УСТАНОВКА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРООСВЕЩЕНИЯ И НАБЛЮДЕНИЯ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в системах автономного электроосвещения и наблюдения, установленных на привязных летательных аппаратах легче воздуха (аэростатах), предназначенных для освещения и наблюдения за обширными прилегающими территориями, в аэростатной технике, в частности в ветрогелиоэлектростанциях, работающих на бортовую нагрузку (системы электроосвещения и наблюдения), размещенных на привязных аэростатах, для производства электроэнергии с использованием возобновляемого альтернативного и экологически чистого источника энергии (движение воздушных масс и излучение солнца).
В настоящее время разработаны различные конструкции автономных систем получения электроэнергии из возобновляемых источников для ее использования в системах электроосвещения и наблюдения.
Так, известна ветроэнергетическая станция воздушного размещения (патент РФ №2159356 F03D 9/00, 09.12.1998), в которой для получения электроэнергии используются энергетические модули в виде каркасных газонаполненных тел вращения, внутри которых устанавливаются энергоузлы с быстроходными ветроагрегатами.
Недостатками ветроэнергетической станции воздушного размещения являются: сложность конструкции энергетических модулей и крыльевых проставок; большое аэродинамическое сопротивление установки, а значит и большая нагрузка всей системы на швартовочный кабель-трос; необходимость создания легкой и, в то же время, надежной системы крепления модулей между собой; отсутствие возможности использования вырабатываемой электроэнергии на месте без транспортировки на землю.
Также известна солнечная электростанция (патент РФ №2034742 В64В 1/50, H02N 6/00, 10.05.1995), в которой для получения электроэнергии используют поле солнечных элементов, закрепленное между летательными аппаратами легче воздуха, повернутое перпендикулярно к солнечным лучам и поднятое на высоту, превосходящую максимальную высоту облачности для региона использования.
Недостатками солнечной электростанции являются: отсутствие механизма регулирования установкой при различных направлениях и скоростях ветра, что будет влиять на угол поворота поля солнечных элементов к лучам солнца, так как поле солнечных элементов своей поверхностью образует огромное аэродинамическое крыло; необходимость создания полей солнечных элементов огромных размеров для установок большой мощности, из-за чего могут возникнуть проблемы надежности системы и безопасности наземных объектов; отсутствие возможности использования вырабатываемой электроэнергии на месте для целей электроосвещения и наблюдения.
Также известна автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения (патент РФ №2157947 F21S 9/10, F21S 9/00, F21K 7/00, F21W 111:02, F21W 131:10, F03D 9/02, 07.07.1999), в которой для электроосвещения местности используется светильник на опоре-стойке с малогабаритной вихревой ветроустановкой, использующей энергию ветра и энергию низкопотенциальных тепловых потоков.
Недостатками автономной системы электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения являются: малая мощность используемых энергетических источников, а значит и установленных источников света; зависимость от района использования; стационарное размещение установки.
Еще одним известным аналогом является аэростатное устройство радиолокационного обзора местности (патент РФ №2182544 В64В 1/50, H01Q 1/28, 18.04.2000), в котором для наблюдения за местностью используют привязной аэростат с наземной установкой питания и управления системой. Недостатками этого устройства являются потребность в наземном источнике электроэнергии, что уменьшает мобильность установки, а также ограниченные функциональные возможности.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является воздушная электростанция (патент РФ №2356785 В64В 1/00, 03.12.2007), в которой для получения электроэнергии используют аэростат с установленными на нем ветроагрегатами и солнечными фотоэлектрическими панелями, работающими на общую нагрузку.
Недостатками воздушной электростанции являются: технически сложное и громоздкое исполнение установки; невысокие технико-экономические показатели из-за неэффективного использования конструктивных возможностей установки для выполнения основной задачи - генерирования электроэнергии; отсутствие возможности использования вырабатываемой электроэнергии на месте для целей электроосвещения и наблюдения.
Задача предлагаемой полезной модели - повышение технико-экономических показателей установки, повышение эффективности использования возобновляемых источников энергии и обеспечение стабильной работы систем электроосвещения и наблюдения для эксплуатации в населенных пунктах, на сложных дорожных развязках, в труднодоступных районах, а также в районах чрезвычайной ситуации.
