RU2157947C1 - Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения - Google Patents
Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2157947C1 RU2157947C1 RU99114491/09A RU99114491A RU2157947C1 RU 2157947 C1 RU2157947 C1 RU 2157947C1 RU 99114491/09 A RU99114491/09 A RU 99114491/09A RU 99114491 A RU99114491 A RU 99114491A RU 2157947 C1 RU2157947 C1 RU 2157947C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- lighting system
- lighting
- air
- autonomous
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к автономным электроосветительным установкам, точнее к светильникам для наружного освещения, установленным на опоре-стойке, предназначенным для освещения преимущественно объектов в зонах децентрализованного энергоснабжения. Автономная система электроосвещения содержит телескопическую опору-стойку, изготовленную из прозрачной пластмассы, каждый элемент которой по всей длине зачернен на половину ее диаметра, а в основании и верхней ее части выполнены осесимметричные отверстия, осветительную лампу, автономный источник электрической энергии - малогабаритную вихревую ветроустановку, использующую энергию ветра и энергию низкопотенциальных тепловых потоков, аккумуляторную батарею, датчик освещенности и блок управления системой освещения. Технический результат заключается в упрощении устройства и снижении финансовых затрат. 2 ил.
Description
Изобретение относится к автономным электроосветительным установкам, точнее к светильникам наружного освещения, установленным на опоре-стойке и предназначенным для освещения преимущественно автотрасс и децентрализованных зон энергоснабжения.
В настоящее время разработаны различные конструкции систем уличного освещения и автотрасс, в том числе использующие автономные возобновляемые источники энергоснабжения.
Так, известна установка уличного освещения с питанием от солнечных батарей (см. патент США N 5367442, кл.21).
Здесь установка для автономного освещения имеет солнечные панели, воспринимающие солнечную энергию, аккумулятор электрической энергии и светильник. Такая система освещения заряжается и работает на основании суточного цикла прихода солнечной радиации. Основной недостаток такой установки: высокая стоимость солнечных панелей и ограниченная область использования для северных территорий в связи с малым суточным приходом солнечной радиации (0-2 кВтч/м2), особенно в зимнее время. Так как для обеспечения суточного цикла работы осветительной лампы мощностью 90 Вт для регионов с приходом суточной радиации 2-4 кВтч/м2требуется 3 солнечных модуля суммарной пиковой мощностью 90 Вт и стоимостью (с инвертором) не менее 540 ам. долларов.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Система управления уличным освещением с питанием от солнечных батарей" (см. патент США N 9620369, кл. 21), которая содержит солнечные модули, аккумуляторную батарею, осветительную лампу, датчики освещенности, шума и движения, а также цифровую логическую систему. Система обеспечивает управление использованием вырабатываемой энергии, устанавливая уровень освещения, согласующийся с естественным солнечным наружным освещением. Датчики шума, освещенности и движения позволяют системе определить степень использования той зоны, которая должна быть освещена лампой. Логическая система обрабатывает данные датчиков и вырабатывает информацию о том, в какое время и насколько интенсивная освещенность должна обеспечиваться в освещаемой зоне.
Однако подобный аналог предназначен только для автотрасс, имеет высокую стоимость и сложность при производстве, кроме того, работоспособность этой системы напрямую зависит от гелиоэнергетического потенциала региона ее использования, что ограничивает сферу практического применения.
Задачей предлагаемого изобретения является создание полностью автономной и автоматизированной системы освещения автотрасс и зон децентрализованного энергоснабжения в любой климатической зоне.
Решение этой задачи обеспечивается достижением результата, заключающегося в применении технических средств, использующих более простое конструктивное энергетическое решение с минимальными финансовыми затратами.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения содержит аккумуляторную батарею, осветительную лампу, датчик освещенности и блок управления системы освещения. Автономный источник электрической энергии выполнен в виде вихревой ветроэнергетической установки с использованием как низкопотенциальной горизонтальной энергии ветра, так и энергии тепловых восходящих потоков воздуха, установлен в верхней части телескопической опоры-стойки, изготовленный из прозрачной (светопропускающей) пластмассы, каждый элемент которой по всей длине зачернен на половину ее диаметра, а в ее основании и в верхней части выполнены осесимметричные отверстия, причем он электрически соединен с блоком управления системой освещения, содержащим датчик освещенности, и управляющим использованием электрической энергии в зависимости от уровня естественного наружного освещения.
Предлагаемое изобретение основано на использовании именно "Вихревой ветроэнергетической установки", в которой вращающимся элементом является только ротор электрогенератора, а "генератор вихря", преобразующий поток ветра в вихреобразные закрученные потоки, использует низкопотенциальные горизонтальные и восходящие воздушные потоки (см. патент РФ N 2073111 и N 2093702, кл. 03). Блок управления системой выполнен на базе широко распространенной релейно-мостовой схемы с использованием датчика освещенности (фотоэлемента).
