RU2528626C2 - Автономная микроэлектростанция уличного фонаря - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области энергетики, а именно к возобновляемым источникам энергии. Техническим результатом является освещение объектов или участков поверхностей в условиях отсутствия энергоснабжения с возможностью длительной и круглогодичной эксплуатации. В качестве альтернативных источников энергии используются солнечная радиация и вихревой ветровой поток, организованный внутри полой конусной многогранной опоры. Преобразователем солнечной радиации в электрическую энергию служит неподвижный конусный оптически активный купол и конусная солнечная батарея, установленная с возможностью вращения. Выработка электроэнергии происходит также за счет энергии вихревого воздушного потока, организованного внутри полой части многогранной опоры (МО), действующего на лопасти аэродинамической формы двух трехлопастных электроветрогенераторов (ЭВГ). Трехлопастные ЭВГ жестко закреплены на одном общем валу в цилиндрической части полой МО и вращаются в двух параллельных плоскостях, причем расстояние между плоскостями вращения должно быть не менее диаметра лопастей трехлопастного электроветрогенератора (ЭВГ). Лопасти трехлопастного ЭВГ, находящегося в первой параллельной плоскости, смещены на 60° относительно лопастей трехлопастного ЭВГ, находящегося во второй параллельной плоскости. Все лопасти трехлопастных ЭВГ имеют аэродинамический профиль. Лопасти двух трехлопастных ЭВГ закреплены в алюминиевых ободах, на внешней поверхности которых расположены магниты с чередованием полюсов, напротив которых в цилиндрической части полой МО размещены обмотки катушек, причем число магнитов не должно совпадать с числом обмоток катушек. Вихревой воздушный поток внутри полой конусной части МО организован за счет винтовой формы граней этой опоры и разности температуры на входе конусной (конфузорной) и выходе (диффузорной) частей полой многогранной опоры. Входные окна, предназначенные для приема поступающего воздуха, расположены в основании полой многогранной опоры. Входные боковые стенки обеспечивают первоначальную закрутку входящего воздушного потока внутри полой многогранной опоры. Выход воздушного потока из полой многогранной опоры происходит через прямоугольные окна, расположенные в верхней части диффузора. Непосредственная выработка электроэнергии происходит при пересечении магнитными силовыми линиями витков обмотки, что обеспечивается вращением лопастей трехлопастных ЭВГ совместно с алюминиевыми ободами и магнитами относительно витков обмоток под действием вихревого воздушного потока. Электроэнергия, вырабатываемая тандемными фотоэлектронными модулями, накапливается в аккумуляторных батареях. С помощью электронного пульта управления по команде датчика освещенности подается сигнал на включение и выключение светодиодных ламп для освещения окружающего пространства. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Автономная микроэлектростанция уличного фонаря (далее АМЭСУФ) относится к области возобновляемых источников энергии и предназначена для независимого от традиционных источников энергии электроснабжения. АМЭСУФ может быть использована для освещения: городских улиц, складских территорий; остановок общественного автотранспорта, в том числе и на дорогах между населенными пунктами; спортивных площадок; мест для парковки автотранспортной техники; систем охраны различных объектов; речных (морских) набережных, а также других территорий социально-бытового назначения. В качестве альтернативных источников энергии используются солнечная радиация и вихревой восходящий воздушный поток, организованный внутри полой конусной многогранной опоры, изготовленной из пултрузионного армированного стеклопластика. Преобразователем солнечной радиации в электрическую энергию служит неподвижный конусный оптически активный купол и вращающаяся под ним, на упорном подшипнике, подвижная конусная солнечная батарея. Выработка электроэнергии происходит также за счет вихревого воздушного потока, организованного внутри полой части многогранной опоры, действующего на два трехлопастных электроветрогенератора (ЭВГ), установленных в цилиндрической части полой опоры на одном валу и вращающихся в двух параллельных плоскостях. Вихревой восходящий воздушный поток внутри полой конусной (конфузорной) части многогранной опоры организован за счет винтовой формы граней этой опоры и разности температуры на входе и выходе конусной (конфузорной) и (диффузорной) частей полой многогранной опоры. Кроме того, входные окна, предназначенные для приема поступающего воздуха, расположены в основании полой многогранной опоры имеют входные боковые стенки, которые расположены под углом 30-45° к плоскости граней полой многогранной опоры и должны выступать внутрь на величину, равную 0,25 длины диаметра описываемой многогранник окружности. Входные боковые стенки обеспечивают первоначальную закрутку входящего воздушного потока внутри полой многогранной опоры. Выход воздушного потока из полой многогранной опоры происходит через выходные окна, расположенные в верхней части диффузора. Электроэнергия, вырабатываемая подвижной конусной солнечной батареей и ЭВГ, с помощью электронного пульта управления (ЭПУ) и реле-регулятора (РР) подается в аккумуляторные батареи, где эта электроэнергия накапливается и в дальнейшем может использоваться по назначению. Накопленная таким образом электроэнергия с помощью ЭПУ по команде датчика освещенности (ДО) подается на светодиодные лампы (СДЛ) для освещения окружающего пространства. В холодное время суток или года часть электроэнергии тратится на подогрев воздуха в полой опоре с помощью теплоэлектронагревателя (ТЭН), установленного внутри закрытого алюминиевого конуса на уровне входных окон, предназначенных для приема поступающего воздуха во внутреннюю полость многогранной опоры.

