АВТОНОМНАЯ ГЕЛИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПА
AUTONOMOUS SOLAR LAMP

Автономная гелиоэлектрическая лампа (АГЭЛА) относится к возобновляемым источникам энергии и предназначена для естественного и искусственного освещения жилых и нежилых помещений различного назначения без использования традиционных источников энергии.
Известны изобретения, защищенные патентами США [1, 2], представляющие систему энергосберегающего освещения и содержащие: светособирающий купол; световодные трубы с внутренней зеркальной поверхностью и светорассеивающей плитой на конце трубы; 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.
Известно изобретение [3], 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. Кроме того, определенные затруднения возникают при изготовлении светоотражающих неровностей внутри световода, а 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.
Известна гелиолампа [4], содержащая: прозрачный оптически активный купол, состоящий из верхней плосковыпуклой линзы; выпукло-вогнутые усеченные секторные линзы, составляющие боковую поверхность оптически активного купола; среднюю вогнуто-выпуклую линзу, расположенную внутри прозрачного оптически активного купола; обратный конус; солнечную батарею; нижнюю плосковыпуклую линзу, установленную на входе в световодную трубу; прямой защитный конус; световодную трубу, обладающую конусностью 2°-3° с внутренней зеркальной поверхностью; плоскую круглую заслонку с зеркальной поверхностью; электрический микродвигатель; аккумуляторную батарею, расположенную на внутренней поверхности потолка; рассеивающий плафон, соединенный с круговой светодиодной электролампой; пульт управления с электронным реле; клавиши для управления плоской круглой заслонкой и включения светодиодной электролампы в пасмурное и темное время суток; ручное механическое управление положением плоской круглой заслонкой. Недостатком данного технического решения является малая площадь фотоэлектрических модулей, которые при длительном отсутствии солнечного излучения в пасмурную погоду не обеспечат надежную зарядку аккумуляторных батарей, кроме того при солнечном освещении двумя гелиолампами одного помещения возможно наличие зон с недостаточной освещенностью.
Известно изобретение [5], содержащее солнцепровод и насадку с внутренней зеркальной поверхностью, причем насадка выполнена конусной, а отвод в виде полого конуса с внешней зеркальной поверхностью. Основным недостатком данного изобретения является его непригодность для применения к обычным жилым и нежилым помещениям и местам 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.
В качестве прототипа принят патент [4] как наиболее близкий по техническому решению и применению.
Сущность заявленного изобретения заключается в: увеличении освещенности помещения; надежности накопления электроэнергии в аккумуляторных батареях (АКБ) с помощью тандемных фотоэлектрических солнечных модулей (ТФСМ), рационально размещенных вокруг световодных труб и на внутренних поверхностях двух криволинейных створок овального продольного плафона; обеспечении работы АГЭЛЫ в режиме полной автономной и автоматизированной эксплуатации.
Задачей заявленного изобретения является эффективное использование солнечного излучения для естественного и искусственного освещения жилых и нежилых помещений различного назначения в дневное, пасмурное и вечернее время. В результате решения указанной задачи может быть получен технический результат, выражающийся:
- в повышении уровня освещенности помещений, особенно прямоугольной формы, за счет применения двух оптически активных куполов, изготовленных из акрилового стекла, и собранных из сопряженных шестиугольных плосковыпуклых линз, плоской частью направленных вовнутрь купола, а также использование отражающей внутренней поверхности полых круговых усеченных обратных конусов, расположенных вокруг основания оптически активных куполов. Собранные оптически активными куполами лучи Солнца, а также отраженные от внутренней поверхности полых обратных конусов, направляются в полые световодные трубы, которые транспортируют солнечное излучение, через наклонные овальные зеркала в один общий овальный продольный плафон, сопряженный с полыми световодными трубами и расположенный по оси или диагонали освещаемого помещения, чем обеспечивается равномерное его освещение;
- в размещении на большей площади ТФСМ вокруг наружных вертикальных поверхностей полых световодных труб, возвышающих над плоскостью крыши, и на основании прозрачных прямых усеченных конусов, которые охватывают световодные трубы, изготовленные из акрилового стекла;
- в применении двух криволинейных створок с внутренней поверхностью, покрытой ТФСМ, которые в рабочем положении располагаются снаружи по обеим сторонам овального продольного плафона в нижней прозрачной его части, вырабатывая, при этом, достаточное количество электрической энергии в дневное время, когда нет надобности в использовании АГЭЛА по назначению, например в выходные дни и в нерабочие часы;
- в снижении до 70% затрат денежных средств на традиционную электроэнергию, что способствует уменьшению выбросу парниковых газов электростанций, работающих на углеводородном топливе;
- в применении датчиков света, движения и электронного блока управления, который оптимальным образом автоматически регулирует степень освещения помещения и накопление в АКБ электрической энергии, получаемой от ТФСМ;
- в наличие микродвигателя с червячной передачей, которая используется для установки криволинейных створок в верхней или нижней половине овального продольного плафона.
