|
|
 |
|
|
|
Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika
|
|
|
|
|
|
|
Systemy hybrydowego zasilania oświetlenia są rozwiązaniem na poszukiwanie oszczędności energii elektrycznej i zmniejszenia wydatków z tym związanych oraz sposobem na wykorzystanie zasobów energii odnawialnej. W artykule przedstawiono ogólne zasady doboru elementów systemu hybrydowego oraz omówiono najnowsze trendy w rozwiązaniach technicznych tych elementów i całych systemów, zwiększające pewność działania hybrydowego zasilania oświetlenia, bez względu na porę roku.
Idea wykorzystywania energii odnawialnej pochodzącej z hybrydowych, czyli słoneczno-wiatrowych systemów zasilania, powstała na świecie po przeanalizowaniu wyników badań meteorologicznych. Roczna analiza liczby dni wietrznych i dni słonecznych wykazała pewne niedostatki jednego i drugiego źródła energii. Kilka dni bezwietrznych unieruchamiało znane i stosowane od dawna turbiny wiatrowe. Podobnie było z panelami fotowoltaicznymi, które pracowały tylko wtedy, gdy było jasno i świeciło słońce.
Meteorolodzy wprowadzili współczynnik PSH (Pick Sun Hours), czyli średnią liczbę godzin słonecznych w przeliczeniu na okres roku. Dla Polski ten współczynnik wynosi jedynie 1,5 PSH i jest za mały, żeby w urządzeniach profesjonalnych opierać się jedynie na energii słonecznej. Dlatego połączono oba te systemy w jeden, wyposażony w kontroler, który reguluje przepływ prądu, ładującego akumulator. Kombinacja ta sprawia, że systemy takie są bardziej praktyczne niż systemy oparte tylko na energii wiatrowej lub tylko na energii słonecznej.
Wzrastające zainteresowanie inwestorów gminnych i prywatnych takimi systemami jest podyktowane potrzebą poszukiwania rozwiązań energooszczędnych i ekologicznych, co w konsekwencji powinno przekładać się na zmniejszenie nakładów finansowych w akceptowalnym okresie zwrotu nakładów inwestycyjnych. Zastosowanie technologii OŹE wpisuje się w ogólnokrajowy plan poprawy efektywności energetycznej. Cały obszar oświetlenia elektrycznego, zwłaszcza oświetlenie drogowe i zewnętrzne, posiada dość duży potencjał oszczędności energetycznych oraz, w stosunku do innych systemów zużywających energię (np. systemy grzewcze), okres zwrotu nakładów na nowe technologie jest relatywnie krótszy.
Na rynku europejskim i krajowym istnieje już szeroka oferta różnych rozwiązań systemów oświetleniowych, wykorzystujących odnawialne źródła energii (OŹE). Na podstawie dostępnych informacji o tych systemach wydaje się, że nie wszystkie są właściwe dla naszych warunków klimatycznych i mimo zachęcającej reklamy dostawców można mieć wątpliwości co do pewności ich działania. Potwierdzają to doświadczenia inwestorów w różnych częściach kraju oraz obserwacje własne (np. nieświecące znaki drogowe lub inne elementy informacyjne wzdłuż tras komunikacyjnych).
Pierwsze rozwiązania hybrydowego oświetlenia drogowego zastosowane w Polsce nie zawsze gwarantowały pewność świecenia; często były dobierane przypadkowo i bez wcześniejszego sprawdzenia jakości elementów systemu. Stąd takie oświetlenie hybrydowe działało krótko nawet w porze letniej, a zimą nie działało wcale. Takie doświadczenia przekładają się na nieufność samorządów w szerokim zastosowaniu systemów hybrydowych, mimo że ich obecne parametry przy zachowaniu dbałości o dobór elementów systemów dają gwarancje poprawnego działania, przy coraz atrakcyjniejszej cenie.
Rys.1. Mapa nasłonecznienia i strefy wiatrowe dla Polski
W chwili obecnej energia słońca i wiatru umiejętnie wykorzystana do oświetlenia naszych dróg, ulic, placów i posesji jest bardzo konkurencyjna do systemów tradycyjnego oświetlenia wykorzystującego oprawy z lampami wyładowczymi. Może być zastosowana nie tylko tam, gdzie nie można lub nie jest opłacalne zasilanie opraw z sieci energetycznej, ale również do oświetlenia dróg, wjazdów czy placów.