Известно изобретение [1] - уличный светильник с питанием от солнечной и ветровой энергии, содержащий вертикальную стойку, консольный опорный рычаг с размещенным на нем единым модулем, отличающийся тем, что в модуле между лампами с питанием от солнечной энергии, содержащими фотоэлектрические панели, аккумуляторы, блоки управления и линейки светодиодов, размещена ветроэнергетическая установка с колебательным рабочим движением, электрически соединенная с аккумуляторами ламп. Недостатком этого изобретения является низкая эффективность ветроэнергетической установки с колебательным рабочим движением, а при длительном отсутствии ветра, например более двух суток, уличный светильник перестанет надежно работать. Известна полезная модель [2] - автономный уличный фонарь, содержащий светодиодную панель, накопитель электрической энергии, через блок управления освещением соединенный со светодиодной панелью, и столб, внутри которого расположен электрогенератор, электрически соединенный с накопителем энергии, наружная стенка столба выполнена в виде «теплых» остекленных ящиков с черной теплопроводной поверхностью для использования энергии солнца. В верхней части столба установлен дефлектор для использования энергии ветра, отличающийся тем, что в полости столба размещен ионный электрогенератор, выполненный в виде электрически соединенных с источником высокого напряжения электродов, при этом в нижней части полости столба установлен коронирующий электрод, генерирующий ионы, а в верхней части полости столба установлены сетчатые некоронирующие электроды, собирающие ионы. Основным недостатком автономного уличного фонаря является зависимость от источника высокого напряжения привода. Известна лампа [3] с питанием от солнечной энергии, содержащая панель с фотоэлектрическими элементами, электрическую аккумуляторную батарею, осветительное устройство и блок управления, отличающаяся тем, что она содержит единый модульный корпус, в котором под прозрачной для солнечных лучей крышкой установлены панели с фотоэлектрическими элементами, электрическая аккумуляторная батарея, осветительное устройство, выполненное в виде линейки светодиодов, и блок управления. Недостатком известной лампы, при ее высокой экономичности, является невозможность подзарядки аккумуляторной батареи при отсутствии солнечного излучения. Известен патент на полезную модель [4] - уличный осветитель с питанием от солнечной энергии, содержащий: базовую панель фотоэлектрических преобразователей; электрическую аккумуляторную батарею; осветительное устройство; блок заряда-разряда; регулируемую крепежную арматуру; дополнительную панель фотоэлектрических преобразователей, осветительное устройство, которое выполнено в виде отдельного блока, при этом базовая и дополнительная панели фотоэлектрических преобразователей и осветительное устройство размещены в отдельных герметичных корпусах, установленных на регулируемой крепежной арматуре, и соединены между собой электрическим кабелем. Технический результат заключается в возможности ориентировать базовую и дополнительную панели фотоэлектрических преобразователей оптимальным для данной широты установки уличного осветителя таким образом и освещать заданный объект или участок поверхности в условиях отсутствия электроснабжения, а также возможность длительной и круглогодичной эксплуатации в высоких и средних широтах. Известно изобретение [5] - панель с фотоэлектрическими элементами, соединенная с электрической аккумуляторной батареей, которая при помощи блока управления обеспечивает питание осветительного устройства лампы. Недостатком известного светильника является его недостаточная экономичность и неспособность подзарядки аккумулятора при отсутствии солнечной радиации особенно в средних и высоких широтах России. Известен также патент на полезную модель [6] - автономный уличный осветитель с питанием от солнечной энергии, который включает установленное на столбе осветительное устройство, солнечную батарею, состоящую из фотоэлектрических преобразователей, аккумуляторную батарею и блок заряда-разряда, электрогенератором с крыльчаткой. Блок заряда-разряда аккумуляторной батареи дополнительно содержит блок управления и распределения потока электроэнергии. Солнечная батарея, состоящая из фотоэлектрических преобразователей, может быть выполнена из нескольких, последовательно соединенных солнечных батарей. Основным недостатком уличного осветителя с питанием от солнечной энергии является незначительная мощность электрогенератора с крыльчаткой при скорости ветра от 1 м/с до 4 м/с. Весьма проблематичным является получение лишней электроэнергии и передача ее в промышленную электросеть, так как полученной уличным осветителем от альтернативных источников электроэнергии в период низкого солнцестояния и скорости ветра до 3 м/с, что характерно для средней полосе России, едва хватит на питание осветительного устройства в течение 4-5 часов. Наиболее близким к заявляемому техническому решению по сущности и достигаемому техническому результату является изобретение [7], содержащее: осветительную лампу, полую опору с входными и выходными окнами, внутреннюю и наружную ветротурбины, аккумуляторы электроэнергии. Внутренняя ветротурбина работает на энергии восходящего потока воздуха внутри полой опоры, внешняя ветротурбина - от ветрового потока воздуха. Основным недостатком этого изобретения является невозможность выработки достаточного количества электроэнергии при отсутствии ветра, а энергии потока воздуха внутри полой опоры из-за малой разности температуры на входе и выходе этой опоры весьма незначительна. В качестве прототипов приняты патенты [1], [7].

