АВТОНОМНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к автономным осветительным устройствам, электропитание которых осуществляется с использованием солнечной и ветровой энергии, и может быть использована в различных секторах экономики: для наружного освещения дорог, переездов, парковых, дворовых и других территорий и т.п.
Известно автономное осветительное устройство, содержащее осветительный прибор, опору для его размещения и источник электропитания (бензогенератор) с блоком преобразования электроэнергии, которое используется для автономного освещения с использованием в качестве первичного источника энергии жидкого топлива. (Патент на изобретение № RU 2193581 «Аварийная осветительная установка»).
Эта установка обладает рядом существенных недостатков, основными из которых являются использование в качестве источника электропитания бензогенератора, что ведет к необходимости периодической заправки устройства топливом, и неэкологичность (загрязнение окружающей среды продуктами сгорания).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является автономное осветительное устройство, содержащее вертикальную опору, на которой размещены электрически соединенные между собой ветроэнергетическая установка, фотоэлектрический преобразователь солнечного излучения, аккумуляторная батарея, блок автоматического управления системой и светодиодные излучатели. Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) использует принцип преобразования колебательного рабочего движения в электроэнергию. ВЭУ, фотоэлектрический преобразователь аккумулятор, блок управления и линейки светодиодных излучателей размещены в виде единого модуля в одной вертикальной плоскости на консольном опорном рычаге, механически закрепленном на вертикальной опоре. Основными недостатками этой установки являются низкая эффективность первичных источников электроэнергии, обусловленная использованием низкоэффективной ВЭУ на колебательном принципе действия и размещением фотоэлектрических преобразователей в вертикальной плоскости с неоптимальной облученностью потоком солнечного излучения, некомпактность устройства и повышенный вес, большая парусность, вызывающие повышенные нагрузки на опору, и неравномерность облучения светом освещаемой поверхности в связи с линейным размещением светодиодных излучателей без оптической системы коррекции светового потока. (Уличный светильник с питанием от солнечной и ветровой энергии // Патент России №2283985 МПК F21S 9/02 с приоритетом от 09.04.2004, прототип).
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу создания автономных осветительных устройств с повышенной эффективностью преобразования энергии ветра и солнечного излучения, высокой компактностью и сниженным весом энергоустановки, размещаемой на опоре, и улучшенной однородностью освещенности освещаемых поверхностей.
Поставленная техническая задача решается тем, что в автономном осветительном устройстве, содержащем вертикальную опору, на которой размещены электрически соединенные между собой ветроэнергетическая установка, фотоэлектрический преобразователь солнечного излучения, аккумуляторная батарея, блок автоматического управления и светодиодные излучатели, ветроустановка выполнена с вертикальной осью вращения и расположена на вершине опоры, фотоэлектрический преобразователь закреплен на опоре с ориентацией на юг под углом к горизонту в пределах широта местности плюс/минус 15 градусов, а светодиодные излучатели размещены внутри осветительного прибора, снабженного зеркальными отражателями, обеспечивающими равномерное распределение светового потока на освещаемом участке земной поверхности.
Такое выполнение автономного осветительного устройства за счет применения ветроустановки с вертикальным валом, характеризующейся высокой эффективностью преобразования энергии ветрового потока в электроэнергию, и размещения ее на вершине опоры, чем обеспечивается обтекание лопастей ветроустановки воздушным потоком большей скорости, а также за счет размещения фотоэлектрических преобразователей на опоре с ориентацией на юг под углом к горизонту в пределах широта местности плюс/минус 15 градусов, чем достигаются более высокая интегральная облученность преобразователей солнечным излучением в расчете на единицу их поверхности, позволяет добиться повышения эффективности преобразования энергии солнечного излучения и энергии ветрового потока в электроэнергию, а также повышения компактности энергоустановки, снижения суммарного веса ее компонентов и тем самым снижения механических нагрузок на опору. Размещение светодиодных излучателей внутри осветительного прибора, снабженного зеркальными отражателями, позволяет обеспечить равномерное распределение светового потока на освещаемом участке земной поверхности с удовлетворением технических требований по равномерности освещенности, предусмотренных действующими нормативными документами (СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение» и др.).
Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками на фиг.1 и фиг.2.
Автономное осветительное устройство содержит вертикальную опору 1, на которой размещены электрически соединенные между собой ветроэнергетическая установка 2, фотоэлектрический преобразователь солнечного излучения 3, аккумуляторная батарея 4, блок автоматического управления 5 и светодиодные излучатели 6, расположенные внутри осветительного прибора 7, снабженного зеркальными отражателями 8.
Предлагаемое автономное осветительное устройство работает следующим образом. Ветроустановка с вертикальным валом 2, установленная на вершине опоры 1, и фотоэлектрический преобразователь 3 преобразуют соответственно энергию ветрового потока и потока солнечного излучения в электроэнергию, которая с помощью блока автоматического управления 5 направляется для электропитания осветительного прибора 7 и в случае избытка генерируемой мощности или при выключенном осветительном приборе 7 для заряда аккумуляторной батареи 4. При недостатке генерируемой мощности электропитание осветительного прибора 7 осуществляется и от аккумуляторной батареи. Установленная мощность ветроустановки, фотоэлектрического преобразователи и емкость аккумуляторной батареи выбирается с учетом мощности осветительного прибора и климатических условий эксплуатации автономного осветительного устройства, исходя из требуемого показателя гарантированности работы устройства в различные периоды года.
Равномерность распределения светового потока на освещаемом участке земной поверхности обеспечивается за счет размещения групп светодиодных излучателей 6 внутри осветительного прибора 7 на плоскостях, расположенных под углом друг к другу, и использования зеркальных отражателей 8, обеспечивающих формирование пространственного распределения силы света осветительного прибора в соответствии с нормативными документами.
Достоинствами предлагаемого автономного осветительного устройства является высокая энергетическая эффективность, компактность, малый вес, что позволяет разместить энергоустановку на вершине стандартной осветительной опоры без излишнего ее упрочнения, а также способность удовлетворения нормативных требований по однородности светового потока на освещаемой поверхности.
Автономное осветительное устройство может найти применение при освещении автомобильных дорог различной категории, пешеходных переходов, железнодорожных переездов, периметров охраняемых территорий и в других сферах. Наиболее экономично использование предлагаемых автономных осветительных устройств в местах, удаленных от электрических сетей.
Осветительное устройство является экологически чистым.
В Объединенном институте высоких температур РАН выполнены оптимизационные расчеты автономного осветительного прибора для различных климатических условий эксплуатации, изготовлены экспериментальные образцы устройства и проведены полевые испытания, подтвердившие эффективность заявляемых технических решений.