ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ФОНАРЬ

Полезная модель относится к автономным устройствам для освещения с использованием солнечной энергии и может быть использована для наружного освещения дорог, парков и других территорий в условиях отсутствия электропитания.
Известны различные конструкции автономных уличных осветителей, компоненты которых, в частности панели фотоэлектрических преобразователей и осветительные устройства, закреплены на стандартном опорном столбе, предназначенном для уличного освещения (патент РФ № 152282, F21L 4/00)
Многие из известных конструкций решают проблему максимального использования солнечного излучения. Например, путем особого размещения панелей фотоэлектрических преобразователей. Решение проблемы по патенту РФ № 48617 достигается путем расположения панелей по трем сторонам опорного столба квадратного сечения или по патенту № РФ № 154975, где панели расположены по периметру опорного столба по всей его длине. К недостаткам этой группы аналогов можно отнести использование избыточного количества дорогостоящих панелей преобразователей, недостаточное использование солнечной энергии в полдень при высоком положении солнца, избыточные нагрузки на опору от собственного веса панелей и ветра.
Другая группа аналогов решает проблему путем достижения следования плоскости солнечных батарей за солнцем. Для этого используются различные механизмы приводов поворота солнечных батарей, позволяющие регулировать угол наклона солнечной батареи относительно положения солнца над горизонтом. Например, солнечная фотоэлектрическая станция по патенту РФ № 2530959, H02S 10/00; автономное осветительное устройство по патенту РФ № 103168, F21S 9/02 или фотоэлектрический фонарь светильник по патенту РФ № 96925, F21L 4/00. Недостатки этой группы аналогов - не полное использование солнечной энергии в одноосевых следящих системах, в двухосевых следящих системах - избыточные нагрузки на опору и приводы от собственного веса конструкций и ветра.
Из известных аналогов наиболее близким по наличию существенных признаков и достигаемому результату является фотоэлектрический фонарь-светильник по патенту РФ № 96925, F21L 4/00, выбранный в качестве прототипа. Известный фонарь-светильник включает солнечную батарею, аккумулятор электрической энергии, контроллер и светильник на основе светодиодов, при этом солнечная батарея выполнена двусторонней и закреплена на несущей штанге, соединенной с поворотным механизмом, способным изменять ступенчато ориентацию плоскости солнечной батареи в направлении восток-запад.
Предлагаемая полезная модель решает техническую проблему максимального использования солнечного излучения. Технический результат заключается в повышении эффективности использования установленной мощности солнечных батарей.
Технический результат достигается тем, что фотоэлектрический автономный фонарь включает из общих признаков с прототипом солнечную батарею, аккумулятор электрической энергии, контроллер заряда и светильник на основе светодиодов, установленные на несущей опоре, соединенной с механизмом поворота за солнцем. Отличием от прототипа является то, что фонарь выполнен в виде двух симметричных плоских модулей, на одной грани каждого из них расположены солнечные панели, а на другой - светодиодные светильники. При этом фонарь содержит блок управления, соединенный с датчиками ориентации и механизмом поворота модулей за солнцем. Модули жестко соединены горизонтальной штангой, проходящей сквозь механизм поворота, установленный на верху несущей опоры. При этом механизм поворота содержит привод поворота модулей относительно горизонтальной оси штанги, соединяющей модули, на 90°, и привод поворота модулей вокруг вертикальной оси несущей опоры на 360°.
Предложенная схема установки двух модулей на горизонтальной штанге, закрепленной на несущей опоре, позволяет разместить модули симметрично вертикальной и горизонтальной осей с возможностью свободно их поворачивать, чем достигается постоянное направление солнечных панелей на солнце, что делает поступление солнечной энергии более стабильным в течение дня и позволит повысить эффективность использования установленной мощности солнечных батарей.
Использование двухосевой системы поворота с двумя приводами позволяет наводить солнечные панели строго на солнце, что более эффективно по сравнению с одноосевым поворотом, когда солнечные панели можно настроить только на одну высоту солнца над горизонтом, на одно время года.
В предлагаемой полезной модели ветровые нагрузки и собственный вес модулей приложены симметрично относительно вертикальной и горизонтальной осей, в результате, минимизируются крутящие моменты, действующие на приводы слежения за солнцем. В итоге, приводы будут потреблять меньше электроэнергии, что также повысит эффективность использования установленной мощности солнечных батарей.