Опора-стойка, на которой устанавливается автономная система электроосвещения, изготовлена из прозрачной (светопропускающей) пластмассы, конструктивно-телескопическая, каждый элемент которой по всей длине зачернен наполовину диаметра, а в основании и в верхней части опоры-стойки выполнены осесимметричные отверстия.
Вышеуказанное изготовление автономной системы освещения обусловлено тем, что низкооборотная и высокочувствительная вихревая установка независимо от времени года и погодных условий постоянно обеспечивается автономным источником энергии - воздушным потоком (ветер, тепловой восходящий поток). Кроме того, вихревая ветроустановка, установленная на столбе-стойке высотой 8 м, использует несколько естественных дополнительных источников энергии (см. Маркус Т. А., Моррис Э.Н. "Здания, климат, энергия", Ленинград: Гидрометеоиздат, 1985 г.):
- "парниковый эффект" (эффект вытяжной трубы или дымохода) - возникает, когда теплый воздух попадает в высокую цилиндрическую трубу. Этот воздух, естественно, поднимается вверх, возникает сильная тяга, в основание трубы (в осесимметричные отверстия) подсасывается окружающий воздух, и, если он нагревается, процесс продолжается непрерывно. Этот эффект используется в аэротурбинных электростанциях (генератор Дюбо), где источником подогретого воздуха могут быть теплицы, сбросное тепло электростанций и т.п. (см. ж. "Наука и жизнь", 1981, N 1, ж. "Bildder vissechaft", 1982, N 2; ж. "Энергия: экономика, техника, экология", 1991, N 6).
- "парниковый эффект" (эффект вытяжной трубы или дымохода) - возникает, когда теплый воздух попадает в высокую цилиндрическую трубу. Этот воздух, естественно, поднимается вверх, возникает сильная тяга, в основание трубы (в осесимметричные отверстия) подсасывается окружающий воздух, и, если он нагревается, процесс продолжается непрерывно. Этот эффект используется в аэротурбинных электростанциях (генератор Дюбо), где источником подогретого воздуха могут быть теплицы, сбросное тепло электростанций и т.п. (см. ж. "Наука и жизнь", 1981, N 1, ж. "Bildder vissechaft", 1982, N 2; ж. "Энергия: экономика, техника, экология", 1991, N 6).
- "ветровое давление" (естественная вентиляция) возникает в вытяжной трубе вследствие разности давлений между наружным воздухом (потоком ветра) и воздухом внутри трубы (опоры-стойки), причем давление внутри трубы и скорость наружного потока ветра связаны соотношением:
Pв= ρв•vв/2, Па,
а расход воздушного потока через трубу определяется как:
GВП=E•A•VВП, м3/с.
Pв= ρв•vв/2, Па,
а расход воздушного потока через трубу определяется как:
GВП=E•A•VВП, м3/с.
где ρв плотность воздуха, кг/м3,
Vв - скорость ветра, м/с,
А - площадь сечения трубы, м3,
- "разность температур - гравитационное давление". Хорошо известно, что теплый воздух стремится вверх, при этом образуются конвективные потоки, которые с успехом используются в аэродинамике. Теплый воздух поднимается потому, что его плотность меньше, чем холодного, причем изменение плотности воздуха прямо пропорционально его абсолютной температуре. Плотность воздуха при 0oC (273 К) равна 1,293 кг/м3. Отсюда 1 м3 воздуха при 273 К имеет массу 1,293 кг. Но поскольку плотность воздуха пропорциональна абсолютной температуре, то при некоторой другой температуре Т масса m такого же объема воздуха изменится в число раз, равные отношению температур, т.е. m = 1,293 • 273/T, кг. Если высота трубы (опоры-стойки) H, то масса столба воздуха в ней с температурой T1 равна m1) =(1,293•273/T1)•H, кг, а поскольку давление есть сила на единицу площади, то давление такого столба воздуха:
P1=9,81(1,293•273/T)•H, Па.
Vв - скорость ветра, м/с,
А - площадь сечения трубы, м3,
- "разность температур - гравитационное давление". Хорошо известно, что теплый воздух стремится вверх, при этом образуются конвективные потоки, которые с успехом используются в аэродинамике. Теплый воздух поднимается потому, что его плотность меньше, чем холодного, причем изменение плотности воздуха прямо пропорционально его абсолютной температуре. Плотность воздуха при 0oC (273 К) равна 1,293 кг/м3. Отсюда 1 м3 воздуха при 273 К имеет массу 1,293 кг. Но поскольку плотность воздуха пропорциональна абсолютной температуре, то при некоторой другой температуре Т масса m такого же объема воздуха изменится в число раз, равные отношению температур, т.е. m = 1,293 • 273/T, кг. Если высота трубы (опоры-стойки) H, то масса столба воздуха в ней с температурой T1 равна m1) =(1,293•273/T1)•H, кг, а поскольку давление есть сила на единицу площади, то давление такого столба воздуха:
P1=9,81(1,293•273/T)•H, Па.