Технической задачей изобретения является создание конструкции автономной энергоэффективной микро-электростанции уличного фонаря, работающей круглогодично на возобновляемых источниках энергии солнца. Цель технической задачи достигается организацией внутри полой конусной (конфузорной) части многогранной опоры, изготовленной из пултрузионного армированного стеклопластика, вихревого воздушного потока, способного вырабатывать достаточное количество электроэнергии независимо от погодных условий, времени года и традиционных источников энергии, а также повышением эффективности работы подвижных солнечных батарей и ЭВГ. Применение пултрузионного армированного стеклопластика в качестве материала для изготовления многогранной опоры значительно снижает металлоемкость, повышает прочность конструкции. Кроме того, малый коэффициент теплопроводности пултрузионного армированного стеклопластика способствует сохранению тепла внутри полой многогранной опоры, что способствует повышению эффективности работы АМЭСУФ. Низкая стоимость пултрузионного армированного стеклопластика по сравнению со стоимостью металла снижает себестоимость конструкции АМЭСУФ. Одновременно решается задача внедрения безуглеродной технологии получения электроэнергии для социально-бытового безопасного жизнеобеспечения.

Поставленная задача решена следующим образом. Используется подвижная конусная солнечная батарея, которая вращается на упорном подшипнике вокруг собственной оси под неподвижным оптически активным конусным куполом, что обеспечивает интенсивное воздействие солнечной радиации на фотоэлектрические элементы подвижной конусной солнечной батареи, снижается температура их нагрева и, как следствие, повышается КПД выработки электроэнергии. Подвижная конусная солнечная батарея и неподвижный оптически активный конусный купол размещаются в верхней части полой многогранной опоры. Повышенный крутящий момент, действующий на конусную солнечную батарею, передается двумя трехлопастными ЭВГ, закрепленными на одной оси с подвижной конусной солнечной батареей. Дополнительный крутящий момент, действующий на подвижную конусную солнечную батарею, обеспечивается взаимодействием магнитных сил между подвижными магнитами продольной намагниченности и неподвижным кольцом диаметральной намагниченности. Энергоэффективность выработки электроэнергии конусной солнечной батареей достигается установкой величины угла α/2 при вершине конуса солнечной батареи, которая должна соответствовать широте местности эксплуатации, чем обеспечивается рациональное воздействие солнечной радиации на неподвижный конусный оптически активный купол и вращающуюся под ним подвижную конусную солнечную батарею, а также за счет выработки электроэнергии ТФЭМ, которые размещены на всей внешней поверхности полой конусной многогранной опоры. Применяется прозрачный неподвижный конусный оптически активный купол, который фокусирует с помощью несимметричных двояковыпуклых продолговатых оптических линз солнечную радиацию в виде световых полос высокой плотности освещенности на поверхность подвижных конусных солнечных батарей, чем стимулируется выработка электроэнергии на 20-25% больше по сравнению с их плоскими аналогами. Вихревой воздушный поток внутри полой конусной (конфузорной) части многогранной опоры, изготовленной из пултрузионного армированного стеклопластика, организован за счет винтовой формы ее граней, которые имеют угол закрутки 18-25° и разности температур на входе конусной (конфузорной) и выходе (диффузорной) частей полой многогранной опоры. Повышенная температура внизу полой многогранной опоры обеспечивается ТЭН-м, нагревающим полость закрытого алюминиевого конуса, который расположен в основании полой многогранной опоры напротив