Вы тут

Автономный уличный фонарь


Фото носит иллюстративный характер

Конкурс «Природа малой родины». 1 место среди индивидуальных работ
Проект «Автономный уличный фонарь для города Бреста с горизонтальным ветрогенератором и солнечными панелями»
Автор – Тимофей Оверчук, учащийся 7 «В» класса ГУО «Средняя школа № 13 г. Бреста имени В.И. Хована». Руководитель – учитель географии высшей квалификационной категории Агеевец Александр Михайлович

 

Энергоэффективность и энергосбережение
должны стать ключевым принципом жизни каждого белоруса.
А.Г. Лукашенко

Информационная характеристика экологического проекта

Актуальность проблемы

Перед всеми субъектами республики стоит важная задача – воспитать гражданина, которому присущи высокая экологическая культура и культура энергопотребления. Этот социальный заказ общества может реализоваться в рамках соответствующей образовательной среды, которая базируется на методах, подходах, учитывающих знания об энергопотреблении, энергосберегающих технологиях, наиболее безопасных для окружающей среды и человека.

Проблема энергосбережения в последние годы приобрела особую актуальность. В мире предпринимаются огромные усилия по внедрению инновационных решений и технологий, позволяющих сократить потребление электроэнергии. Для Республики Беларусь, не обладающей значительными запасами углеводородных ресурсов, вопросы энергосбережения всегда были приоритетны, а в свете значительного повышения мировых цен на природный газ и нефть стали особенно острыми.

Уменьшение количества потребляемой энергии и энергосбережение в рамках нашего города – очень важный вопрос для всех нас, так как сегодня Беларусь импортирует 90% от необходимого количества энергоносителей.

Уличное освещение — это серьезный потребитель электроэнергии.

В Бресте насчитывается 28 551 уличный фонарь.

Из них 1 791 – на светодиодных лампах;

1 000 КВЭС (малые фонари);

25 760 – ДНаТ.

Мощность данных осветительных приборов – от 70 до 250 Вт. Режим горения уличных фонарей меняется раз в пять дней и согласовывается в обязательном порядке с горисполкомом и ГАИ.

Режим работы уличного освещения в Бресте

В КУП «Брестгорсвет» сообщили, что уличное освещение в городе включают в 18.30 и отключают, в соответствии с решением Брестского горисполкома, «в целях оптимизации расходования энергетических ресурсов и экономии бюджетных средств» с 22.00 до 5.00. Освещают в основном центральные улицы, и это составляет 40% от общего числа уличных фонарей.

В частном секторе (Катин Бор, Речица, Пугачевка и др.) отключают с 1.00 до 5.00 все уличные фонари.

Мы рассчитали расход количества электроэнергии за сутки.  Самые распространенные лампы, применяемые в уличных фонарях, – мощностью 250 ватт. Такая лампа 1 киловатт электроэнергии «сжигает» за четыре часа. В зимнее время уличные фонари горят по 12 часов – это 3 киловатт/часа.

3х28551=85 653 кВт, исходим из того, что 60% уличных фонарей не работают, составляем пропорцию:

85 653 – 100%

Х - 40%

Х= 85653х40/100 = 34 261 кВт – расход электроэнергии за сутки в зимний период.

Если мы научимся и здесь минимизировать затраты, это позволит сберечь природу от разрушения и загрязнения в нашем городе.


Автор проекта: Оверчук Тимофей, учащийся 7 «В» класса.

Руководитель проекта: Агеевец Александр Михайлович, учитель географии высшей квалификационной категории, заместитель директора по учебной работе.

Учреждение образования: ГУО “Средняя школа № 13 г. Бреста имени В.И. Хована”

Сроки реализации проекта: сентябрь 2018 – май 2019 года.


Описание проблемы

После захода солнца в неосвещенных местах городов порой находиться небезопасно и некомфортно. Повсюду поставить столбы и протянуть к ним электричество довольно накладно и не всегда возможно, особенно если это  район новостроек. Обычно освещение организуют только в центре, а на окраинах экономят. Поэтому было придумано экономичное решение – уличные фонари на солнечных батареях с дополнительной установкой горизонтального ветрогенератора. Технологический уровень использования этих альтернативных источников энергии выводит уличное освещение на новый уровень развития.

Такие автономные фонари появились уже во многих европейских городах. Их устанавливают на магистралях, улицах, в парках. Особенно они востребованы там, где есть трудности при подводе электричества. Помимо осветительной функции, фонари на солнечных батареях часто применяют для декоративной подсветки зданий на улице.

Принцип работы

Самый распространенный способ использования солнечной и ветровой энергии – это преобразование ее в электрическую. На этом принципе и построены уличные фонари. В их конструкции предусмотрены небольшая солнечная батарея (размеры зависят от мощности светильника), ветрогенератор и аккумулятор. Фотоэлектрические элементы в составе солнечных батарей вырабатывают электрический ток в дневное время под действием солнечного света. Ветрогенератор – за счет передачи вращения лопастей на генератор и на этот же аккумулятор. Выработанное электричество накапливается в аккумуляторе и в ночное время расходуется для работы уличного фонаря.