Заявленное изобретение поясняется чертежами. На Фиг.1 показан общий вид АГЭЛЫ в разрезе, пунктирными линиями обозначен ход солнечных лучей; на Фиг.2 представлен продольный овальный плафон в разрезе с криволинейными створками; на Фиг.3 показан вариант установки АГЭЛЫ на наклонной крыше зданий; блок-схема управления АГЭЛОЙ представлена на Фиг.4.
АГЭЛА состоит из функционально связанных между собой следующих составных частей: два оптически активных купола 1, представляющих полусферу из акрилового стекла, и собранных из сопряженных шестиугольных плосковыпуклых линз 2; две полые световодные трубы 3; два прозрачных усеченных конуса 4, выполненные из акрилового стекла; ТФСМ 5, расположенные вокруг верхней наружной части полых световодных труб 3, возвышающих над крышей 9 здания и на нижнем основании прозрачных усеченных конусов 4; полый обратный круговой усеченный конус 6 с зеркальной внутренней поверхностью и отверстиями 10 для слива дождевой воды; треугольные магнитные защелки 7 полого кругового обратного усеченного конуса 6; крепежные кольца 8, фиксирующие АГЭЛА на крыше здания 9; два овальных зеркала 11, расположенные в полых световодных трубах 3 в нижней их части напротив друг друга под углом 30° к горизонту; люк 12 для доступа к АКБ 13; овальный продольный плафон 14, изготовленный из акрилового стекла, и сопряженный с двумя полыми световодными трубами 3; магнитные защелки 15 и направляющие 16 криволинейных створок 23, расположенных по обеим сторонам овального продолговатого плафона 14; микродвигатель с червячным приводом 17; катушка с тросиками 18, прикрепленными к верхним кромкам криволинейных створок 23; светодиодные лампы 19; датчик света 20; крепежные элементы 21 овального продолговатого плафона 14 к потолку помещения 22; верхняя часть овального продолговатого плафона 14 с внутренней зеркальной поверхностью 24 и прозрачная нижняя часть 27 овального продолговатого плафона 14; ролики 25 и ТФСМ 26, расположенные на внутренней поверхности криволинейных створок 23; электронный блок управления 28; датчик движения 29; кнопка 30 ручного включения (выключения) АГЭЛЫ; кнопка 31 управления криволинейными створками 23.