нижней части входных окон, предназначенных для приема поступающего воздуха из окружающего пространства. Входные окна имеют входные боковые стенки, которые расположены под углом 30-45° к плоскости граней полой многогранной опоры и должны выступать внутрь этой опоры на величину, равную 0,25 длины диаметра окружности описываемой многогранник, полученный в результате поперечного сечения полой многогранной опоры на уровне нижней части входных окон. Входные боковые стенки обеспечивают первоначальную закрутку, входящего с наружи, воздушного потока внутри полой многогранной опоры. Организованный внутри полой части многогранной опоры вихревой восходящий воздушный поток действует на лопасти аэродинамической формы двух трехлопастных ЭВГ, жестко закрепленных на одном валу в цилиндрической части полой многогранной опоры и вращающихся в двух параллельных плоскостях. Лопасти аэродинамической формы двух трехлопастных ЭВГ закреплены в алюминиевых ободах, на внешней поверхности которых расположены магниты (Nd Fe Во) с чередованием полюсов. Лопасти аэродинамической формы двух трехлопастных ЭВГ, расположенные в параллельных плоскостях, смещены относительно друг друга на 60°. Непосредственная выработка электроэнергии происходит при пересечении магнитными силовыми линиями витков обмотки. Это пересечение обеспечивается вращением лопастей трехлопастных ЭВГ совместно с алюминиевыми ободами и магнитами относительно витков обмоток под действием энергии восходящего вихревого воздушного потока. Электроэнергия, вырабатываемая подвижной конусной солнечной батареей и ЭВГ, с помощью электронного пульта управления (ЭПУ) и реле-регулятора (РР) накапливается в аккумуляторных батареях. Накопленная таким образом электроэнергия по команде датчика освещенности (ДО) с помощью ЭПУ, который по этому сигналу подключает светодиодные лампы (СДЛ) к аккумуляторным батареям, происходит освещение окружающего пространства. В холодное время дня или года часть выработанной электроэнергии тратится на подогрев воздуха в полой многогранной опоре теплоэлектронагревателем (ТЭН), установленном под закрытым алюминиевым конусом внутри многогранной опоры на уровне нижней части входных окон. Рациональное использование вырабатываемой АМЭСУФ электроэнергии для окружающего пространства контролируется датчиком уровня освещенности. Создание и эксплуатация АМЭСУФ в местах освещения значительно снизит нагрузку на традиционные электростанции, улучшит экологическую обстановку окружающей среды и оживит местную экономику за счет создания рабочих мест по производству и обслуживанию этих мини-электростанций. Указанные в заявленном изобретении технические решения устраняют недостатки, отмеченные у аналогов и прототипов. Из уровня техники нет решений в совокупности отмеченных в сущности задач технических решений по созданию конструкции автономной энергоэффективной микроэлектростанции уличного фонаря, работающего круглогодично на возобновляемых источниках энергии солнца и организованного внутри полой конусной (конфузорной) части многогранной опоры вихревого восходящего воздушного потока. Таким образом, АМЭСУФ способна вырабатывать достаточное количество электроэнергии независимо от погодных условий и традиционных источников энергии, а также имеет повышенную эффективность работы подвижных конусных солнечных батарей за счет воздействия концентрированной оптическим активным куполом световой полосы высокой плотности освещенности на фотоэлектрические элементы подвижной конусной солнечной батареи и работой по выработке электроэнергии двух трехлопастных ЭВГ расположенных в параллельных плоскостях. Указанное определяет качество достигаемого результата и новизну технических решений, принятых в заявленном изобретении.

