Filyuk, Yaroslav

Koval, Vadym

Коваль, Вадим Петрович

Філюк, Ярослав Олександрович

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University

Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції.  Фундаментальні та прикладні проблеми сучасних технологій – Тернопіль 19-21 травня 2015.  191 УДК 628.92 Ярослав Філюк, Вадим Коваль, к.т.н., доц. Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Україна  АВТОНОМНЕ ЖИВЛЕННЯ ЗОВНІШНЬОГО ОСВІТЛЕННЯ  З ВИКОРИСТАННЯМ СВІТЛОДІОДНИХ ДЖЕРЕЛ СВІТЛА  Yaroslav Filyuk, Vadym Koval, Ph.D., Assoc. Prof. AUTONOMOUS POWER SUPPLY OUTDOOR LIGHTING WITH THE USE OF LED SOURCES OF LIGHT   Автономні системи на сонячних батареях є оптимальним рішенням проблем пов'язаних з відсутністю можливості підключення до електромережі. Літом сонячного світла в Україні достатньо, щоб живити автономну систему повністю від сонячних фотоелементів. Електроенергія в денний час накопичується в акумуляторі і лише при настані сутінок споживається освітлювальним пристроєм.  Вуличні освітлювальні пристрої на сонячних батареях сьогодні з великим успіхом застосовуються в багатьох містах Європи для зниження навантаження на міські мережі і економії коштів жителів. Особливо популярні такі системи в регіонах із складним гірським ландшафтом, де прокладення кабеля украй дороге або не можливе по причині відсутності електричних мереж. Відсутність необхідності трудомісткого обслуговування, заміни ламп, плюс екологічна безпека і використання сучасних технологій, підкреслюють актуальність впровадження енергонезалежних світлодіодних приладів. У системах автоматичного освітлення джерелами електроенергії є сонячні фотоелементи, які виготовляють з напівпровідникових матеріалів, їх основні характеристики наведені у таблиці 1. [1] Таблиця 1. Основні характеристики деяких сонячних фотоелементів Матеріал, Структура UХ.Х, мВ JК.З., мА/см2 ККД, % Виробник GaInP/GaAs  2663  2320  30.2  NREL GaAs  1011  27.55  23.3  Sun Power mс-Si  636  36.5  18.6  Georgia Tech. Для накопичення надлишкової електроенергії та забезпечення живлення системи у вечірню пору, використовують акумулятори. На теперішній час широко проводяться роботи по дослідженню нових способів акумулювання електричної енергії серед таких, є накопичувачі електроенергії без зміни її форми у суперконденсаторах (іоністорах). Так усім відомі джерела струму, свинцево-цинкові, заряджаються тоді, коли усередині них відбувається хімічна реакція. Вони віддають збережену енергію, розряджаються, в результаті хімічної реакції, що протікає у зворотному напрямі. А у суперконденсаторів, навпаки, відсутні які-небудь хімічні реакції крім того, накопичення  енергії  відбувається за час від мілісекунд до хвилин, залежно від ємкості. Тому вони успішно функціонують в колах з частими процесами зарядження і розрядження. Порівняльні параметри акумуляторів і суперконденсаторів приведені в таблиці 2. Сучасні світлодіодні джерела світла дуже добре підходять для установок з автономним живленням, оскільки вони працюють на постійному струмі, яку видає акумулятор. Вони економні, у них відсутні витрати на обслуговування і підключення до електромереж, мають низьке енергоспоживання, ККД до 96 %, термін служби до 20 років безперервної роботи, широкий діапазон робочої температури від – 50 °С до + 55 Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції.  Фундаментальні та прикладні проблеми сучасних технологій – Тернопіль 19-21 травня 2015.  192 °С, вібростійкі, не містять ртуть, не створюють стробоскопічного ефекту (пульсації, мерехтіння), стійкі до багаторазових включень/виключень.   Таблиця 2 – Параметри акумуляторів і суперконденсаторів Густина енергії Потужність Ефективність Кількість циклів Робоча температура Тип Час заряду Час розряду (Вт∙год/кг) (Вт/кг) (%)  °С Акумулятори 1…5 год. 0,3…3 год. 20 … 100 <1000 0,7-0,85 1000 -20…+60 Суперконденсатори 0,3…30 с. 0,3… 30 с. <10 >10000 0,9-0,98 >1000000 -40…+70  Для економного споживання електроенергії в системі, можливо використовувати автоматичне включення та регулювання світлового потоку світлодіодного джерела світла за допомогою додаткових керуючих пристроїв, більшість з яких використовують метод широтно-імпульсної модуляції напруги живлення. Суть роботи цих керуючих пристроїв полягає в наступному. При настанні сутінків світлодіодне джерело світла автоматично включається  в черговому режимі (до 40 % освітленості). При появі людини в зоні виявлення до12 м або автомобіля на відстані 100 м, система переходить в робочий режим (100 % освітленості). При покиданні людиною зони виявлення, система повертається в черговий режим. Такий алгоритм роботи системи освітлення дозволяє в середньому на 50 % зменшити споживання  струму від акумуляторної батареї. Також за допомогою додаткового керуючого пристрою можна обмежити струми акумуляторної батареї. Так в момент включення акумуляторна батарея з повним зарядом, може генерувати струм більший ніж той, на які розраховані світлодіоди, що призведе до збільшення тепловиділення, і до підвищення температури їх активної частини. Перегрів світлодіодів, негативно впливає на термін служби.  Тому нами проведено дослідження електротехнічних та світлотехнічних параметрів світлодіодних приладів, які живляться від автономного джерела з використанням додаткового пристрою, що забезпечує широтно-імпульсну модуляцію напруги живлення. Для дослідження було використано  світлодіодну матрицю типу МТК2-30W. Експериментальні дані приведені в таблиці 3.  Таблиця 3 – Експериментальні дані  Кз, % Ф, лм Світловіддача, лм/Вт № ƒ, кГц від до від до від до 1 30 20 90 880 1704 29 41 2 50 20 90 923 1846 25 41 3 90 20 90 930 1882 19 31 Отже, за допомогою додаткових пристроїв з широтно-імпульсною модуляцією, можна керувати параметрами світлодіодних джерел світла, змінюючи коефіцієнт заповнення (Кз) відповідно змінюючи світловий потік. А також, такий додатковий пристрій може забезпечити економічне використання енергії без негативного впливу на роботу світлодіодних джерел світла. Перелік посилань 1. Гременок В. Ф. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов / В. Ф. Гременок, М. С. Тиванов, В. Б. Залеcский. – Минск: Изд. Центр БГУ, 2007. – 222 с. 

Autonomous power supply outdoor lighting with the use of led sources of light

http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/123456789/7304/2/Conf_2015_Filyuk_Y-Autonomous_power_supply_191-192.pdf

Autonomous power supply outdoor lighting with the use of led sources of light

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University