РОЗДІЛ 2
НАУКОВО-ТЕХНІЧНЕ ОБҐРУНТОВУВАННЯ ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ МОБІЛЬНОЇ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОЇ
СВІТЛОСИГНАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ЗЛІТНО – ПОСАДОЧНИХ СМУГ
2.1. Побудова мобільної світлосигнальної системи на основі світлодіодів та
паливних елементів і розрахунок енергетичних втрат у складових елементах
системи
До 90-х років світлодіоди використовувались для передачі та візуалізації
інформації у світлових індикаторах, табло, приладових панелях автомобілів і
літаків, у рекламних екранах. За останнє десятиріччя відбулося значне
вдосконалення епітаксіальної технології напівпровідникових світлодіодів, тому
світловіддача світлодіодів стала більшою, ніж у ламп розжарювання в усіх
основних кольорах видимого діапазону [31]. Так, світлова віддача ламп
розжарювання складає всього 10-17 лм/Вт, тоді як червоні світлодіоди дають
50-60 лм/Вт. Для жовто-оранжевих світлодіодів світловіддача перевищує 100
лм/Вт; у синьо-зеленій частині спектру вдалося досягти світловіддачі 60-80
лм/Вт. Таким чином, зі світлодіодів червоного, синього та зеленого кольорів
випромінювання можна зібрати випромінюючий вузол світильника або прожектора.
Якщо світлодіоди одного кольору випромінювання з’єднати в послідовно-паралельні
ланцюги і підключити до джерела живлення електроенергією, то з’явиться
можливість змінювати колір світлового потоку, включаючи червоний, зелений,
синій або одночасно всі кольори для отримання світлового потоку білого
кольору.
Для заміни малоефективного дизель-генератора пропонується здійснювати
забезпечення освітлювальної системи електроенергією, використовуючи прогресивні
технології перетворення внутрішньої енергії різних видів палива в електричну за
допомогою паливних елементів.
Паливні елементи є дуже ефективними, надійними, довговічними; до того ж це –
екологічно чистий спосіб отримання енергії [10].
Паливні елементи, які спочатку застосовувалися лише в космічній галузі, тепер
все активніше використовують у різних галузях, наприклад, стаціонарні
електростанції, автономні джерела тепло- і електропостачання будівель, двигуни
транспортних засобів, джерела живлення ноутбуків і мобільних телефонів.
Паливний елемент (електрохімічний генератор) — пристрій, який перетворює
хімічну енергію палива (водню) в електричну безпосередньо в процесі
електрохімічної реакції, на відміну від традиційних технологій, при яких
використовується спалювання твердого, рідкого і газоподібного палива. Пряме
електрохімічне перетворення палива дуже ефективне і привабливе з погляду
екології, оскільки в процесі роботи виділяється мінімальна кількість
забруднюючих речовин, відсутні також потужні шуми і вібрації.
Для виробництва електричної енергії може використовуватись не тільки чистий
водень, а й інша сировина, що містить водень, наприклад, природний газ, аміак,
метанол або бензин. Як джерело кисню, також необхідного для реакції,
використовується звичайне повітря.
При використанні чистого водню в якості пального продуктами реакції, крім
електричної енергії, є тепло і вода (або водяна пара), тобто в атмосферу не
викидаються гази, які спричиняють забруднення повітряного середовища або
парниковий ефект. Якщо в якості пального використовується сировина, що містить
водень, наприклад, природний газ, побічним продуктом реакції будуть й інші
гази, як-от оксиди вуглецю й азоту. Їх кількість значно нижча, ніж при
спалюванні такої ж кількості природного газу.
Процес хімічного перетворення палива з метою отримання водню називається
реформінгом, а відповідний пристрій – реформером.
Паливні елементи енергетично ефективніші, ніж двигуни внутрішнього згорання,
оскільки для них не існує термодинамічного обмеження коефіцієнта використання
енергії. Коефіцієнт корисної дії паливних елементів складає 50 %, тоді як ККД
двигунів внутрішнього згорання – 12-15%, а ККД паротурбінних енергетичних
установок не перевищує 40 %. При використанні тепла і води ефективність
паливних елементів значно збільшується.
Заміна двох малоефективних елементів системи світлозабезпечення
дизель–генератора та ламп розжарювання на світлодіодні випромінювачі і паливні
елементи призведе до того, що енергоефективність системи в цілому значно зросте
(рис. 2.1).
Якщо розглянути таблицю 2.1, де наведено показники пропонованої системи
сигнальних вогнів з використанням світлодіодного випромінювача з урахуванням
світловіддачі існуючої системи, можна зробити наступний висновок:
Таблиця 2.1
Загальна потужність споживання електричної енергії сигнальних вогнів з
використанням світлодіодного випромінювача
№ п/п
Найменування вогнів
Кількість світлодіодних прожекторів, шт.
Потужність 833-х світлодіодів, Вт
Загальна сума спожи-ваної електро-енергії, Вт
Світло віддача, ккд
Загальна світло-віддача, ккд
1
Вогні світлового горизонту
10
60
600
50
500
Вогні наближення
15
60
900
50
750
Вхідні обмежувальні вогні
60
360
50
300
Вогні знаку- призначення
60
360
50
300
Посадочні вогні
60
60
3600
50
3000
Обмежувальні вогні
60
360
50
300
Глисадні вогні
60
120
50
100
Всього:
6300
5250
Запропонована система сигнальних вогнів злітно–посадочної смуги має однакову
світловіддачу, що й існуюча система, однак запропонована нами є більш
економічною (існуюча система споживає 31500 Вт, а запропонована система – лише
6300 Вт), тобто у ?5 разів менше.
Якщо використовувати в мобільній системі світлозабезпечення замість
дизель-генератора паливний елемент, а замість лампи розжарювання – світлодіодні
випромінюв