Сущность заявленных технических решений показана на следующих чертежах.

На фиг.1 показан общий вид АМЭСУФ. На фиг.2 изображена верхняя часть АМЭСУФ в разрезе. На фиг.3 показана нижняя часть полой многогранной опоры в разрезе. На фиг.4 показан вид АМЭСУФ по стрелке А-А. На фиг.5 изображен оптически активный купол вид по стрелке Б-Б. На фиг.6 показан вид трехлопастных ЭВГ вид по стрелке В-В. На фиг.7 показан поперечный разрез нижней части полой многогранной опоры. На фиг.8 изображена принципиальная схема управления функционирования АМЭСУФ по назначения.

АМЭСУФ состоит из следующих основных частей. Подвижная конусная солнечная батарея 1 (фиг.1). Неподвижный прозрачный оптически активный купол 2 с продольными несимметричными двояковыпуклыми линзами 3 (фиг.5). Причем несимметричных двояковыпуклых продолговатых оптических линз 3, равных длине, образующей прозрачный неподвижный конусный оптически активный купол, должно быть три и более, а несимметричных двояковыпуклых продольных оптических линз 3, равных 2/3 длины, образующей прозрачный неподвижный конусный оптически активный купол, отмеренных от его основания, должно быть также три и более. Полая многогранная опора 4 с винтовыми гранями 5, угол закручивания которых равен 18-25°. Тандемные фотоэлектрические модули (ТФЭМ) 6, размещенные по всей внешней поверхности полой многогранной опоры 3 (фиг.1). Общий вал 7 подвижно закреплен в радиально-упорных подшипниках 8, а на самом общем валу неподвижно закреплены подвижная конусная солнечная батарея 1 и два трехлопастных ЭВГ 9, 10 соответственно в параллельных плоскостях 11 и 12 (фиг.3). Общий вал 7 установлен в радиально-упорных подшипниках 8, которые закреплены в горизонтальных стойках 13, 14, 15. Опорный подшипник 16, на котором вращается подвижная конусная батарея 1. Горизонтальные стержни 17, с помощью которых закреплена подвижная конусная солнечная батарея 1 на общем валу 6 (фиг.3). Диффузорная часть 18 полой многогранной опоры 3. Выходные окна 19 для отвода воздушного потока из полой многогранной опоры 4. Трехлопастные ЭВГ 9, 10, расположенные на расстоянии одного диаметра лопастей ЭВГ в параллельных плоскостях цилиндрической части 26 полой многогранной опоры 4. Лопасти 21, аэродинамического профиля, трехлопастного ЭВГ 8 вращаются в плоскости 10, лопасти 21 аэродинамического профиля трехлопастного ЭВГ 9 вращаются в плоскости 11 (фиг.3). Алюминиевый обод 22, в котором закреплены лопасти 20 аэродинамического профиля, алюминиевый обод 23, в котором закреплены лопасти 21 аэродинамического профиля. Магниты 24, размещенные с чередованием полюсов на внешней стороне ободов 22, 23. Обмотки катушек 25 располагаются напротив магнитов 24 (фиг.4) в цилиндрической части 26 полой многогранной опоры 4 (фиг.1), изготовленной из пултрузионного армированного стеклопластика. Опорная шайба 27 с горизонтальными стойками 15 и отверстиями 28 для прохода воздуха (фиг.2) для охлаждения подвижной конусной солнечной батареи 1. Неподвижное магнитное кольцо 29 диаметральной намагниченности расположено на опорной шайбе 27. Подвижные магниты 30 продольной намагниченности, расположенные по окружности через 90° (фиг.3, 4) на опорном подшипнике 16. Входные окна 31 с решеткой, расположенные в основании конфузорной части 32 полой многогранной опоры 3 (фиг.2). Отношение большего диаметра конфузорной части 32 полой многогранной опоры 4 к ее меньшему диаметру должно составлять 1,5-2,0. Закрытый алюминиевый конус 33, размещенный напротив нижней части входных окон 31, причем высота закрытого алюминиевого конуса 33 равна высоте входных окон 31 (фиг.2). Датчик освещенности (ДО) 34, расположенный сверху на светодиодной лампе (СДЛ) 35 (фиг.1). Теплоэлектрический нагреватель (ТЭН) 36 размещен внутри закрытого алюминиевого конуса 33. Входные окна 31 имеют входные боковые стенки 37, которые расположены под углом 30-45° к плоскости граней полой многогранной опоры, должны выступать внутрь этой опоры на величину, равную 0,25 длины диаметра d окружности, описываемой многогранник на уровне входных окон 19 (фиг.7). Электронный пульт управления (ЭПУ) 38. Реле-регулятор (РР) 39. Аккумуляторные батареи (АКБ) 40 (фиг.2). Защитная крышка 41 (фиг.1). Датчики температуры 42, 43, размещенные соответственно внутри закрытого алюминиевого конуса 33 (фиг.2) и в диффузорной части 18 (фиг.1, 3) полой многогранной опоры 4.

