1. Проект
Автономные системы освещения на
возобновляемых природных ресурсах
Автор проекта: Данилов Е.С.

2. Постановка задачи
Частой проблемой в темное время суток на отдалённых от
цивилизации участках земли становится недостаток освещения. По
разным причинам парой невозможно провести линии электропередач
к отдельным районам, и по этому я предлагаю для освещения
труднодоступных мест, так же заповедных мест, использовать
автономные системы на возобновляемых природных ресурсах.
Система должна быть функциональной, качественной, дешевой,
мобильной (на сколько это возможно).

3. Общий вид и описание
Система представляет собой известный нам
фонарь уличного освещения имеющий ряд
доработок. Что бы обеспечить автономность фонарь
оборудован солнечной батареей и ветрогенератором.
Полученная электроэнергия накапливается в
аккумуляторной батарее.

4. Столб
В первое время я допускаю
возможность использования
готовых столбов (таких, которые
используют для обычных,
централизованных систем
освещения). Их цена колебли
вблизи 500 у.е за штуку.

5. Столб
∗ На рынке представлены 2 типа столбов, железобетонные и произведённые
из оцинкованной стали. К ним дополнительно предложены светильники.
Я склоняюсь к выбору стальных столбов из-за их относительной лёгкости и
простоты монтажа (это касается столбов установленных на фланце)

6. Источники питания
Солнечная батарея достаточной
мощности и невысокой стоимости (2
у.е. за 1 Вт)

7. Солнечная батарея
∗ Солнечных панель BCT10W-12V
∗ Номер модели: BCT10W-12V
Кремний поликристаллический материал
Размер: 351mm x 291mm x 17mm
Количество элементов: 36
Максимум Мощность: 10 Вт
TPT Krempel, Германия
∗ Способность поставки: 30000 кВт в год
∗ Электрические характеристики BCT10W-12V
∗ Максимальная мощность на STC (Pmax): 10W
Оптимальное рабочее напряжение (Vmp): 17.2V
Оптимальный рабочий ток (Imp): 0.58A
Напряжение холостого хода (Voc): 21.6V
Ток короткого замыкания (Isc): 0.68A
Ток короткого замыкания температурный коэффициент: (0,065 ± 0,015)% / ° C
Напряжение холостого хода температурного коэффициента: - (80 ± 10) мВ / ° C
Пик температурного коэффициента мощности: - (0,5 ± 0,05)% / ° C
NOCT (воздуха 20 ° C; ВС 0.8kw / м ветер 1 м / с)47 ± 2 ° C
Рабочая температура: -40 ° C до 85 ° C
Максимальное напряжение системы: 600 В DC
Мощность толерантности:± 3%
∗ Поставщик предлагает панели BCT мощностями 20w, 30w, 40w, 150w и 200W

8. Источники питания
Ветрогенератор целесообразнее
разработать самостоятельно. Для
этого необходим генератор, который
можно закупить и корпус с лопастями
– их и нужно разработать на данный
момент. «Ветряк» должен быть
флюгером и сам поворачиваться по
ветру, для этого его необходимо
снабдить хвостовым оперением.
Полученная энергия накапливается в
аккумуляторе 12V 9Ah. (мощности
аккумулятора достаточно для питания
лампы 30W всю ночь)

9. Контролер зарядки для солнечной батареи и
ветрогенератора
Для контроля за зарядкой аккумуляторной батареи необходимо использовать
специальный контролер. Я приведу в пример простейший из мной найденных. Контроллер заряда Ep
Solar LS0512 5A
Характеристики
LS0512
Тип контроллера
12В
Напряжение
Макс. ток на входе 5A
Макс. ток нагрузки 5A
Макс. собственное потребление <6 мА
Напряжение подзарядки (float) 13.8В
Напряжение форсированного заряда (1 час) 14.4В
Точка повторного подключения нагрузки 12,6В
Точка защитного отключения при разряде 11,1В
Рабочая температура -35°С…+55°С
Размер терминалов (сечение проводов) 2,5 мм2
Класс защиты IP30
Вес 50 г
Размеры 97*66*25 мм

10. Лампа
LED !!!
∗Технические данные:
∗Сеть: AC180-240V/90-130V 50-60HZ,
∗Размер: 275MM*95MM
∗Угол освещения: 120 градусов,
∗Потребления тока: 28W,
∗Яркость: 2800 люм.
∗Световая тональность: Белая натуральная, 6500К
∗Эквивалент: 300 W лампы накаливания
∗Условия: -40С + 50С, IP67, влажность 99%, ударостойкость 50Дж,
корозииность к кислотам O3/C4 >75%
∗Срок жизни: 23 года
∗Комплектность: Лампа LED с Трансформатором в одном
ударостойком корпусе.
∗Площадь освещения: высота столба до 5м, шаг 15-20м
∗Цоколь: E40, Aluminum PCB
∗Гарантия: 36 месяцев

