Автономные системы освещения для дорог, работающие от возобновляемых источников, известны как LED лампы с солнечными панелями. В таких местах, как детские площадки, пешеходные переходы, пешеходные и велосипедные дорожки, остановки пригородного транспорта, где отсутствует вообще, или очень дорогая энергетическая инфраструктура на базе общественной электросети, хорошим решением является использование источников света, содержащих сами экономичные светодиоды и состоящие из фотоэлектрических модулей, или же гибридные системы с небольшим ветрогенератором.
Современные светильники, обеспечивающие оптимальные фотометрические характеристики при значительной экономии энергии, послужили основой для разработки устройств, заменяющих традиционное освещение с питанием от сети 220 В. Высокое отношение светового потока светодиодов к их электрической мощности, выраженной в люменах на ватт, позволяет светодиодным светильникам в автономных системах освещения эффективно освещать значительные области при сохранении полной независимости работы.
Такие лампы, помимо несущей конструкции, содержат следующие элементы:
- источник возобновляемой энергии в виде фотоэлектрических модулей и ветрогенератора,
- светильник со светодиодным источником света мощностью от 10 до 100 Вт,
- блок аккумуляторов для хранения энергии и питания осветительных приборов после наступления темноты,
- драйверы светодиодов и регулятор заряда аккумуляторов.
Для эффективного хранения избыточной энергии необходимы аккумулятор и стабилизатор заряда, обеспечивающие преобразование уровней напряжения и накопление энергии. Помимо этих обязательных функций, современные дорожные светильники содержат более сложные драйверы, обеспечивающие управление всей системой освещения и выполняющие дополнительные функции: профилирование работы освещения, связь с Интернетом, связь с другими системами и тому подобное.
В таких устройствах используются два основных типа преобразователей мощности:
- источники напряжения, взаимодействующие с DC/DC преобразователями, питающими светодиоды,
- источники тока, не требующие дополнительных промежуточных цепей для прямого питания светильников.
В случае использования гибридных систем, содержащих фотоэлектрические модули и маломощный ветрогенератор, необходимо предусмотреть дополнительный функционал контроллера заряда или использовать отдельные устройства, задачей которых является преобразование энергии переменного тока, вырабатываемой в генераторах, в энергию постоянного тока и хранение ее в аккумуляторных батареях.
Основным электрическим критерием выбора преобразователя является его пропускная способность по току, которая должна быть больше, чем максимальный ток, который могут генерировать фотоэлектрические модули во время зарядки аккумуляторов.
Солнечные модули, используемые в автономных системах, обычно изготавливаются по технологии c-Si и в настоящее время достигают эффективности преобразования солнечного излучения в 20% и имеют мощность 300-650 Вт/м, в зависимости от количества используемых элементов. Правило заключается в том, чтобы соединять их параллельно, чтобы их напряжение в точке максимальной мощности было ненамного выше рабочего напряжения устройства (12 или 24 В).
Что касается энергонакопителей, то чаще всего они основаны на свинцово-кислотных гелевых аккумуляторах и литий-ионных элементах LiFePO4. Примерный расчет требуемой емкости аккумулятора осуществляется следующим образом:
Для гелевых аккумуляторов принимаем уровень разряда 0,5, а для LiFePO4 — 0,8. Время работы лампы в декабре 14 ч и минимальное время автономной работы 4 дня.
Что касается конкретных моделей, этот вопрос будет рассмотрен в следующих материалах. Следите за обновлениями сайта Схемафорум.
