Соларно захранване за пътна сигнализация

С развитието на технологиите в сектора добив на зелена енергия, дойде ред новостите да бъдат имплементирани и в пътната сигнализация. Такова начинание води до много предимства за безопасното движение по пътищата. Такива са по-атрактивни и забележими пътни знаци както за шофьорите така и за пешеходците. Ще разгледаме предизвикателствата пред създаването на надеждно и високо ефективно соларно захранване.

Развитието и възможностите на фотоволтаичните системи през последните години се увеличават с все по-високи темпове. Развитите държави целят все по голям дял на енергията произведена от възобновяеми енергийни източници, което ще доведе до намаляване на производството на енергия от въглища. Причината за тази тенденция е нуждата от намаляване на парниковите газове, бълвани от гореспоменатите, и естествено факта, че въглищните запаси са пред изчерпване, а възобновяемите енергийни източници са практически неизчерпаеми и естествено безплатни. Началото на развитието на фотоволтаиците за производство на енергия трябва да се търси най-вече в космическата и военната индустрия и чак след това като много други подобни технологии преминава за гражданско и масово ползване. В космоса поне засега слънцето изглежда единствения сигурен и неизчерпаем източник на енергия за поддържане на системите и зареждане на батериите на космическите апарати.

Огромният прогрес направи възможно приложението на фотоволтаиците и в промишлеността, селското стопанство, бита и ежедневието. Понастоящем, фотоволтаиците се използват главно за производство на електроенергия, която се влива в национална електрическа мрежа, но има и автономни приложения, пример за това е и все по масово използваната соларно захранвана пътна сигнализация. Веднъж изградена всяка соларна система за автономно захранване има относително малки разходи за поддръжка, което допълнително увеличава ползата от тях. Част от поддръжката е почистване на самия соларен панел и подмяна на батериите което се налага рядко.

Напрежението и мощността, произведени от един фотоволтаичен елемент, са малки. Ето защо множенство елементи са свързани в панел за получаване на необходимите параметри. Фотоволтаични елементи могат да се свържат както последователно, така и паралелно, но се прилагат изравнителни схеми, така че да се използва оптимално енергията произведена от всеки фотоволтаичен елемент. В днешни днисистеми с мощности от по няколко мегавата не са рядкост, а общата инсталирана мощност в някои държави се измерва с гигавати. Това са впечатляващи успехи, които изглежда ще се множат, особено ако искаме да се намали използването на АЕЦ и ТЕЦ.

Друга част от предимствата на соларните инсталации е, че посредством тях може да се захранят ефективно мобилни или отдалечени обекти до който не е възможно или е икономически неизгодно да достигне конвенционалната енергия. Именно един от тези обекти е и пътната сигнализация. Тя се дели на две групи стационарна – такава, която се поставя за дълъг и не определен период от време, временна – тя се определя от самото си наименование и представлява сигнализация поставяна за указание на участъци в ремонт и други подобни. И двата типа се използват все по широко. Статистически е доказано, че в участъците с такъв тип сигнализация пътно транспортните произшествия драстично намаляват.

Техническо обезпечаване и характеристики
Част от компонентите на тези системи са соларен панел, батерия която съхранява постъпилата енергия от панела, стопяем бързодействащ предпазител, чиято роля е да предпази компонентите по веригата, стабилизиращата платка служи за преобразуване на постъпилото напрежение в такова подходящо за зареждане на акумулаторната батерия, контролер следящ зареждането и разреждането на батерията. Параметрите на пътен соларен знак Д-17 предупреждаващ за пешеходна пътека са изработени от висококачествено светлоотразително фолио(ВИФ). Размерите на сигнализиращия знак са 600х600mm. Теглото му е около 9.75kg, а размерът на соларния панел в повечето такива системи е 345х293mm. Съхранението на получената енергия се осъществява чрез акумулаторната батерия 12V-7A/h. При ясен слънчев ден, един час слънчева светлина ще е достатъчна за 24-часовото захранване на знаците снабдени с LED диоди с големина Ф-5mm. Сигнализацията излъчва деветдесет премигвания в минута. Предупредителното разстояние през нощта е около 500m. Температурния диапазон на експлоатация на подобна соларна система е от -20°C до 60°C, като при отрицателни температури батерията се изтощава по бързо и това води до занижено време на светене. Работните часове които достига системата при лошо време са около 360h.

