Тема зеленой энергетики очень популярна во всех развитых странах мира. Количество электроэнергии, вырабатываемой за счет подобных технологий, неуклонно растет. Среди известных вариантов (солнечная, приливная, ветровая энергетики, биотопливо и др.) существенную долю занимает солнечная энергетика. В отличие от прочих альтернативных технологий, солнечная энергетика не оказывает негативного влияния на окружающую среду и наиболее проста в технической реализации, и это преимущество перекрывает ее возможные недостатки.
Для оценки эффективности эксплуатации солнечной энергетики в наших климатических условиях студенты 2 курса специальности 1-39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств» под руководством старшего преподавателя кафедры энергетики и электронной техники Сергея Николаевича Абраменко разработали и практически реализовали систему резервного освещения пожарной лестницы нового корпуса (УЛК-3) на светодиодных излучателях с питанием от солнечных панелей и управлением от микроконтроллера.
Мы встретились со старшим преподавателем кафедры энергетики и электронной техники Сергеем Николаевичем Абраменко и с заведующим кафедрой, кандидатом технических наук, доцентом Дмитрием Анатольевичем Антоновичем.
Корр.: Сергей Николаевич, расскажите, как проходила разработка системы, и какой вклад внесли студенты?
А.С.: В рамках этапа анализа и расчета основных частей системы студенты анализировали сведения из разнообразных источников, производили необходимые расчеты и моделирование. С декабря по февраль 2017 года отслеживали и фиксировали время восхода и захода солнца, продолжительность светового дня в различных метеорологических условиях. Оказалось, что наиболее неблагоприятные условия наблюдались в декабре – продолжительность светового дня составила 7 часов 2 минуты и 44 секунды, максимальная высота снежного покрова – 35 см, максимальная облачность составила 80%. Время восхода солнца за исследованный период изменялось с 9.15 до 8.00. Время заката – с 16.34 до 18.40.
Корр.: Как Вам помогли эти данные в разработке системы?
А.С.: В результате были определены следующие основные составные части системы: солнечная батарея, аккумулятор, контроллер заряда аккумулятора, акустический датчик движения, светодиодные модули и счетчик потребляемой энергии. Введение в состав акустических датчиков движения позволит дополнительно экономить собранную от солнечных панелей энергию за счет включения освещения только при наличии движущегося объекта. При этом следует отметить, что покупалась только часть используемых акустических датчиков, оставшиеся были сконструированы и изготовлены силами самих студентов.
В будущем, если будет необходимость, время работы системы может быть ограниченно временными рамками, обусловленными временем восхода и захода солнца в зависимости от периода.
Среди дополнительных элементов системы: микроконтроллер, инвертор, зарядное и коммутационное устройства. За исключением микроконтроллера, на данном этапе острой необходимости в этих элементах нет, это задел на будущее, для возможности расширять систему и увеличивать «охват» освещаемой территории.
Корр.: Что собой представляла практическая реализация системы и как еще освещались результаты разработки?
А.С.: Непосредственно практическая реализация представляла собой монтаж компонентов в единую систему и отладку. Светодиодные модули и акустические датчики движения монтировались в боковые стены коридоров на высоте около двух метров, для обеспечения безопасности функционирования дополнительно накрывались защитным кожухом. К сожалению, это несколько снизило чувствительность акустических датчиков, но, учитывая, что эта лестница не отапливается, эта мера обеспечит возможность бесперебойного функционирования системы в осеннее-зимний период. Солнечные панели устанавливались на крыше нового корпуса университета на укрепленных стойках. Аккумулятор, инвертор и прочие части системы расположены в одной из учебных аудиторий в защищенном месте.
В настоящий момент система исправно работает, освещая коридоры и лестницы пожарных выходов, в соответствующих местах расположены уточнения для потребителей.
Результаты проделанной работы были доложены студентами в рамках выступления на XLVI ежегодной научной студенческой конференции, проводимой в стенах нашего университета. Кроме того, работа рекомендована к участию в Республиканском конкурсе научных работ студентов 2017 года.
Корр.: Дмитрий Анатольевич, какова стоимость закупки и монтажа системы?
А.Д.: Стоимость необходимых комплектующих составила около 1600 рублей, и здесь хочется выразить благодарность руководству университета за то, что оно идет навстречу и выражает готовность и дальше финансировать исследования в этой сфере, в особенности при подтверждении их эффективности и надежности в сравнении с традиционными технологиями.
Монтаж системы производился собственными силами без привлечения сторонних специалистов. Студенты с большим энтузиазмом занимались данной работой в свободное от учебы время. Они понимают актуальность и перспективность данного направления и охотно приобретают практические навыки по работе с такими системами. Некоторые из них, в особенности, проживающие в сельской местности, отметили, что с удовольствием бы воспользовались подобной системой у себя дома.
Корр.: Каков примерный срок окупаемости проекта?
А.Д.: Полная картина станет понятна ближе к зимней сессии, когда период работы системы охватит все времена года – начало эксплуатации май 2017, весна, – и мы получим фактические данные непосредственно в наших условиях. Для упрощенной предварительной оценки нужно учитывать следующее. По нашим подсчетам, лампы накаливания, ранее установленные на пожарной лестнице, в весенне-летний период потребляли электроэнергию в размере 1 кВт•ч в сутки, в осенне-зимний период энергопотребление возрастало до 2 кВт•ч в сутки. За год, при условии, что лампы не будут выходить из строя, что представляется сомнительным, энергопотребление составит 1095 кВт•ч. При тарифах на электрическую энергию для бюджетных организаций 0,26345 руб./кВт•ч, стоимость этой энергии составит 288,5руб. Таким образом, система полностью окупится за 5 с половиной лет. На самом деле это будет быстрее, поскольку в настоящий момент мы расходуем лишь 50-60 % вырабатываемой энергии и можем уже расширять освещаемую площадь.
Корр.: Будет ли система совершенствоваться в дальнейшем?
А.Д.: Мы обязательно хотим развивать это направление. В следующем году сделаем дополнительно лабораторный стенд для исследования характеристик и моделирования различных, в том числе, и внештатных ситуаций. Планируем впоследствии установить ветрогенератор, а также подать заявку на получение гранта или поучаствовать в соответствующем конкурсе, чтобы привлечь к разработке и другие источники финансирования.
Считаю, что подобные разработки позволят интересно и в наглядной форме давать студентам знания по современным перспективным технологиям, научат их применять это на практике. Возможность видеть конкретный результат своей работы в реальных условиях послужит стимулом к продолжению исследовательской деятельности и проявлению творческого инженерного мышления у студентов, что, несомненно, будет только во благо.
Корр.: Дмитрий Анатольевич, Сергей Николаевич, спасибо вам за разъяснения. Будем надеяться, система и дальше будет работать надежно и без сбоев, а студенты Полоцкого государственного университета смогут на практике изучать особенности и преимущества работы с альтернативными технологиями производства и распределения энергии и применять эти знания на пользу университету.
Оксана Кизина