11. Лампа
Led лампа при своей стоимости
имеет потребление в 10 раз
меньше, нежели аналогичные по
световой мощности натриевые
лампы. Срок службы LED лампы в
40 раз превышает срок службы
обычной натриевой лампы.
Очевидно, что для использования
в моей системе я остановился
именно на данном типе ламп.

12. Преобразователь тока
Для питания лампы фонаря необходим напряжение 220v, однако
аккумуляторная батарея даёт напряжение 12v. Данную проблему я решил
путём внедрения в цепь преобразователя напряжения Gembird EG-PWC-001 12V-
>220V 150W, или аналогичных ему. Можно даже менее мощный.

13. Система включения-выключения
Для самоорганизации
системы необходимо использовать
датчик включения-выключения. Он
представляет собой
светочувствительный автомат и
датчик освещенности. К примеру
AZH-S Плюс, AZH-106 и других.

14. Энергопотребление
Число часов темного времени
суток в нашей широте
приблизительно: 4400ч
Тариф за электроэнергию для
физических лиц: 295 бел.руб
=0.034$ за 1КВт
При использовании обычных
фонарей с натриевыми
лампами 330W
электропотребления, за год:
50$
В автономной системе расхода
на оплату электроэнергии нет,
причем замена ламп в обычных
фонарях производится порядка
2-х раз в год, в то время как LED
лампы перегорают реже, и
требуют замены раз в 20 лет
(по заявлению производителя).

15. Сопоставление стоимости
Комплектация Обычная Автономная
осветительная система,
система, стоимость в $
стоимость в $
Стоимость стальной (покрытие: холодный 590
цинк) опоры освещения высотой от уровня
земли 7м
Светильник 30
Лампа 4 110
Солнечные панели 0 60
Ветрогенератор 0 100
Аккумулятор 0 25
Система контроля (преобразователь, 0 85
контролер зарядки, датчик)
Итого для 1-го столбов : 624 1000

16. Расходы на установку и эксплуатацию
Статьи расхода Обычная Автономная
осветительная система,
система, стоимость в $
стоимость в $
Подводка электричества 850 0
Установка (за сутки работы) 400
Расходы на энергопотребление за 1 год 1 50 0
фонаря
Расходы на замену ламп за 1 год 8 0
Общий расход на установку и 8000 10400
содержание за первый год для 10
фонарей:
Общий расход на установку и 10000 10400
содержание за 5 первых лет для 10
фонарей:

17. Стоимость
Исходя из данных таблицы легко подсчитать, что фонарь
предложенный мной по отношению к повсеместно устанавливаемым окупится
через 6 лет.
Я не исключаю расходов на тех. обслуживание.
Ресурс генератора 200 000 часов
Ресурс лампы более 20 лет
Ресурс солнечной батареи свыше 30 лет
Ресурс аккумулятора 1500 циклов зарядки – разрядки -> 28 лет при 7-дневном
цикле.
Для сравнения хочу отметить, что цены на западные аналоги:
Система с солнечной батареей 500-3000$
Система с ветрогенератором на вертикальной оси 3000 – 9000$
Система с солнечной батареей и ветрогенератором 1300-15000$

18. Обоснование
Данная система имеет плюсы такие как:
∗Автономность
∗Независимость от добываемых источников энергии
∗На столб могут устанавливаться разное оборудование
∗Мобильность
Система имеет и минусы:
∗Дороговизна комплектующих
∗Более низкая вандалоустойчевость (по сравнению с классическими фонарями)
∗Плохая конкурентоспособность в электрифицированной местности.

19. Вывод
Автономная система освещения может быть создана при затрате
сравнительно небольших средств если большую часть её
комплектующих разработать, а не закупать. Для данной системы
несомненно есть применение: труднодоступные участки, где нет
возможности прокладывать ЛЭП или подземный кабель, осветительные
конструкции в заповедных зонах (там где нельзя «копать»), вместо
фонаря могут устанавливаться системы видеонаблюдения и контроля за
пожароопасной ситуацией, светофоры на отдалённых участках дорог,
подсветка рекламных щитов и т.д.

20. Спасибо за внимание!