выполнены отверстия 12 для притока воздуха, в средней части выполнено прозрачное окно 13, в верхней части расположена крыльчатка 14. Вал 15 крыльчатки соединен через передачу 16 с валом 17 мешалки 18. Выше вертикальной трубы 11 расположено ветроколесо 19 с вертикальной осью, вал 20 которого через обгонную муфту 21 соединен с валом 15 крыльчатки.
Способ реализуют следующим образом:
Нагревают солнечной энергией в светлое время суток напрямую через прозрачное окно 13 внутренние стенки вертикальной трубы 11 покрытые черной краской, от которых нагревается воздух внутри трубы. Нагретый воздух потоком поднимается вверх и приводит во вращение крыльчатку 14. Через вал 15, передачу 16, вал 17 приводится во вращение мешалка 18. За счет перемешивания жидкости 6 происходит ее нагрев. При наличии ветра в любое время суток лопасти ветроколеса 19 приводят во вращение вал 20, который через обгонную муфту 21 дополнительно вращает вал 15 и мешалку 18.
При этом проем 9 в светлое время суток закрывают теплоизолирующим экраном 10 и термоэлектрический элемент 4, соединенный одной стороной с  теплой поверхностью емкости 5, не создает электродвижущую силу (ЭДС), так как отсутствует разница температур между сторонами термоэлектрического элемента 4. В темное время суток автоматически открывают экран 10, и холодная среда начинает воздействовать на другую сторону термоэлектрического элемента 4, при этом возникает разница температур между его сторонами, возникает ЭДС и при срабатывании датчика движения 2 подают напряжение на осветительную лампу 1. В теплоизолированном экране 10 выполнено небольшое отверстие, с помощью которого создают небольшую разницу температур, необходимую для создания ЭДС и тока для питания датчика освещенности 2 и механизма автоматического открывания теплоизолирующего экрана 10.
Предлагаемый способ позволяет решить задачу автономного освещения объектов в условиях отрицательных температур.