Niezwykle rozwojowym rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie systemów hybrydowych z oprawami LED skojarzonych z siecią energetyczną. Podstawowym źródłem zasilania opraw oświetlenia drogowego jest energia słońca i wiatru, a energia elektryczna jest pobierana w okresach z dużą liczbą dni bezsłonecznych i bezwietrznych. Przełączenie na systemu zasilania opraw odbywa się automatycznie. Gwarantuje to w 100% pewność działania oświetlenia drogowego. Zakładając ponadto, że obecnie projektowane systemy hybrydowe powinny zapewniać świecenie opraw w nawet najgorszych warunkach pogodowych występujących w Polsce (wyłączając nietypowe anomalie klimatyczne objawiające się brakiem wiatru przez okres prawie miesiąca, co nastąpiło m.in. w listopadzie 2009 r.), można oczekiwać zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w oświetleniu drogowym nawet o ponad 90% w stosunku do tradycyjnych instalacji.
Czynnikiem, który w największym stopniu zadecydował o poprawie parametrów hybrydowych systemów oświetlenia zewnętrznego jest dynamiczny rozwój technologii LED. Dzięki niemu dysponujemy obecnie oprawami oświetleniowymi LED o odpowiednich parametrach technicznych i jakościowych. Nowa technologia to coraz większy strumień świetlny opraw, szeroka gama barw światła białego, łatwość sterowania światłem matryc LED oraz długa trwałość, sięgająca nawet 100 tys. godzin i znacznie zmniejszająca koszty eksploatacji. Czynniki te decydują o energooszczędności systemów oświetleniowych LED.
Pozostałe zalety technologii LED, decydujące o coraz powszechniejszym stosowaniu opraw LED w oświetleniu zewnętrznym, to: niewrażliwość na wstrząsy, szybki „zapłon”, czyli uzyskiwanie pełnego strumienia świetlnego zaraz po włączeniu oprawy, brak wrażliwości na częste włączanie i wyłączanie, uzyskiwanie dowolnego sposobu świecenia oprawy poprzez łatwe kształtowanie jej charakterystyki fotometrycznej, bez konieczności stosowania odbłyśników.
Technologia LED to też rozwiązania ekologiczne, bo nie zawierają rtęci. Natomiast konieczność stosowania korpusów metalowych pełniących funkcję radiatorów nie stwarza problemów z utylizacją opraw. Łatwość sterowania matrycami LED i zasilania ich niskim napięciem stworzyło warunki do zasilania ich ze źródeł odnawialnych, co było i jest podstawą rozwoju hybrydowego oświetlenia. Dodatkowe właściwości opraw LED uczyniły z nich zamienniki tradycyjnych opraw ulicznych. Oprawy te mogą też pracować w systemach sterowania oświetleniem drogowym poprzez kilkustopniową redukcję mocy w zadanych porach nocy, reagować na obecność użytkowników drogi, zmieniając siłę światła w zależności od potrzeb lokalnych, itp. W systemach hybrydowych poprawia się tym samym wydajność.
Przy zastosowaniu jednak opraw LED powinniśmy również zdawać sobie sprawę z szeregu ograniczeń. Należy wiedzieć, że oprawy LED powinny pracować w deklarowanym przez producenta zakresie temperatur pracy. Warunki środowiskowe (głównie temperatura otoczenia) wpływa dość istotnie na strumień świetlny i skuteczność świetlną (efektywność) oraz trwałość LED, a także na parametry i stabilność pracy zasilaczy diodowych. Ponadto, same oprawy LED mogą generować wyższe harmoniczne do sieci, przez co mogą zakłócać pracę innych odbiorników. Źle dobrane radiatory i zasilacze mogą powodować istotny spadek poziomu światła opraw w trakcie ich eksploatacji. Oprawy LED składające się z wielu świecących LED, jako małych punktowych źródeł światła, mogą w instalacjach zewnętrznych powodować olśnienie, przeszkadzając np. w kierowaniu pojazdem.
Przed zastosowaniem hybrydowych systemów oświetlenia drogowego nie może zabraknąć przemyśleń i sprawdzenia proponowanych rozwiązań. Przemyślenia powinny być poparte m.in. projektem budowlanym, opisującym warunki techniczne proponowanych rozwiązań, jako najkorzystniejszych dla danego zakresu aplikacji (np. oświetlenie drogi wymaga innych warunków niż oświetlenie palcu czy parkingu). Projekty oświetlenia przestrzeni publicznej, jaką są drogi, ulice, place, parkingi, itp. są wykonywane na podstawie norm europejskich.
