ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 58, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2015
Въведение
Изчерпването на енергийните ресурси и все по-голямото замърсяване на планетата от използването на фосилните горива подтиква към прилагането на възобновяеми и “зелени” енергийни източници. Такъв вид енергия е енергията на слънцето. Тя обаче не е безплатна. За да се използва, е необходимо да се направят определени инвестиции. Срокът на откупуване на тези инвестиции зависи в най-голяма степен от интензивността на слънчевото греене. От особено значение е точното познаване на хода на слънчевото греене в годишен разрез за съответното географското място.
В Минно-геоложкия университет «Св. Иван Рилски» от дълги години се води обучение на студенти по дисциплината “Възобновяеми източници на енергия”. В нея се изучава и проектиране на инсталации за оползо-творяване на слънчевата енергия. Познаването на естес-твения ход на слънчевото греене е важна предпоставка за точното проектиране на фотоволтаични централи и оразмеряване на светлинните отвори (прозорците) на сградите. За съжаление информацията в това направле-ние е недостатъчна. В (Лингова) е публикувана обощена информация за Република България за период от 100 години. Тези данни не са достатъчни за точното оразме-ряване на слънчева инсталация. За да се получи достоверна и подробна информация, е създаден стенд за измерване на слънчевата радиация и осветеността в 6 равнини.
Описание на системата за събиране на данни
Схемата за управление на стенда е показана на фиг. 3. Тя е максимално опростена чрез използване на паралелния порт на компютъра. Използват се 6 броя сензори TSL2561 (Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc), свързани към компютърна система. Сензорите имат два канала с различна спектрална чувствителност и вгра-дени 16 разрядни аналогово-цифрови преобразуватели. Сензорите са монтирани на покрива на НИЛ “Осветителна техника” и са ориентирани така, че да измерват осветеността и слънчевата радиация в 4 вертикални равнини в посока изток, запад, север, юг и в една хоризонтална равнина. Допълнителен сензор е монтиран под ъгъл спрямо хоризонта от 30 градуса. Сензорите се четат непрекъснато и измерените стойностите се осредняват за интервал от 5 минути. Резултатите се записват във файл на свързан към тях компютър.
Използваните сензори представляват микропроцесор-ни прибори с вградени 16-разрядни АЦП и вграден програмируем предусилвател на 16 (фиг. 1).
Фиг. 1а. Въшен вид на фотоприемника
Фиг. 1б. Вътрешна структура на фотоприемника
Всеки сензор за осветеност съдържа два канала с аналогово-цифров преобразувател, който интегрира тока от два фотодиода. Комуникацията с устройството се осъществява чрез стандартна двупроводна линия по I2C серийна шина. Всяко устройство съчетава един фотодиод с широк спектрален диапазон (видима плюс инфрачерве-на светлина) и един инфрачервен фотодиод върху CMOS интегрална схема, способни да осигурят спектрална чувствителност, близка до човешкото око с ефективен 20-битов динамичен обхват (16-битова резолюция) (фиг. 2). От тези два цифрови сигнала може да се получи следната информация:
- осветеността в съответната равнина чрез емпирична формула, която осигурява спектрална чувствителност, близка до тази на човешкото око;
- количеството на слънчевата радиация, попаднала на единица площ;
- количество на радиацията в инфрачервения спектър.
Фиг. 2. Спектрална чувствителност за всеки от двата канала.
Фиг. 3. Принципна електрическа схема.
Програмно осигуряване
За извършване на измерванията и обработка на резултатите е съставен подходящ софтуер. Програмите за управление и регистрация на данните от измерванията са написани на DELPHI. Резултатите от измерванията се записват във файл и се генерира протокол, даващ информация за следните параметри:
- реализирана средна осветеността в съответната равнина;
- количество на слънчевата радиация, паднала на единица площ;
- количество на радиацията в инфрачервения спектър.
На фиг. 4. е показан екранът за управление на измерванията. Средата за работа е визуална.
Фиг. 4. Главен екран на програмата
Резултати
Предназначението на създадената система е да работи в продължение на години и да натрупва и обработва информация за слънчевото греене. Това ще позволи да се разполага с ценна статистическа информация в дългосрочен разрез. Обработката на тези данни ще даде възможност за извършване на уникални изследвания.
Получените резултати ще послужат за обучаване на квалифицирани специалисти в областа на осветлението и възобновяемите източници.
Литература
Лингова С., Радиационен и светлинен режим на България. София, 1981. Изд. на БАН.
Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc, TSL2561, LIGHT-TO-DIGITAL CONVERTER
Velinov К., P.Velinova, Goniophotometer with large number of digital photo sensors. LuxJunior 2013, 11. Internationales Forum fur den lichttechnischen Nachwuchs 23-27.09.2013, Dornfeld/Ilmenau.
Велинов К., Пускови характеристики на светлинни източници. Годишник на МГУ “Св. Иван Рилски”, 2013 г. Том 56, св. ІІІ, стр. 22-25.
Алексиев П., К. Велинов, Х. Василев, Актуални проблеми на енергийно ефективно улично осветление, V научна конференция ЕФ 2013, Созопол 02.09–03.09.2013.
Велинов K., В. Войводов, Използване на естествената светлина при осветление на пътни тунели със световоди, Национална конференция по осветление с международно участие BulLight 2014, 10–13 юни 2014, Созопол, България.
Велинов K., Р. Стефанов, Използване на фотоволтаични панели за осветление на пътни тунели, Национална конференция по осветление с международно участие BulLight 2014, 10–13 юни 2014, Созопол, България
Александров Н., К. Велинов, Еталон за светлинен поток в БИМ, Национална конференция по осветление с международно участие BulLight 2014, 10–13 юни 2014, Созопол, България.
Флориан Б., К. Велинов, Н. Александров, Изследване на колориметричните характеристики на светодиодни източници, Национална конференция по осветление с международно участие BulLight 2014, 10–13 юни 2014, Созопол, България.
Велинов K., В. Василев, Изследване на влиянието на геометричните параметри и нормативните ограниче-ния върху оптималното светлоразпределение на улични и тунелни осветители, Национална конферен-ция по осветление с международно участие BulLight 2014, 10–13 юни 2014, Созопол, България.
Велинов K., Р. Стефанов, В. Василев, Състояние и перспективи за развитие на светодиодното осветление в България, Годишник на МГУ “Св. Иван Рилски”, 2014г. Том 57, св.3, стр. 58-62
Велинов К., В. Войводов, Модернизация на кълбов фотометър с цифрови фотосензори. Годишник на МГУ "Св. Иван Рилски", 2012 г. Том 55, св. 3, стр. 22-25.
Договор МЕМФ 136 (по чл. 4, ал. 2 от Наредба № 9 на МОН), “Изследване на слънчевата радиация и естествената осветеност”.
Статията е препоръчана за публикуване от кат.„Електрификация на минното производство”.