АМЭСУФ функционирует следующим образом. В режиме освещения: электроэнергия, накопленная в АКБ 39, при недостаточной освещенности, по сигналу ДО 34, далее этот сигнал подается на ЭПУ 37, который включает СДЛ 36, а также выключает их при достаточной освещенности. В режиме выработки электроэнергии подвижной конусной солнечной батареей 1 АМЭСУФ функционирует следующим образом. Солнечные лучи, проходя через неподвижный прозрачный оптически активный купол 2 с несимметричными продолговатыми двояковыпуклыми линзами 3, концентрируют солнечные лучи в виде световой линии высокой световой плотности освещенности на поверхности подвижной конусной солнечной батареи 1 (фиг.1). Воздействие этой световой линии высокой световой плотности освещенности на подвижную конусную солнечную батарею 1, расположенную под неподвижным прозрачным оптически активным куполом, вызывает выработку электроэнергии на 20-25% больше, чем при воздействии естественной солнечной радиации на их плоские аналоги солнечных батарей. Известно, что солнечные батареи надежно работают при температуре их нагрева до 70-80°С, а концентрированная световая полоса высокой световой плотности может разогреть подвижную конусную солнечную батарею 1 до температуры 100° и более градусов. Чтобы избежать этого нагрева подвижная конусная солнечная батарея 1 вращается на упорном подшипнике вокруг собственной оси на общем валу 7. Вращение подвижной конусной солнечной батареи 1 передается через общий вал 7, на котором она закреплена неподвижно. Общий вал 7 вращается под действием одновременно двух крутящих моментов, один крутящий момент возникает от вращения двух трехлопастных ЭВГ 9, 10, другой - от взаимодействия магнитных сил между неподвижным магнитным кольцом 29 диаметральной намагниченности и подвижными магнитами 30 продольной намагниченности, расположенных по окружности через 90°. Трехлопастные ЭВГ 9, 10 вращаются от воздействия восходящего вихревого воздушного потока, организованного внутри полой многогранной опоры 4. Восходящий вихревой воздушный поток внутри полой многогранной опоры 4 формируется следующим образом. Разность внешней температуры воздуха во входных окнах 31 и в выходных окнах 19 способствует образованию воздушной тяги, которая закручивается с помощью прямоугольных входных боковых стенок 36, расположенных вертикально под углом 30-45° к плоскости граней полой многогранной опоры 4 во входных окнах 31. В целях надежного получения вихревого восходящего воздушного потока вертикальные боковые стенки 36 должны выступать внутрь полой многогранной опоры 4 на величину, равную не менее 0,25 длины диаметра окружности описываемой многогранник, полученный в результате поперечного сечения полой многогранной опоры 4 на уровне нижних частей входных окон 31. Закрытый алюминиевый конус 33, размещенный напротив нижней части входных окон 31, обеспечивает первоначальную закрутку и направление воздуха, входящего снаружи вовнутрь полой многогранной опоры 4 воздушного потока. Отношение большего диаметра конфузорной части 32 полой многогранной опоры 4 к ее меньшему диаметру должно составлять 1,5-2,0, что обеспечивает увеличение скорости восходящего потока с учетом