Normy PN-EN opisują kryteria projektowania i podają sposoby weryfikacji zaprojektowanych rozwiązań. W projekcie nie może więc zabraknąć obliczeń parametrów oświetlenia obszaru, gdyż jest ono elementem bezpieczeństwa publicznego. Oznacza to, że projektant dysponuje aktualnymi danymi oprawy oświetleniowej i może je zastosować w programach komputerowych liczących oświetlenie, z których najpopularniejszym jest program DIAlux. Dla innych obszarów zewnętrznych (np. terenu posesji prywatnych inwestorów, zagród wiejskich, itp.) nie zawsze może być uzasadnione wykonywanie obliczeń oświetleniowych i opracowywanie projektów oświetlenia.
Natomiast sprawdzenie systemów oświetleniowych powinno polegać na ocenie (najlepiej przed dostawą przez wybranego w przetargu oferenta) czy wszystkie elementy systemu spełniają szereg wymagań potwierdzających, że jest to wyrób bezpieczny, m.in. wymagania bezpieczeństwa użytkowania, potwierdzone aktualną deklaracją zgodności CE wystawioną przez producenta (dotyczy dyrektywy LVD, EMC), wymagania związane z zawartością substancji niebezpiecznych (zgodność z dyrektywą RoHS), itp. Nie zawsze jest uzasadnione żądanie inwestorów dostawy elementów systemów hybrydowych do wstępnej oceny, gdyż są to najczęściej elementy duże i ciężkie, produkowane na zamówienie.
Natomiast należy zagwarantować w umowie na dostawę i/lub montaż systemów spełnienie deklarowanych parametrów dla całego systemu.
Prowadzone prace naukowe i eksperymenty praktyczne pozwalają stwierdzić, że z samej energii słońca w polskich warunkach klimatycznych nie uzyskamy warunków niezawodnego działania systemów hybrydowych, zwłaszcza w porze jesienno-zimowej. Należy liczyć się z brakiem światła w porze wieczorno-nocnej w okresie krótkich zimowych dni. Jest to sytuacja niedopuszczalna dla zapewnienia bezpieczeństwa użytkowników dróg w tym okresie. Teoretycznie istnieje możliwość dobrania paneli fotowoltaicznych o dużych powierzchniach i akumulatorów o większych pojemnościach, ale gabaryty tych elementów wraz z potężniejszym słupem oświetleniowych będą stanowiły rozwiązanie, które po rozwiązaniu problemów wytrzymałościowych konstrukcji może nie być zaakceptowane przez lokalnych mieszkańców.
Z publikowanych w dostępnej literaturze danych wynika, że wartość średnia mocy paneli fotowoltaicznych w okresie jesienno-zimowym może być ponad czterokrotnie mniejsza niż w okresie letnim. Wsparcie więc systemu fotowoltaicznego energią wiatru i nadanie tej formie energii roli priorytetowej jest jedynym rozsądnym rozwiązaniem dla Polski.
Zastosowanie mikroturbin wiatrowych (o mocy do 1000 W) w instalacjach oświetlenia zewnętrznego (na słupach zewnętrznych) istotnie zwiększa pewność świecenia opraw w okresach krótkich dni. Poprawa parametrów elementów systemu hybrydowego w wyniku rozwoju technologicznego w Polsce i za granicą, przy właściwym doborze tych elementów, istotnie zwiększa pewność świecenia opraw w okresach krótkich dni.
Na obecnym rozwoju technologicznym można zagwarantować 100-procentową pewność świecenia opraw. Warunkiem uzyskania takich możliwości jest zapewnieniu odpowiednich parametrów i jakości wszystkich elementów systemu hybrydowego, wcześniejsze sprawdzenie ich współdziałania w warunkach krajowych oraz zapewnienie odpowiedniego serwisu.
Układ połączeń elektrycznych powinien uwzględniać tylko jedno urządzenie sterujące elementami systemu, nie ma obecnie potrzeby instalowania oddzielnych sterowników do turbiny wiatrowej, paneli fotowoltaicznych czy nawet opraw oświetleniowych. Powoduje to zwiększenie zawodności całego układu.
Hybrydowy system oświetlenia zewnętrznego składa się z następujących elementów:
Dobór parametrów elementów systemu hybrydowego zależy od funkcji oświetleniowej, jaką układ ma pełnić. Istotną sprawą jest określenie sposobu posadawiania słupa w gruncie. Słup może być montowany na fundamencie betonowym wkopywanym lub ustawianym na ziemi, bądź może być wkopywany na odpowiednią głębokość.
|
|
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
wstecz