Фотоволтаичният панел преобразува соларната енергия в електричество. Има два основни вида фотоволтаични панели – монокристални и поликристални, като монокристалните са с по-висок коефициент на преобразуване на енергията. Обикновено се използват светодиоди като светлинни източници. Светодиодите осигуряват по-голяма осветеност при по-малка консумация на енергия. Липсата на време за подгряване дава възможност за изпълнение на функции като мигане или пулсиране на светлината, чрез които се увеличава ефективността. Акумулаторната батерия се зарежда от фотоволтаичния панел през деня, съхранява електрическата енергия и захранва диодната плочка през нощта. Експлоатационният цикъл на акумулаторната батерия и нейният капацитет са от голямо значение за продължителността на светене. От своя страна, контролерът управлява включването и изключването на зареждането на батерията, както и включването и изключването на самите диоди в зависимост от околната осветеност. Не на последно място са необходими и здрави стълбове, на които да се монтират фотоволтаичните панели, пътните знаците и понякога акумулаторните батерии.

Видове трафик системи, за който е удачно соларно захранване
Соларното захранване успешно е адаптирано за светещи знаци, соларни пътни габъри, временна пътна сигнализация при ремонтни дейности и други. Соларни пътни габъри са използвани при изграждането на пътища, очертаване осеви линии или край на пътя. Тяхната силна LED яркост ги прави лесно видими на дълги разстояния при благоприятни условия. Осветените пешеходни пътеки осигуряват безопасното преминаване на пешеходците дори при намалена видимост или през нощта. За временната пътна сигнализация е от изключителна необходимост да бъде възможни най-привличаща вниманието на шофьорите. Тя трябва да подскаже по възможно най-ясен начин на водачите на МПС, че предстой отклонение или промяна в пътя която не е стандартна за дадения участък. Много често това са части от пътя отдалечени от населени места с невъзможност за захранване. Тук соларно захранване играе важна и незаменима роля, тук то е абсолютно необходимо ако желаем максимален ефект от дадената сигнализация. При всички тези системи принципа на конструиране на соларната система е почти еднакъв, разликите са незначителни. Но за сметка на това всяко ново поколение система е с значително по високи параметри от предходната което води до постоянно увеличение на производителността и ефективността. Те се инсталират лесно и икономично, настройват се бързо и са енергонезависими. Характеризират се с дълъг експлоатационен цикъл. Няма нужда от копаене на канали, окабеляване и плащане на ежемесечни сметки за електрическа енергия.

Някои интересни проекти
Интересен соларен проект е изпълнен в една от най-отворените към иновации, нови технологии и зелена политика държави в Европа, а именно Холандия. Преди почти година, през ноември 2014, в малкия град в северната част на страната Кромение, беше открита първата в света велоалея с вградени соларни панели. Тя е дълга 70 метра и добива енергия чрез фотоволтаични клетки, разположени в нея. Панелите лежат върху обикновен бетон и дебелината им е едва един сантиметър, а защитата им е осигурена от два слоя специално защитно стъкло. За първите шест месеца на експлоатация на алеята, цели 150 000 велосипедисти са се възползвали от нея, като в началото големият брой се е дължал основно на любопитство относно това как е възможно да се кара колело върху стъклена повърхност. Резултатът обаче е, че специалното стъкло не създава проблеми с хлъзгане и е безопасно, което се потвърджава и от последващи тестове, включващи тежки превозни средства.

Следващата точка в развитието на соларната енергия са соларните пътища. Те могат да захранят всички малки домакинства, дори малки производства. Компанията за производство на такива пътища е позиционирана в САЩ – Айдахо, под името „Слънчеви пътища”. Основната идея е пътищата да бъдат превърнати в гигантски произвеждащи електричество соларни панели.

Освен, че пътищата със соларна настилка ще захранват домовете и уличното осветление, те също така ще правят шофирането по-безопасно тъй като ще бъдат снабдени с хиляди LED светлини за по-добра пътна маркировка, а през зимата генериранта топлина ще ги предпазва от заледяване. В допълнение „слънчевите” пътища биха могли да захранват електромобили, докато се движат по тях. Това за сега може да не блазни масата от хората, но имайки предвид изчерпващите се петролни продукти и цената им, електромобилите са част от светлото ни бъдеще. Подобна идея, за безопасност и зареждане на електромобили имат и млади ентусиасти в Холандия, чиято технология вече влиза в употреба от тази година по някои от Холандските магистрали.