На фиг. 1 изображен предлагаемый фотоэлектрический автономный фонарь вид сверху; на фиг. 2 - фотоэлектрический автономный фонарь вид снизу; на фиг. 3 - механизм поворота модулей за солнцем; на фиг. 4 - функциональная электрическая схема.
Фотоэлектрический автономный фонарь содержит два симметрично расположенных модуля. Каждый модуль 1 (фиг. 1-2) имеет солнечные батареи 2 на одной грани и светодиодный светильник 6 - на другой; модули соединены горизонтальной штангой 3. Модули 1 имеют возможность поворота с помощью механизма 4 (фиг. 3), который включает привод слежения за солнцем 7 и привод слежения за солнцем 8; модули 1 и механизм поворота 4 установлены на верху несущей опоры 5. Механизм поворота 4 оснащен двумя электродвигателями постоянного тока с редукторами (на чертеже не показаны), двигатель привода слежения за солнцем 7 поворачивает горизонтальную штангу 3 вокруг горизонтальной оси, обеспечивая наведение на солнце по высоте. Двигатель привода слежения за солнцем 8 отвечает за поворот модулей вокруг вертикальной несущей опоры 5, обеспечивая наведение на солнце по азимуту.
Фотоэлектрический автономный фонарь содержит два плоских модуля 1, каждый из которых (фиг. 4) содержит в пыле-, влагозащищенном корпусе датчики ориентации 9-10, блок управления 13, контроллер заряда-разряда 11, аккумулятор электрической энергии 12. Контроллер заряда-разряда 11 соединен с аккумуляторной батареей 12 и с солнечной батареей 2, блок управления 13 соединен с датчиками ориентации 9-10 и с механизмом поворота модулей за солнцем 4. Возможно оснащение блока управления 13 модулем беспроводной связи 14 для дистанционной настройки и управления уровнем мощности и направлением фонаря в темное время суток. Блок управления 13 оснащен часами реального времени 15.
Предлагаемый фотоэлектрический фонарь-светильник работает следующим образом. В дневное время блок управления фонаря отслеживает направление нормали к солнечным батареям 2 при помощи датчиков ориентации. Датчики ориентации - акселерометр и компас показывают наклон и направление на север. Для вычисления направления на истинный север в систему вводится поправка, магнитное склонение для данной местности. Положение солнца вычисляется с заданной точностью, в зависимости от времени, даты и географических координат. При отклонении нормали солнечных батарей от направления на солнце больше заданной величины (1÷5°) включаются приводы слежения за солнцем 7 и 8. Два модуля фонаря жестко связаны с горизонтальной штангой 3, вокруг оси которой происходит их поворот относительно горизонтальной оси ±90°. Крепление модулей на штанге жесткое, близко к центру тяжести для исключения действия изгибающих моментов от собственного веса на привод следящей системы. Поворот относительно вертикальной оси несущей опоры 5 осуществляется на 360° при помощи механизма поворота 4. Модули фонаря расположены симметрично относительно оси несущей опоры 5 и оси штанги 3 для уменьшения влияния изгибающих моментов от ветра на приводы следящей системы.
При постоянном направлении солнечных батарей на солнце батареи вырабатывают максимум возможной электроэнергии, при этом облегчается режим работы аккумулятора и увеличивается его ресурс, возможно использование солнечных батарей меньшей мощности и площади для выработки того же количества электроэнергии. Предложенная схема установки солнечных панелей из двух модулей на горизонтальной штанге позволяет уменьшить нагрузки на приводы следящей системы, в результате чего уменьшается потребление энергии системой ориентации и увеличивается ресурс механической части.
В ночное время накопленная днем электроэнергия расходуется на освещение, по заложенной в блок управления программе или по команде оператора по беспроводной связи. Механизм поворота 4 с приводами слежения 7-8 за солнцем используется для ориентации светильника на нужный участок по программе или по команде оператора по беспроводной связи. При этом возможно изменение направления светового потока, для чего можно использовать механизм поворота модулей, т.к. светильник расположен на обратной стороне модуля с солнечными батареями и может поворачиваться на 360° относительно вертикальной оси и 180° относительно горизонтальной оси ( ±90° относительно направления на горизонт).