АГЭЛА работает следующим образом. Исходное положение (А): солнечный или с переменной облачностью день, помещение используется по назначению. Криволинейные створки 23 находятся в нижнем рабочем положении, при появлении людей в помещении, датчик движения 29 снимает блокировку микродвигателя с червячной передачей 17, криволинейные створки 23 автоматически, с помощью электронного пульта управления 28, поднимаются в верхнее не рабочее положение, освобождая прозрачную часть 27 овального продолговатого плафона 14 для пропуска солнечных лучей. Солнечные лучи собираются оптически активным куполом 1 и с помощью сопряженных шестиугольных плосковыпуклых линз 2 направляются в полые световодные трубы 3, которые транспортируют их на овальные зеркала 11, от которых отраженный солнечный свет попадает с двух сторон в верхнюю часть овального продолговатого плафона 14 с отражающей поверхностью 26, откуда солнечный свет через его прозрачную часть 27 поступает в помещение. Эффективность освещения помещения обеспечивается наклоном овальных зеркал 11 под углом равным 30 к горизонту, что позволяет сконцентрировать солнечные лучи от двух оптически активных куполов 1 и двух полых световодных труб 3 в одном овальном продолговатом плафоне 14. Дополнительно, с помощью полого кругового усеченного обратного конуса 6 с зеркальной внутренней поверхностью, солнечные лучи направляются на оптически активные купола 1. Одновременно солнечное излучение воздействует на ТФСМ 5, расположенные вокруг верхней наружной части полых световодных труб 3, возвышающих над крышей 9 здания и на нижнем основании прозрачных усеченных конусов 4, при этом вырабатывается электроэнергия, которая электронным пультом 28 направляется для зарядки АКБ 13. Датчик света 20 контролирует освещенность помещения и в случае если освещенность в зависимости от назначения помещения достаточна электронный пульт управления 28 не подает сигнал на микродвигатель с червячной передачей 17, криволинейные створки 23 не опускаются. В этом положении происходит естественное освещение помещения. Выключение АГЭЛЫ осуществляется с помощью кнопки 30 электронного пульта управления 28, при этом криволинейные створки 23, двигаясь с помощью роликов 25 по направляющим 16, опускаются в нижнее рабочее положение и фиксируются магнитными защелками 15.
Исходное положение (Б): пасмурный день, помещение используется по назначению. Датчик света 20 контролирует освещенность помещения и в случае, если освещенность в зависимости от назначения помещения недостаточна, электронный пульт управления 28 подает сигнал на подключение АКБ 17 к светодиодным лампам 19, происходит искусственное и естественное освещение помещения одновременно.
Исходное положение (В): вечер (ночь), помещение используется по назначению. Датчик света 20 контролирует освещенность в помещении и в случае, если освещенность в зависимости от назначения помещения недостаточна, электронный пульт управления 28 по сигналу датчика света 20 подает сигнал на микродвигатель с червячной передачей 17, который передает вращение на катушку с тросиками 18, последние не удерживают криволинейные створки 23 в верхнем положении, и они, с помощью роликов 25, под тяжестью собственного веса катятся по направляющим 16, происходит их опускание в нижнее положение, где происходит их фиксация с помощью магнитных защелок 15. Одновременно электронный пульт управления 28 осуществляет подключение АКБ 17 к светодиодным лампам 19, происходит искусственное освещение помещения.
Исходное положение (Г): светлое время суток, помещение не используется по прямому назначению. Датчик движения 29 блокирует криволинейные створки 23 в нижнем положении, солнечные лучи через прозрачную часть 21 овального продольного плафона 14 воздействуют на ТФЭМ 24, расположенные на внутренней поверхности криволинейных створок 23, при этом вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в АКБ 17, что повышает КПД АГЭЛЫ. Уровень освещенности в помещении может регулироваться в ручном режиме с помощью кнопки 30 путем включения (выключения) микродвигателя с червячным приводом и кнопки 31 включения (выключения) светодиодных ламп 19.
АГЭЛА к крыше 9 здания крепится с помощью крепежных колец 8. Треугольные магнитные защелки 7 удерживают полые круговые усеченные обратные конусы 6 с зеркальной внутренней поверхностью на крепежном кольце 8.
Литература
1. Патент США, №5896713, 27.04.1999.
2. Патент США, №6936593, 14.03.2000.
3. Патент РФ на изобретение, №2396397, Кл. Б04В 7/18, 10.08.2010.
4. Патент РФ на полезную модель №109768, Кл. Е04В 7/18, 27.10.2011.
5. Патент РФ на изобретение, №2182287, Кл. F24J 2/42, F24J 2/00, 10.05.2002.