Кроме того, в фонаре присутствует блок управления, автоматически включающий их в темное время суток освещение.

На эффективность работы уличных фонарей с солнечными батареями сильно влияют погодные условия в том или ином районе Беларуси, а также застройка высотными зданиями. Если световой день короткий, то аккумулятор зарядится не полностью. В результате его энергии не хватит для работы на всю ночь. Кроме того, к сбоям в работе уличного фонаря могут привести отрицательные температуры.

То же можно сказать о продолжительной жаре, которая вызывает перегрев и поломку полупроводников. Если планируется устанавливать фонари в жарком климате, то в некоторых случаях стоит предусмотреть систему охлаждения. Есть и еще один неприятный момент. Защитное стекло солнечной батареи на улице загрязняется, из-за чего снижается эффективность ее работы. Поэтому и возникла идея добавить ветрогенератор.

Почему мы выбрали именно горизонтальный вариант ветрогенератора.

К отрицательным свойствам ветровых генераторов с вертикальной осью вращения можно отнести:

  1. Металлоемкость конструкций и как следствие – значительный вес;
  2. Низкий КПД установок;
  3. Высокий уровень шума.

Виды ветрогенераторов.

Цель и задачи проекта, объект и предмет исследования

Цель: разработать проект по модернизации уличных светильников, используемых в городе Бресте, с поэтапным переходом на альтернативные источники энергии.

Достижение цели проекта позволит решить исходную проблему и приведет к снижению неоправданных потерь электроэнергии и минимизации затрат за ее приобретение.

Объект исследования – энергосбережение в городе Бресте.

Предмет исследования – возможность энергосбережения в городе с использованием альтернативных источников энергии.

Для достижения поставленной цели мы решали следующие задачи:

  •  сформировать координационный центр проекта из педагогов и учащихся нашей школы;
  •  спланировать проект;
  •  изучить уровень представлений о проблеме энергосбережения и мероприятий по экономному энергопотреблению;
  •  изучить «покупной» вариант модернизации уличного фонаря;
  •  разработать проект солнечных панелей и чертежи ветрогенератора;
  •  распространить информацию о результатах проекта среди заинтересованных организаций.

Ожидаемые результаты проекта:

  • получение чертежей солнечных панелей и ветрогенератора;
  • повышение уровня информированности участников проекта в области энергосбережения;
  •  получение учащимися личного опыта и умений по реализации конкретных практических действий, направленных на энергосбережение;
  • практическая реализация данного проекта на примере одного школьного уличного фонаря в течение учебного года.

Проектный продукт – чертежи солнечных панелей и ветрогенератора, изготовление автономного уличного фонаря.

Методы реализации проекта

  • выпуск наглядной агитации по вопросам энерго- и ресурсосбережения в учреждении образования;
  • изготовление чертежей солнечных панелей и ветрогенератора;
  • проведение работы по разъяснению политики государства в области экономии, направленной на повышение благосостояния белорусского народа, на информационных часах, классных часах, родительских лекториях;
  • систематическое освещение на сайте школы новостей по реализации данного проекта по изготовлению автономного уличного фонаря.

 Математические расчеты по приобретению солнечных панелей и ветрогенераторов

Обратимся к сайту http://brest.sol-batery.ru/solnechnye-batarei/avtonomnaya-solnechnaya-energosistema-sanset.html по поводу приобретения солнечных панелей и оборудования к нему.

АСЭ «Сансет» – наиболее бюджетное решение для электроснабжения маломощной аппаратуры, каковой является уличный фонарь. Номинальная мощность инвертора составляет 300 Вт, пиковая мощность – 400 Вт. Данный комплект способен обеспечить ночное освещение уличного фонаря.

Оборудование системы освещения с помощью солнечных панелей.

Основное оборудование системы включает в себя:

Стоимость комплекта составляет 1816 рублей.

Обратимся к сайту https://msk.manblan.ru/prices/maglev/ по поводу приобретения ветрогенератора и оборудования к нему.

Ветрогенератор вертикальный «Маглев» 300Вт, лопасти – алюминий, скорость страгивания – 1 m/s, скорость старта выработки – 2,5 m/s, скорость старта заряда АКБ – 3,5 m/s, номинальная скорость ветра – 13 m/s
максимальная рабочая скорость ветра – 15 m/s, максимальная допустимая скорость ветра 60 m/s, тип генератора – трехфазный переменного тока на постоянных магнитах.  
Напряжение системы – 48 В, ток заряда 130 А, тормоз – при достижении предельной скорости ветра – автоматический электронный замыканием фаз ветрогенератора, рабочие температуры -30+50°С.

