Lampy LED-owe w wyspowych systemach oświetlenia autonomicznego

Obecny rozwój technologiczny pozwala uzyskać znaczny stopień autonomii w zakresie całorocznego zapewnienia oświetlenia bez konieczności budowy infrastruktury opartej na sieci elektroenergetycznej. Firma Masters, posiadająca własne Centrum Badawczo-Produkcyjne Systemów Fotowoltaicznych, od wielu już lat należy do dostawców tego typu rozwiązań, oferując najwyższej klasy sprzęt służący do oświetlania terenów publicznych.

Nowoczesne oprawy zapewniające zoptymalizowaną wydajność fotometryczną przy znacznym oszczędzaniu energii dały podstawę do opracowania urządzeń, które zastępują tradycyjne oświetlenie zasilane z publicznej sieci elektrycznej. Duży stosunek strumienia świetlnego diod LED do ich mocy elektrycznej wyrażony w lumenach na wat pozwala w okresie Lampy LED-owe w wyspowych systemach oświetlenia autonomicznego wiosenno-letnim na efektywne oświetlanie ww. terenów przy zachowaniu pełnej niezależności pracy.

Od wielu już lat pracujemy nad stworzeniem niezawodnie działającej lampy solarnej osiągającej pełną autonomię w ciągu całego roku. Efektem tych prac jest rodzina urządzeń Perfect zawierająca szeroką gamę lamp solarnych do różnych zastosowań.

Lampy solarne, poza konstrukcją nośną, zawierają następujące elementy:

• źródło energii odnawialnej w postaci modułów fotowoltaicznych i generatora wiatrowego,
• oprawę oświetleniową ze źródłem światła LED o mocy od 20 do 70 W,
• bank akumulatorów do gromadzenia energii i zasilania opraw świetlnych po zapadnięciu zmroku,
• sterowniki diod i regulatory ładowania baterii.

Profesjonalne układy diod LED w obecnie stosowanych nowoczesnych oprawach oświetleniowych zwykle wymagają zasilania przez tzw. źródła prądowe, które poprzez zmianę wartości prądu zasilającego dają możliwość regulacji strumienia świetlnego. Z kolei do efektywnego magazynowania nadwyżek energii konieczne są akumulator i regulator ładowania, zapewniające konwersję poziomów napięć oraz magazynowanie energii. Poza tymi obowiązkowymi funkcjami współczesne lampy zawierają bardziej złożone sterowniki zapewniające zarządzanie całym systemem oświetlenia oraz realizujące funkcje dodatkowe: profilowanie pracy oświetlenia, komunikację z siecią Internet, komunikację z innymi układami wyspowymi i podobne.

Można wyróżnić dwa podstawowe typy konwerterów zasilających stosowanych w takich aplikacjach:

• źródła napięciowe współpracujące z przetwornicami DC/DC, które zasilają diody LED,
• źródła prądowe niewymagające dodatkowych układów pośrednich do bezpośredniego zasilania opraw.

W przypadku stosowania układów hybrydowych (układów zawierających moduły fotowoltaiczne i generator wiatrowy małej mocy) istnieje konieczność zapewnienia dodatkowych funkcjonalności regulatora ładowania lub zastosowania oddzielnych urządzeń, których zadaniem jest konwersja energii prądu zmiennego wytwarzanego w generatorach (jest to z reguły mała trójfazowa maszyna synchroniczna z magnesami trwałymi) na energię prądu stałego oraz gromadzenie jej w akumulatorach.

Układy PWM z MPPT

Podstawowym elektrycznym kryterium doboru konwertera jest jego obciążalność prądowa, która musi być większa od wartości maksymalnego prądu, który mogą wygenerować moduły PV podczas ładowania akumulatora.

Moduły fotowoltaiczne stosowane w systemach wyspowych są zazwyczaj wykonane w technologii c-Si i obecnie osiągają sprawność konwersji promieniowania słonecznego na poziomie 19–20% i mają moc 300–650 Wp w zależności od liczby zastosowanych ogniw. Regułą jest łączenie ich równolegle, tak aby ich napięcie w punkcie mocy maksymalnej UMPP było niewiele większe od napięcia pracy urządzenia (12 lub 24 V).

Jeśli chodzi o banki energii, to są oparte najczęściej na akumulatorach kwasowo-ołowiowych żelowych oraz ogniwach litowo-jonowych LiFePO4. Przykładowe obliczenie wymaganej pojemności akumulatorów są prowadzone w następujący sposób.

Dla akumulatorów żelowych przyjmujemy poziom rozładowania 0,5 a dla LiFePO4 0,8. Czas pracy lampy w grudniu 14 h i minimalny czas pracy autonomicznej 4 dni. Wówczas:

Na rysunku 1 przedstawiono elementy układu lampy solarnej z napięciowym regulatorem ładowania i prostym układem zarządzania zgromadzoną energią.

 

Rys. 1. Sposób realizacji połączeń elektrycznych w lampie solarnej Perfect Max

W ofercie firmy Masters dostępne są przetwornice DC/DC firmy Mornsun do takich aplikacji. Konwerter KC24H-700R3 jest stałoprądowym sterownikiem LED do oświetlenia LED dużej mocy. Najważniejsze cechy KC24H-700R3 to:

• szeroki zakres napięć wejściowych 6–36 VDC
• sterowanie on/off
• funkcja PWM
• znamionowy prąd wyjściowy 300/350/700/1000/1200 mA
• zakres temperatur pracy –40∼+70ºC

Przetwornicę DC/DC KC24H-700R3 firmy Mornsun można zastosować w branżach: motoryzacyjnej, oświetlenia ulicznego, oświetlenia pomiarowego, oświetlenia komercyjnego.

Cechy charakterystyczne lamp solarnych Masters

W ramach prac B+R prowadzonych przez firmę Masters w Centrum Badawczo-Produkcyjnym Systemów Fotowoltaicznych opracowano lampę solarną, korzystnie odróżniającą się od swojej konkurencji rynkowej. Do jej specyficznych właściwości należą:

• umieszczenie modułów fotowoltaicznych w pionie i ich zabudowa od strony północnej,
• zastosowanie konstrukcji nośnej bez otworów rewizyjnych w słupie,
• zastosowanie niskonapięciowych, wysokoenergetycznych modułów fotowoltaicznych (napięcie 12 V),
• użycie układów elektronicznych pozwalających na komunikowanie się pomiędzy lampami oraz inteligentnego sposobu regulacji natężenia oświetlenia LED w zależności od poziomu naładowania akumulatora.

 

Rys. 2. Układ dwóch hybrydowych lamp solarnych Perfect Max

Na rysunku 2 przedstawiono są dwie lampy Perfect Max Hybrid pracujące w układzie przejść dla pieszych z inteligentnym układem komunikacji Wi-Fi. Realizują one detekcję ruchu pieszego w obrębie jednej strony przejścia dla pieszych co skutkuje włączeniem się oświetlenia po obu jego stronach. Nasze rozwiązania są innowacyjne, a obecnie są przedmiotem zgłoszeń ochronnych w Urzędzie Patentowym RP.

Masters
tel. 58 691 06 91
www.masters.com.pl