потерь на трение в 1,4-1,8 раза. Полая многогранная опора 4 с винтовыми гранями 5, закрученными под углом 18-25° к горизонту, поддерживает вихреобразование восходящего воздушного потока при его движении по всей длине внутри этой опоры. Вихревой восходящий поток воздуха действует на два трехлопастных ЭВГ 9, 10, которые вращаются в параллельных плоскостях на расстоянии, равном одному диаметру круга, обметаемому лопастями трехлопастного ЭВГ 9, 10. Коэффициент использования вихревого восходящего воздушного потока увеличен до 0,5 за счет смещения на 60° лопастей трехлопастных ЭВГ 9, 10, вращающихся на указанном расстоянии в параллельных плоскостях их аэродинамического профиля. Вихревой восходящий воздушный поток, проходя через отверстия 28 (фиг.2), охлаждает подвижную конусную солнечную батарею 1. Выработка электроэнергии двумя трехлопастных ЭВГ 9, 10 происходит при их вращении под воздействием вихревого восходящего воздушного потока, в этом случае магнитные силовые линии магнитов 24 пересекают обмотки катушек 25. Выработанная электроэнергия двумя трехлопастных ЭВГ 9, 10 подается на ЭПУ 38, который через РР 39 подключает АКБ 40 на зарядку. Электроэнергия, выработанная ТФЭМ 6, расположенными на всей поверхности полой многогранной опоры 4, также подается на ЭПУ 38, который через РР 39 подключает АКБ 40 на зарядку. Следует отметить, что в ночное время СДЛ при освещении окружающего пространства частично освещают ТФЭМ 6, расположенные на всей поверхности полой многогранной опоры 4, тем самым вызывая выработку ими электроэнергии, которая компенсирует на 18-20% (по данным лабораторных испытаний) затраченную на освещение электроэнергию. Входные 31 и выходные 19 окна оборудованы решетками для защиты от пернатых, крупных насекомых и других летающих предметов. Датчики температуры 42, 43, размещенные соответственно внутри закрытого алюминиевого конуса 33 (фиг.2) и на выходе из диффузорной части 18 (фиг.1, 3) полой многогранной опоры 4, контролируют разность температуры внутри закрытого алюминиевого конуса 33 и на выходе из диффузорной части 18 полой многогранной опоры 4. Эта разность температур должна быть не менее 15°С, что обеспечивает необходимую тягу внутри полой многогранной опоры 4. Если разность температур, которая контролируется ЭПУ 38 с помощью датчиков температуры 42, 43, внутри закрытого алюминиевого конуса 33 и на выходе из диффузорной части 18 полой многогранной опоры 4 будет менее 20°С, тогда через РР 39 ЭПУ 38 подключает ТЭН 36, расположенный внутри закрытого алюминиевого конуса 33, к АКБ 40 для подогрева воздуха, поступающего во входные 31 окна, и выключает ТЭН 36, если эта разность температур превысит 30°С. В жаркое и холодное время возможен режим постоянного включения ТЭН-а 36. Применение в качестве материала пултрузионного армированного стеклопластика для изготовления многогранной опоры увеличивает ее прочность, уменьшает металлоемкость и вес конструкции АМЭСУФ. Низкая теплопроводность пултрузионного армированного стеклопластика, из которого изготовлена полая многогранная опора, способствует сохранению тепла внутри опоры, чем обеспечивается стабильность вихревого восходящего воздушного потока.

