Самохвалов Сергей Яковлевич, к.т.н.

Горбачев Олег Викторович, к.т.н.

Клименко Александр Сергеевич

Мировые затраты на освещение в среднем составляют 20% всей расходуемой электроэнергии. В южных городах, где почти 300 солнечных дней в году, а температура на верхних этажах летом достигает 60 градусов С, в помещениях без окон, днем включаются электроосветительные приборы, генерируя не столько свет, сколько тепло.

Конечно, можно аккумулировать солнечную энергию, преобразуя ее в электричество, с помощью солнечных батарей. А полученную электрическую энергию можно использовать для освещения помещений с помощью электроосветительных приборов. При этом неизбежно двойное преобразование энергии, и как следствие, большие потери. Использование линзовых концентраторов позволяет снизить стоимость единицы установленной электрической мощности фотоэлектрических преобразователей всего в 2 - 3 раза.

Мы предлагаем использовать гибридные оптоволоконные устройства, которые лишены указанных недостатков. Гибридные оптоволоконные устройства могут осветить до 300 м2 жилой или офисной площади, и предназначены для прямой поставки естественного дневного света внутрь освещаемых помещений. Устройство состоит из параболических зеркал фокусирующих солнечные лучи во входной торец оптоволоконного кабеля, транспортирующего свет в освещаемое помещение. Часть световой энергии преобразуется в энергию электрическую, которая аккумулируется и используется для системы позиционирования и электропитания ламп ночью. Система позиционирования поворачивает коллектор в течение дня, постоянно направляя его на солнце.

В данной работе были проведены исследования, направленные на создание простого, надежного и недорогого осветительного устройства, использующего естественный солнечный свет. Для наведения коллектора на солнце в устройстве применен эффект термического расширения. Это позволяет снизить его стоимость в сотни раз. Полимерный оптоволоконный кабель используется не только для транспортировки света, но и для наведения коллектора на солнце. Коллектор закреплен на фоконе вместе они сужают световой поток до размера входного торца оптического волокна. Фокон изгибается под действием температуры, подобно биметаллической пластине, и постоянно направляет коллектор на солнце, как это делает всем известный подсолнух. Устройство совсем не потребляет электроэнергии, что обеспечивает его высокую экономичность. При хорошей прозрачности полимерного оптического волокна, КПД устройства, находится в пределах 50–80 %, в зависимости от длины кабеля и его качества.

Надежность данного осветительного устройства очень высока. Детали осветительного устройства практически не нагреваются, чем достигается высокий уровень безопасности при эксплуатации. Новизна работы подтверждена двумя патентами.

Авторами данной работы были проведены предварительные испытания уменьшенного макета предлагаемого осветительного устройства, которые показали высокие уровни освещения закрытого помещения. Использование опытного тонкого световода толщиной всего 1 мм, длиной 10 м, позволило осветить помещение 4 кв. м с яркостью 15 лк. И это – при малом размере входной линзы – 10 см. При увеличении размера входной линзы до 30 см и использовании групп волокон толщиной 3 мм, уровень освещенности должен быть выше на порядок, что позволит использовать для достаточного освещения обычной комнаты 15 кв м всего 2-3 подобных устройства.

Прогнозируется большой гарантированный спрос на эти простые и надежные устройства. Объем продаж только в России может составить нескольких миллионов штук. Кроме того, такие устройства позволят осуществлять безопасное освещение во взрывоопасных зонах (шахты, рудники, химические предприятия), а также в помещениях с повышенной влажностью (бассейны, сауны, зимние сады, аквариумы и т.п.). Эти устройства можно рассматривать как выносные окна, или выносные зенитные фонари с кабельной транспортировкой светового потока.