Для наружного воздуха с температурой Т0:
P0=9.81(1,293•273/T0)•H,Па,
отсюда разность давлений воздуха внутри и снаружи трубы (опоры-стойки):
или
Δp =0.043•H(t1-t0),Па.
P0=9.81(1,293•273/T0)•H,Па,
отсюда разность давлений воздуха внутри и снаружи трубы (опоры-стойки):
или
Δp =0.043•H(t1-t0),Па.
Расчет эффективности использования этих дополнительных источников энергии показывает, что их мощность при суммарном воздействии соизмерима с мощностью потока ветра при скоростях 4 - 7 м/с, что соответствует удельным энергетическим показателям более 80 кВтч/м2 (см. ж. "Возобновляемая энергетика", 1998, N 4).
Выполнение логических схем блока управления с помощью релейных элементов "да-нет" значительно упрощает систему автоматизации освещения, что экономически целесообразно при ее массовом применении.
Выполнение телескопической опоры-стойки осуществляется из современных пластических материалов (например, стеклопластика). Такие опоры выдерживают высокое давление, температуру до 120oC, длительно устойчивы к кислотам, щелочам и растворам. В основании и в верхней части опоры выполняются осесимметричные отверстия для использования восходящих тепловых потоков. Опора-стойка по всей длине на половину ее диаметра зачернена материалом с максимально возможным коэффициентом поглощения (например: сажа с ξ =0,96, лак черный, матовый с ξ =0,97 и т.п.) для более полного преобразования лучистого потока (солнечной энергии) в тепло, которое подогревает воздух, поступающий внутрь опоры-стойки через отверстия в ее основании.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг. 1 и 2.
Автономная система освещения зон децентрализованного энергоснабжения состоит из телескопической опоры-стойки 1 с расположенными в основании 2 и в верхней части 3 осесимметричными отверстиями, осветительной лампы 4, датчика освещенности 5, автономного источника электрической энергии 6 и блока управления системой освещения с аккумуляторной батареей 8.
Работает автономная система электроосвещения зон децентрализованного энергоснабжения следующим образом.
Источником электрической энергии является вихревая ветроэнергетическая установка, которая использует энергию набегающего потока воздуха (поток ветра) и восходящие тепловые потоки. Для осуществления номинального режима работы вихревой ветроустановки достаточен поток ветра со скоростью 3 - 4 м/с. Эти источники энергии могут работать раздельно и одновременно, в зависимости от погодных условий и времени года.
Так, при воздействии на систему потока ветра со скоростью более 3 м/с, вихревая ветроустановка 6 начинает вырабатывать электрическую энергию, которая поступает на блок управления 7 и осуществляет зарядку аккумуляторной батареи 8.
При отсутствии ветрового потока необходимой мощности источником энергии могут быть тепловые потоки, для возникновения которых достаточно наличие солнечного излучения или любого другого источника тепла. В этом случае солнечное излучение (источник тепла) нагревает воздух внутри опоры-стойки 1. Для интенсификации этого процесса одна половина диаметра опоры-стойки 1 выполнена прозрачной, а другая - зачернена. Теплый воздух поднимается внутри опоры-стойки 1, в трубе (опоре-стойке) возникает сильная тяга и в осесимметричные отверстия 2 в основании опоры-стойки 1 подсасывается окружающий воздух, снова подогревается и так далее. При этом происходит довольно сложный физический процесс, в основе которого лежат "парниковый эффект", "ветровое давление" и "разность температур - гравитационное давление". Восходящий тепловой поток поступает в вихревую ветроустановку 6, дополнительно всасывая в нее наружный воздух еще и через осесимметричные отверстия 2 в верхней части опоры-стойки 1. Ветроустановка 6 начинает вырабатывать электрическую энергию, которая поступает на блок управления 7 и осуществляет зарядку аккумуляторной батареи 8.
В зависимости от времени суток (день, ночь) и естественной освещенности (туман, большая облачность, пылевая буря и т.д.) по команде датчика освещенности (фотоэлемент) 5 подается электрическая энергия на осветительную лампу 4.
Таким образом, автономная система освещения зон децентрализованного энергоснабжения, используя низкопотенциальные воздушные потоки, одновременно позволяет максимизировать количество накапливаемой и используемой энергии за счет гибкого алгоритма его расходования, учитывающего время дня и года, уровня естественной освещенности на местности.