Стоимость комплекта составляет 6729 рублей.

Общая стоимость модернизации уличного фонаря составила 8545 рублей.

ВЫВОД: данная сумма является очень затратной для нашего города, если учесть, что это сумма модернизации одного уличного фонаря. Поэтому мы разработали чертежи фонаря на солнечных панелях и горизонтального ветрогенератора.

Приложение 1. Автономное освещение на основе солнечных батарей

Автономное освещение на основе солнечных батарей.

Для изготовления солнечной батареи потребуются следующие материалы:

• фотоячейки;
• алюминиевые уголки; 
• диоды Шоттки; 
• силиконовые герметики; 
• проводники; 
• крепежные винты и метизы; 
• поликарбонатный лист/оргстекло; 
• паяльное оборудование.

Этапы работы

Корпус

Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.

Каркас для солнечной панели.

Корпус собирается из влагостойкого материала – фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат. При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.
Пайка элементов
Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.
Положение фотоэлементов при пайке.
 
Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса – положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток – параллельно. Во избежание разрядки аккумулятора ночью в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой. 
 
Сборка
В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон. Все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.
 
Комплектующие можно приобрести на сайте https://ru.aliexpress.com 

 

 
Приложение 2. Чертежи горизонтального ветрогнератора
 
Чертежи горизонтального ветрогенератора.
 
 

 

1. Как определить число магнитов.
Число магнитов ЧЕТНОЕ (кратное 4, для соотношения 4/3, или кратное 2, для соотношения 2/3. Магниты устанавливаются с чередованием полюсов. Если генератор с двумя дисками, то магниты на разных дисках, стоящие напротив друг друга, должны притягиваться.
Расчет (пример на магнитах d19 h4):
Допустим, у нас есть 20 штук. Делим 19 (диаметр магнита)/2= 9.5 мм (расстояние между магнитами). 19+9,5= 28,5 мм (размер сектора). 28,5х20 (количество магнитов) = 570 (длина окружности). 570/Пи=181,5 (диаметр по средней линии магнитов). 181,5+19=200,5 (внешний диаметр ротора). 181,5-19=162,5 (внутренний диаметр ротора).
2. Рассчитываем количество катушек для трехфазного генератора. 
Число магнитов/4. 20/4*3=15. Для соотношения 4м/3к, (можно соотношение 2м/3к 20/2х3=30 катушек).
Рассчитаем допустимый размер катушки: диаметр магнита х2,19х2=38 мм
Толщина статора рассчитывается так (только для безжелезных статоров): 
(толщина магнита х2)-2 (зазор)-4(на ЭДС) =(4х2)-2-4=2
Можно на ЭДС отнимать поменьше, например, 2 мм, иначе для тонких магнитов толщина статора становится минимальной. Чем больше остается на ЭДС, тем больше индукция в зазоре.
 
Приложение 3. Методика расчета генератора
Методика расчета генератора.
3. Рассчитаем параметры катушек.
Берем провод, например, 0,5 мм.
Находим количество витков в ширину. Ширину намотки делим на толщину провода: 9,5/0,5=19 витков. Находим количество витков по высоте: для примера, 4 мм /диаметр провода = 4/0,5=8 витков. Теперь перемножим эти витки: 19х8=152. Но это опять – в идеале. Нужно ввести коэф. упаковки =0,8. Тогда 152х0,8=121 виток.

Выбар рэдакцыі

Культура

Алесь Родзім: Рабілі «афармілаўку» для калгасаў, вярталіся ў свае падвалы і працягвалі маляваць

Алесь Родзім: Рабілі «афармілаўку» для калгасаў, вярталіся ў свае падвалы і працягвалі маляваць

Беларускаму складніку Тахелеса прысвечаны арт-фестываль «Міфалагема тысячагоддзя», што адкрыўся ў прасторы Ок16 15 жніўня.

У свеце

Як развіваецца глабальнае супрацьстаянне ЗША і Кітая?

Як развіваецца глабальнае супрацьстаянне ЗША і Кітая?

Супярэчнасці ў адносінах паміж Вашынгтонам і Пекінам абвастраюцца, і іх можна смела называць гандлёвай вайной.

Грамадства

Якім павінен быць вучэбны дапаможнік у ХХІ стагоддзі?

Якім павінен быць вучэбны дапаможнік у ХХІ стагоддзі?

З 50 выданняў, якія павінны з'явіцца на школьных партах да 1 верасня, 48 ужо надрукаваныя.

Здароўе

Якія аперацыі беларускія афтальмолагі робяць пры катаракце, глаўкоме і іншых хваробах вачэй

Якія аперацыі беларускія афтальмолагі робяць пры катаракце, глаўкоме і іншых хваробах вачэй

Экзапратэзаванне арбіты не робіцца больш ні ў адной з краін СНД.