CC BY
4Статья поступила в редакцию 12.03.12. Ред. рег. № 1244
The article has entered in publishing office 12.03.12. Ed. reg. No. 1244
УДК 502.174.3; 621.311.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ В КОМПЛЕКСЕ С СОЛНЕЧНЫМИ ФЭП
Т.А. Андреева, А.С. Завьялов, В.И. Велькин
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина 620002 Екатеринбург, ул. Мира, д. 19 Тел./факс: (343) 375-95-08, тел.: (343) 375-47-78, e-mail: v.i.velkin@ustu.ru
Заключение совета рецензентов: 25.03.12 Заключение совета экспертов: 05.04.12 Принято к публикации: 15.04.12
Представлен реализованный проект замены штатных светильников на LED-оборудование в УрФУ. Разработана схема функционирования системы, выполнены исследования эффективности системы в комплексе с фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП). Выполнен расчет окупаемости проекта.
Ключевые слова: возобновляемая энергетика, фотоэлектричество, LED-освещение, энергосбережение.
INVESTIGATION OF PERFORMANCE IN A COMPLEX LED LIGHTS TO THE SOLAR PHOTOVOLTAIC CELLS
T.A. Andreyeva, A.S. Zavialov, V.I. Velkin
Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin
19 Mira ave., Yekaterinburg, 620002, Russia Tel./fax: (343) 375-95-08, tel.: (343) 375-47-78, e-mail: v.i.velkin @ ustu.ru
Referred: 25.03.12 Expertise: 05.04.12 Accepted: 15.04.12
Submitted by replacing full-time project implemented on the LED-lighting equipment in UrFU. The scheme of the system, research on the effectiveness of the system in conjunction with photovoltaic cells (solar cells) are performed. The calculation of payback is done.
Keywords: renewable energy, photovoltaics, LED-lighting, energy saving.
Татьяна Анатольевна Андреева
Сведения об авторе: Инженерный центр Энергетики Урала, инженер.
Образование: УрФУ (2011 г.), кафедра АС и ВИЭ.
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии.
Публикации: 4.
Алексей Сергеевич Завьялов
Сведения об авторе: студент 4-го курса УрФУ, кафедра АС и ВИЭ.
Область научных интересов:
солнечная энергетика, фотоэлектрические преобразователи, ЬЕБ-технологии.
Публикации: 5.
В ходе проведения энергоаудита учебных корпусов УГТУ-УПИ в 2009 г. было установлено, что на освещение коридоров университета расходуется более 2 млн кВт-ч электроэнергии, и это «стоит» учебному заведению 3,2 млн рублей бюджетных средств.
В настоящее время в УрФУ разработан и запущен пилотный альтернативный проект освещения коридора теплоэнергетического факультета УралЭНИН
(Уральского энергетического института УрФУ) с использованием солнечных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) [1]. Для этого на южной стороне здания теплоэнергетического факультета смонтированы 5 панелей ФЭП пиковой мощностью 1180 Вт, проложен электрокабель к щитовой, выбраны и смонтированы контроллер и инвертор.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 04 (108) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012
Солнечная энергетика
Компоновка оборудования системы на рабочем месте представлена на рис. 1.
Сравнивая светодиоды с люминесцентными лампами, нельзя говорить однозначно о преимуществе первых. В первую очередь, следует учитывать тот факт, что для большинства случаев, где применяются в настоящее время люминесцентные лампы, по техническим показаниям и условиям эксплуатации выгоднее и безопаснее использовать именно светодиодное освещение. Светодиоды, как твердотельные источники света, не содержат стекла, нитей накаливания или сменных деталей, их невозможно разбить, и они нечувствительны к любым изменениям в электросетях. Кроме того, использованные люминесцентные лампы после завершения срока эксплуатации должны быть подвергнуты обязательной утилизации как ртутьсодержащие отходы (РСО). А это влечет за собой дополнительные расходы.
В ходе экспериментов были рассмотрены несколько вариантов использования ЬББ-светильников в комплексе с АКБ с целью определения времени функционирования всей системы до полного разряда АКБ.