Според предварителни данни пътната настилка разработена от „Слънчеви Пътища” ще бъде до три пъти по-издръжлива от обикновената асвалтова настилка. Компанията няма за цел да разработва нови соларни системи, а се фокусира върху ново приложение на вече съществуващите соларни технологии.

В Щатите има пътна инфраструктура от повече от 25,000 квадратни мили; ако тя бъде подменена със соларни панели при едва 15% ефикасност (колкото е средната ефикасност на слънчевите панели до момента), то произведената енергия би била три пъти повече от необходимата да захрани всички жилища в Щатите. Оказва се, че ако само една миля от четирилентова асвалтова магистрала в Щатите бъде подменена със соларна настилка, то при средно 4 слънчеви часа на ден, отсечката би произвеждала поне 13,376 квт/ч на ден или 4,882,240 квт/ч на година – достатъчно да покрие изцяло нуждите на 500 жилища

Интересни проекти у нас
В България вече има множество реализирани проекти за поставяне на соларно захранвана пътна сигнализация. Някои от проектите се финансират по различни програми, а други чрез общински или частни дарителски средства. Светодиодна пътна сигнализация бе поставена при ремонта и обновяването на кръговото на Руски паметник. Други такива бяха поставени преди няколко години на натоварения разклон за Банско и Симитли. Светодиодни LED пътни знаци Внимание деца бяха поставени на главната улица Цар Освободител, в района на Езикова гимназия и Гимназия Неофит Рилски в град Кюстендил. Те са до кръстовището за други две училища ПМГ и Началното училище. Пътните знаци светят през тъмната част на денонощието, при смрачаване и намалена видимостта. Те са част от Национална инициатива, под мотото „Зелена светлина за децата на пътя“. Целта е повече безопасност на пътя за българските деца, на път за училище или в свободното им време.

Национална кампания „Зелена светлина за децата на пътя“ включва монтирането на светодиодни LED пътни знаци „Внимание деца“, със соларно захранване на локации, в близост до начални и средно-образователни училища, в периметъра на големи и натоварени кръстовища. По този начин, дори от разстояние от близо 1km, наличието на пешеходна пътека, по която преминават деца и възрастни ще бъде по-добре обозначена и видима за водачите. Технологията на знаците е такава, че в тъмните часове на денонощието те сигнализират водачите на МПС с премигваща светлина, което допълнително изостря вниманието им. Пилотно, кампанията ще обхване 25 града, където ще бъдат монтирани 70 светодиодни знака. В Димитровградска община са монтирани на най-оживените кръстовищакрай болницата и училищата соларни пътни знаци.

Река Дунав съвсем скоро също ще бъде оборудвана със соларно захранвани плаващи знаци. Проекта ще бъде реализиран чрез слънчеви панели, които ще захранват новите плаващи знаци по реката. Чрез тях ще се захранва електрониката на шамандурите, което ще гарантира точно позициониране на навигационния знак чрез GPS.

В процес на изработване и доставка са 160 плаващи светещи буйове, 980 несветещи брегови знаци и 20 светещи брегови фарове. Ще се внедри система за мониторинг на плаващите светещи буйове и брегови светещи фарове, което ще доведе до модернизиране на системата за навигация в българския участък от реката. Предстои автономното соларно захранване да се внедрява във все повече отрасли боло то като осветление или различни видове сигнализация. Новите технологии повишават производителността при панелите и капацитета на батериите, това води все по масово употребяване на такива системи. С това и два и намаляване на цената на цялостната система с което те стават още по достъпни.

Всички тези предимства изброени и описани по горе дават предпоставка за така бурно развиващата се соларна индустрия. Соларните системи навлизат все повече и по-бързо, създават все повече удобства, намаляват разходите по проектите ни и играят важна роля в запазването и подобряването на екологичното равновесие. Позволяват да бъдат изградени автономни източници за захранване на голямо разнообразие от системи на иначе трудно достъпни или икономически неизгодни от енергийна гледна точка обекти. С усъвършенстването на производствените технологии се намалява себестойността на соларните системи, така те стават още по достъпни.