Изобретение может быть использовано в светотехнических устройствах, в частности в осветительных приборах, светильниках наружного освещения, преимущественно лесопарковых зон, улиц, железнодорожных переездов, подъездов жилых домов, грунтовых и шоссейных дорог в неэлектрифицированных зонах.
Расчетная стоимость автономного источника энергии на базе вихревой ветроэнергетической установки в предлагаемом изобретении будет в 3-4 раза меньше стоимости солнечных панелей при более широкой области применения в различных климатических зонах и аналогичной надежности и сроке службы.
Claims (1)
- Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения, содержащая автономный источник электрической энергии, аккумуляторную батарею, осветительную лампу, датчик освещенности, блок управления системой освещения и телескопическую опору-стойку, отличающаяся тем, что автономный источник электрической энергии выполнен в виде вихревой ветроэнергетической установки с использованием как низкопотенциальной горизонтальной энергии ветра, так и энергии тепловых восходящих потоков воздуха, установлен в верхней части телескопической опоры-стойки, изготовленной из прозрачной пластмассы, каждый элемент которой по всей длине зачернен на половину ее диаметра, а в ее основании и в верхней части выполнены осесимметричные отверстия, причем он электрически соединен с блоком управления системой освещения, содержащим датчик освещенности и управляющим использованием электрической энергии в зависимости от уровня естественного наружного освещения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99114491/09A RU2157947C1 (ru) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99114491/09A RU2157947C1 (ru) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2157947C1 true RU2157947C1 (ru) | 2000-10-20 |
Family
ID=20222224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99114491/09A RU2157947C1 (ru) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2157947C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680378C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-02-20 | Олег Алексеевич Серегин | Автономное устройство освещения |
RU196315U1 (ru) * | 2019-12-16 | 2020-02-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) | Устройство автономного освещения дорожного разделительного барьера |
RU2783300C1 (ru) * | 2022-02-08 | 2022-11-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Способ автономного освещения |
-
1999
- 1999-07-07 RU RU99114491/09A patent/RU2157947C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680378C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-02-20 | Олег Алексеевич Серегин | Автономное устройство освещения |
RU196315U1 (ru) * | 2019-12-16 | 2020-02-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) | Устройство автономного освещения дорожного разделительного барьера |
RU2783300C1 (ru) * | 2022-02-08 | 2022-11-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Способ автономного освещения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20040183309A1 (en) | Air filtering chimney to clean pollution from a city and generate electric power | |
Chaichan et al. | Dust and pollution deposition impact on a solar chimney performance | |
Chong et al. | Performance assessment of a hybrid solar-wind-rain eco-roof system for buildings | |
Balabel et al. | Potential of Solatube technology as passive daylight systems for sustainable buildings in Saudi Arabia | |
KR101039463B1 (ko) | 하이브리드형 자연채광 조명시스템 | |
CN2630515Y (zh) | 囱式太阳能发电装置 | |
Daghistani | Solar chimney street-lighting pole for ventilating polluted urban areas | |
CN202955615U (zh) | 一种利用压强差发电的自发电式路灯 | |
CN106958794A (zh) | 一种可监测效果的集成光伏驱动的地下空间用自然通风与采光装置及其调控方法 | |
RU2157947C1 (ru) | Автономная система электроосвещения в зонах децентрализованного энергоснабжения | |
CN103032806A (zh) | 利用压强差发电的自发电式路灯及其使用方法 | |
CN102080432A (zh) | 与建筑一体化外遮阳抛物反射镜追日太阳能集热器 | |
JP6691335B2 (ja) | 照明装置 | |
KR101362447B1 (ko) | 풍력 발전기가 구비된 태양광 가로등 | |
CN206989398U (zh) | 一种太阳能复合供电的地下车库通风与照明系统 | |
KR20120131566A (ko) | 자연채광장치 | |
RU2528626C2 (ru) | Автономная микроэлектростанция уличного фонаря | |
US8115332B2 (en) | Solar-initiated wind power generation system | |
KR102177454B1 (ko) | 공기청정기능을 구비한 하이브리드 가로등 | |
CN202915260U (zh) | 一种反射式屋顶太阳光照明系统 | |
KR100696326B1 (ko) | 태양 추적장치 및 그를 이용한 집광 시스템 | |
CN207865268U (zh) | 一种建筑地下室用自然采光装置 | |
KR101722660B1 (ko) | 신재생에너지를 이용한 조명시스템 | |
CN103868003A (zh) | 利用压强差发电的自发电式路灯 | |
KR101599002B1 (ko) | 태양광 가로등 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050708 |