Список цитируемых источников

1. Уличный светильник с питанием от солнечной и ветровой энергии, патент RU 2283985 С2, F21S 59/02, F21L 4/00 от 20.09.2008.

2. Автономный уличный фонарь, патент RU 105400, F21L 13/00 от 10.06.2011.

3. Лампа с питанием от солнечной энергии, патент РФ №36487, МПК F2IS 9/02, F2IL 4/00, 25 06.2003.

4. Уличный осветитель с питанием от солнечной энергии, патент полезную RU 48617 U1, МПК F21S 9/00 от 27.10.2005.

5. Осветительное устройство, патент США №5191188, МПК F21L 15/08, 22.09.2002.

6. Уличный осветитель с питанием от солнечной энергии, патент RU 91406, F21K 2/00 от 10.02.2010.

7. Осветительная лампа, патент DE 19503512, МПК F03D 9/00, 08.08.1996

Авторы: Голощапов В.М., Баклин А.А., Рябихин С.П., Асанина Д.А., Вострокнутов Е.В., Мокроусова К.Ю.

Claims (3)

1. Автономная микроэлектростанция уличного фонаря, содержащая полую опору с входными и выходными окнами, фотоэлектрические панели, аккумуляторные батареи, блоки управления, светодиодные лампы, внутреннюю ветроэнергетическую установку, отличающаяся тем, что полая опора является многогранной, изготовлена из пултрузионного армированного стеклопластика и имеет конфузорную, цилиндрическую и диффузорную части; отношение большего диаметра конфузорной части полой многогранной опоры к ее меньшему диаметру должно составлять 1,5-2,0; грани полой многогранной опоры имеют винтовую форму с углом закручивания, равным 18-25°; тандемные фотоэлектрические модули размещены по всей внешней поверхности полой многогранной опоры; общий вал подвижно закреплен в радиально-упорных подшипниках; на общем валу неподвижно закреплены подвижная конусная солнечная батарея и два трехлопастных ЭВГ, причем два трехлопастных ЭВГ располагаются в параллельных плоскостях цилиндрической части полой многогранной опоры; трехлопастные ЭВГ расположены в параллельных плоскостях на расстоянии одного диаметра лопастей ЭВГ; подвижная конусная солнечная батарея вращается на опорном подшипнике; общий вал вращается под действием одновременно двух крутящих моментов, один крутящий момент возникает от вращения двух трехлопастных ЭВГ, другой - от взаимодействия магнитных сил между неподвижным магнитным кольцом диаметральной намагниченности и подвижными магнитами продольной намагниченности; магниты размещены с чередованием полюсов на внешней стороне алюминиевых ободов трехлопастных ЭВГ; лопасти двух трехлопастных ЭВГ имеют аэродинамический профиль; лопасти трехлопастного ЭВГ, размещенные в одной параллельной плоскости, и лопасти трехлопастного ЭВГ, размещенные в другой параллельной плоскости, смещены относительно друг друга на 60°; во входных окнах расположены вертикально входные боковые стенки под углом 30-45° к плоскости граней полой многогранной опоры; применяется прозрачный неподвижный конусный оптически активный купол с несимметричными двояковыпуклыми продольными оптическими линзами; подвижная конусная солнечная батарея расположена под прозрачным оптически активным куполом; закрытый алюминиевый конус размещен напротив нижней части входных окон, высота его не должна превышать высоту входных окон; опорная шайба с горизонтальными стойками и отверстиями для прохода воздуха охлаждает подвижную конусную солнечную батарею; входные и выходные окна оборудованы решетками; теплоэлектрический нагреватель размешен внутри закрытого алюминиевого конуса; датчик освещенности размещен сверху светодиодной лампы; датчики температуры размещены соответственно внутри закрытого алюминиевого конуса и на выходе из диффузорной части полой многогранной опоры.

2. Автономная микроэлектростанция уличного фонаря по п.1, отличающаяся тем, что несимметричных двояковыпуклых продолговатых оптических линз, равных длине, образующей прозрачный неподвижный конусный оптически активный купол, должно быть три и более.

3. Автономная микроэлектростанция уличного фонаря по п.1, отличающаяся тем, что несимметричных двояковыпуклых продольных оптических линз, равных 2/3 длины, образующей прозрачный неподвижный конусный оптически активный купол, отмеренных от его основания, должно быть три и более.

Images