Результаты экспериментов представлены на рис. 2.
В ходе экспериментов на смонтированной системе светодиодного освещения проводились ежедневные замеры показаний прихода солнечной радиации. Они фиксировались как контроллером, так и метеостанцией. Это производилось с целью установить работоспособность системы при различных погодных условиях и различных вариантах конфигурации, а также для верификации данных контрольно-измерительных приборов системы, сравниваемых с данными полученными от метеостанции (рис. 3).
Рис. 1. Компоновка оборудования системы: 1 - контроллер заряда; 2 - автоматы отключения ФЭП и АКБ; 3 - выключатели светильников; 4 - аккумуляторные батареи (2 шт.); 5 - инвертор; 6 - распределительный шкаф; 7 - лабораторный стол Fig. 1. Layout of the system: 1 - charge controller; 2 - automatic shutdown PV and battery; 3 - lighting switches; 4 - 2 batteries;
5 - inverter; 6 - cubicle; 7 - bench
Рис. 2. Продолжительность функционирования системы АКБ с различной нагрузкой из LED-светильников
(2, 4, 8 и 16 светильников) Fig. 2. Duration of the operation of the battery with a different load of the LED-lights (2, 4, 8 and 16 fixtures)
Рис. 3. Определение погрешности показаний инсоляции
метеостанции с помощью контрольного радиометра Fig. 3. Determination of the error indications of insolation of weather station with reference radiometer
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 04 (108) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
Т.А. Андреева, А.С. Завьялов, В.И. Велькин. Эффективность светодиодных светильников в комплексе с солнечными ФЭП
Для обеспечения оптимального режима функционирования системы были проведены исследования различных конфигураций оборудования (таблица).
Проанализировав таблицу, можно сделать вывод, что для обеспечения надежной 12-часовой работы светодиодной системы освещения на базе фотоэлектрических преобразователей в одном коридоре теплоэнергетического факультета УрФУ потребуется: 12 ФЭП; 6 АКБ; 1 Контроллер заряда; 1 Инвертор; 16 LED-светильников.
На основании экспериментов сделан экономический анализ и расчет срока окупаемости для светодиодной системы с использованием светодиодов американской корпорации Cree [2] и применением солнечных ФЭП указанной выше пиковой мощности (рис. 4).
14000
10000
6000
2000
Суммарные затраты, тыс. руб.
/ 1
2
—*—
" 1 4 7 10
Количество лет
Рис. 4. График окупаемости и суммарные затраты с начала эксплуатации светодиодной (2) и люминесцентной (1) систем для всего учебного корпуса ТЭФ Fig. 4. Schedule of repayment, and the total cost from the beginning of operation of the LED (2) and fluorescent (1) systems for the entire academic building
Исследования различных конфигураций оборудования Studies of different hardware configurations
Вариант компоновки Постоянный состав системы Переменный состав системы (кол-во LED-светильников) Время работы в автономном режиме (без подпитки от ФЭП), ч Время работы с подпиткой от ФЭП, ч Стоимость системы, тыс. руб
лето осень зима весна
1 4 ФЭП; 2 АКБ; Контроллер; Инвертор 16 2,5 6 3 1,5 4 316,92
2 8 4,5 8 5 4 6 264,16
3 4 8 13 9 8 10 239,45
4 2 16 22 10 12 18 227,11
Необходимо также учитывать, что рост тарифов на электроэнергию ежегодно составляет 10-12%, а стоимость приобретения светодиодных светильников может быть снижена за счет оптовой скидки на большую приобретаемую партию.
Таким образом, переход на светодиодное освещение в масштабах учебного корпуса, а в дальнейшем и на все корпуса университета с использованием фотоэлектрических преобразователей является перспективным и окупится, с учетом роста тарифов на электроэнергию, в течение 3,5-4 лет.
Список литературы
1. Велькин В.И., Банных С.М. Энергоэффективное и аварийное освещение коридоров в УГТУ-УПИ // Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение, НВИЭ». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009.
2. Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. 2-е изд. М.: Физматлит, 2008.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 04 (108) 2012 © Научно-технический центр «TATA», 2012
