Автономно улично осветление

Приложение на фотоволтаични панели в системи за осветление

Не са много българските общини, които могат да се похвалят с качествено и ефективно улично осветление. Значителен брой от уличните осветители са морално и физически амортизирани и не отговарят на нормативните изисквания. Проблем е и масовото използване на неефективни светлинни източници, най-често живачни лампи високо налягане.

Като първа стъпка към ограничаване на експлоатационните разходи за улично осветление и подобряване на ефективността му, някои общини започнаха подмяна на старите живачни лампи с натриеви и въведоха системи за мониторинг и автоматично управление. В други населени места, сред които София, Бургас, Чепеларе, Берковица, Дупница, Кайнарджа, Стралджа и други, стартира реализацията на проекти за инсталация на улични лампи с фотоволтаични модули.
Въпреки че изискват по-голяма първоначална инвестиция, използването на осветителни уредби с внедрени алтернативни източници на енергия е целесъобразно по много причини. Енергията, която генерират, е екологична, при експлоатацията им не се отделят вредни емисии, изискват ограничена поддръжка. Освен това, при повреда в енергийния източник отпада само дефектираният източник.

Компоненти на системата
Най-общо погледнато, автономните улични лампи се състоят от фотоволтаичен модул, акумулатор, светлинен източник и електронен блок за управление.
Мощността на фотоволтаичните модули, използвани за целта, варира от 80 Wp до 250 Wp. Акумулаторът най-често работи на 12 V, а капацитетът му е от 100 Ah до 150 Ah. Електронният блок управлява функционирането на системата, включително включването на светлинните източници и изключването им сутринта. Работата на светлинните източници се регулира от датчик за осветеност и таймер. При повечето модели улично осветление източникът, фотоволтаичният модул и контролният блок се монтират на височина от около 7-8 м върху стълб от алуминий или галванизирана въглеродна стомана. Акумулаторът би могъл да бъде положен в контейнер под земята, в непосредствена близост до стълба. Специалистите препоръчват този вариант, тъй като той предпазва акумулатора от големи разлики в температурата и най-вече от отрицателни зимни температури, които могат да понижат реалния му капацитет и това да даде отражение върху продължителността на светене на източника.

Видове светлинни източници
Сред най-разпространените светлинни източници за автономните улични осветители са натриевите лампи високо и ниско налягане, светодиодите, безелектродните индукционни лампи и други.
Натриеви лампи високо налягане. При този вид лампи светлината се генерира от електродъгов разряд между електроди, разположени в двата края на специална разрядна тръба. Тя е поставена в стъклена колба с елипсовидна или цилиндрична форма. Електрическият разряд се осъществява в среда от натриеви пари. Средният живот на лампите е около 16 000 часа.
Най-новото поколение натриеви лампи високо налягане имат светлинен добив 150 lm/W. Сред най-предпочитаните модели за улично осветление са натриевите лампи високо налягане, които имат цветова температура Тцв.= 2000 К.
Натриевите лампи ниско налягане имат U-образна разрядна тръба, поставена в защитна външна цилиндрична стъклена колба. Произвеждат се с мощности от 18 до180 W и се характеризират със светлинен поток 1800 - 3200 lm. Светлинният им добив е от 100 до 203 lm/W. Този тип лампи излъчват монохроматична жълто-оранжева светлина с дължина на вълната 590 nm.
Безелектродни индукционни лампи. Този вид лампи се състоят от стъклена колба, напълнена с газ, антена, разположена по оста на колбата и генератор. Генераторът работи на честота 2,65 MHz и създава чрез антената електромагнитно поле в колбата, което индуцира електрически ток в газовия пълнеж и го йонизира. Безелектродните индукционни лампи са с голям живот - 60 000 часа. Светлинният им добив е 65 - 70 lm/W.
Светодиодни (LED) лампи. Светодиодът се състои от полупроводников чип, рефлектор и тоководещи изводи с пластмасово покритие, което го защитава от влага, корозия и механични повреди. Светлинният  добив на новите поколения светодиоди е голям - между 50 и 100 lm/W. Експлоатационният срок на LED, в края на който светлинният им поток намалява с 30% спрямо първоначалния е средно 50 000 часа, като вече не са малко светодиодите с експлоатационен срок 100 000 часа.
Рефлектори в осветителните
тела
Важен елемент от автономните улични осветителни системи е рефлекторът, който има решаваща роля за ефективността на инсталацията. Рефлекторите се изработват от алуминий с висока чистота, обикновено. Новост в производството им е използването на специални керамични материали, които имат висока температурна устойчивост с работна температура 230 °C. Керамичните материали могат да се шприцват. След това чрез нанотехнологии върху тях се нанася химическо чисто сребро, а върху него слой от SiO2 и TiO2, които предпазват среброто от патиниране. За да се ограничи вътрешното му отражение се използват разсейватели от изпъкнало стъкло с по-малко вътрешно отражение и по-висок КПД, осигуряващи по-добро светлоразпределение.

Концепцията за захранване на уличното осветление
с фотоволтаични панели е относително елементарна. Фотоволтаичният панел преобразува слънчевата енергия в електрическа и зарежда акумулатора, откъдето осветителната система черпи енергия през нощта. За да се предпази акумулаторът от презареждане и изтощаване и за да се осигури контрол на времето, през което работи осветлението, се използват автоматични системи за управление.

Системи за контрол и управление
Мониторингът и контролът на уличните осветителни тела често се реализира чрез използването на възможностите на Powerline-базиран протокол, при който управляващите сигнали се предават по силовата мрежа. В случаите, при които уличните осветители се захранват самостоятелно от фотоволтаични модули, управлението може да се осъществи по радиочестотен канал 868 MHz или GSM/GPRS комуникационен интерфейс. Отделните улични осветители могат да се управляват от специализиран контролер, базиран на DALI протокол.
Специализираните контролери обменят данни с централна система за управление по някои от изброените канали. Обикновено върху дисплей в централен команден пункт се визуализират основните работни характеристики на източниците, състоянието на батерията и др. В случай на авария системата алармира специалистите по поддръжката чрез SMS, например.

Хибридни системи за улично осветление
Сред последните нововъведения в автономните улични осветители е комбинацията на фотоволтаични модули с малки вятърни генератори. Системите се монтират на отделните стълбове и отдават генерираната енергия на акумулатора, който захранва светлинния източник през тъмните часове на денонощието. При изграждане на подобна система е необходимо да се вземат под внимание типичните климатични показатели за региона - плътността на слънчевата радиация и скоростта на вятъра. За различни ъгли на разположение на фотоволтаичния панел, данните за плътността на слънчевата радиация варират. Същото е валидно и за скоростта на вятъра, която в зависимост от височината на монтаж на ветрогенератора се променя. След извършване на необходимите изчисления и проучвания се прави и окончателният избор на компонентите, които ще включва хибридната осветителна система.