Поставленная задача достигается тем, что установка, состоящая из аэростата с фотоэлектрическими панелями на его поверхности и ветроагрегата, отличается от прототипа тем, что аэростат выполнен в виде усеченного конуса покрытого темной атмосферостойкой краской, фотоэлектрические панели расположены в местах наибольшего попадания солнечного излучения, под аэростатом расположен блок генерации, аккумулирования, преобразования электроэнергии и управления установкой с системами электроосвещения и наблюдения, а также ветроагрегат с лопастями в форме полуцилиндров, причем часть поверхности лопастей, которая воспринимает ветровой поток, закрыта защитным кожухом, соединенным с крылом, а под блоком генерации, аккумулирования, преобразования электроэнергии и управления установкой находится система креплений с удерживающими тросами.
Кроме того, в отличие от прототипа, в установке система электроосвещения может быть выполнена на светодиодных прожекторах.
Существо заявляемой полезной модели поясняется чертежом. На фиг. приведена установка автономного электроосвещения и наблюдения, состоящая из аэростата 1, выполненного в виде усеченного конуса для исключения скапливания снега и воды, на поверхности которого в местах наибольшего попадания солнечного излучения расположены фотоэлектрические панели 2. Поверхность аэростата покрыта темной атмосферостойкой краской для исключения образования ледяной корки. Под аэростатом расположен блок 3 генерации, аккумулирования, преобразования электроэнергии и управления установкой, внутри которого также установлен асинхронный генератор ветроагрегата 4. Под блоком 3 генерации, аккумулирования, преобразования электроэнергии и управления установкой, выполненным в виде цилиндра, расположены элементы системы электроосвещения (светодиодные прожекторы 5) и системы наблюдения (камеры слежения 6 с высокой разрешающей способностью). Для удерживания установки над поверхностью Земли используются крепления 7, к которым цепляются удерживающие тросы 8.
Установка автономного электроосвещения и наблюдения работает следующим образом.
Аэростат 1 с блоком 3 генерации, аккумулирования, преобразования электроэнергии и управления установкой заполняется гелием или другим газом легче воздуха и поднимается на рабочую высоту 30-100 метров над поверхностью Земли. На таких высотах скорость ветра имеет более постоянный характер, что увеличивает КПД ветроагрегата 4, а также происходит меньшее загрязнение поверхностей фотоэлектрических панелей 2, что также повышает их КПД. Фотоэлектрические панели 2, установленные на поверхности аэростата 1 в местах наибольшего попадания солнечного излучения, преобразуют энергию солнечного света в электрическую. Ветроагрегат 4 воспринимает поток ветра лопастями в форме полуцилиндров и вырабатывает постоянный электрический ток. Для предотвращения воздействия потока ветра на противоположно вращающиеся лопасти, их закрывает защитный кожух 9, направляемый по ветру при помощи крыла 10. Электрическая энергия, полученная от фотоэлектрических панелей 2 и ветроагрегата 4, через блок 3 генерации, аккумулирования, преобразования электроэнергии и управления установкой идет на заряд аккумуляторных батарей, или используется непосредственно для питания систем электроосвещения и наблюдения.
Таким образом, в заявляемой полезной модели: наиболее эффективно используются возможности (в том числе конструктивные) получения электроэнергии на воздушных аэростатных аппаратах с помощью возобновляемых источников энергии без транспортировки ее на поверхность земли по силовому кабелю, что уменьшает массо-габаритные показатели всей установки; вся генерируемая и накапливаемая электроэнергия используется непосредственно в энергоприемных устройствах (системы электроосвещения, наблюдения и управления), а не преобразовывается несколько раз до конечного потребителя через выпрямители и инверторы; повышается надежность работы всей системы в целом благодаря тому, что все устройства и блоки находятся в одном корпусе, и отсутствуют такие внешне уязвимые элементы как силовой кабель и др.; отсутствуют элементы со значительными линейными размерами, что практически исключает зависимость надежной выработки электроэнергии и надежной работы систем электроосвещения и наблюдения от направления и скорости ветра; модель является мобильной, что значительно увеличивает области ее применения.