Смирнов С.Е, Егоров А.М., Лабо А.Н., Спицын М. А.

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Россия

ИСТОЧНИК ТОКА ДЛЯ СВЕТОСИГНАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

40 % дорожно-транспортных происшествий в России связаны с наездом на пешеходов. Каждый четвертый наезд на пешехода совершается на пешеходных переходах, не оборудованных светофорами. Водителям в сумеречное и ночное время сложно заметить такой пешеходный переход. Для обеспечения безопасности нерегулируемые пешеходные переходы необходимо оборудовать светодиодными светофорами Т.7 желтого цвета, которые будут хорошо видны водителям. Установка пешеходного светофора Т.7 с питанием от электросети обходится более чем в 100 тыс. руб. Основная часть затрат приходится на прокладку и стоимость кабеля. Но есть более эффективное решение: светодиодные светофоры на солнечных электростанциях «GELIOMASTER-LGM». Установка такого светофора обойдется всего лишь в 30-40 тыс. руб. Экономия средств по сравнению с традиционными светофорами с питанием от электросети более чем в два раза. Светофоры «LGM» специально разработаны для обеспечения устойчивой и бесперебойной работы в самых тяжелых условиях российской зимы. Они надежно работают даже при продолжительной пасмурной погоде в самое «темное» время года (ноябрь-декабрь-январь) и низких температурах. Светофоры на солнечных электростанциях (солнечных батареях) LGM вобрали в себя самые современные технологии: сверхъяркие светодиоды, монокристаллические солнечные батареи, гелевые аккумуляторы, микропроцессорные контроллеры. Комплект состоит из солнечной электростанции и подключенного к ней светофора Т7. Система автономна и работает без подключения к внешней сети. Электрическая энергия поступает от гелевого аккумулятора электростанции, которую заряжает мощная солнечная батарея через мультипрограммный котроллер. Солнечная электростанция имеет интегрированную конструкцию и представляет собой единый моноблок готовый к установке и работе. Установка светофоров на солнечных батареях не требует устройства траншей, закупки кабеля, защиты кабеля, рекультивации траншей, подключения к электросети, оплаты за электроэнергию. Светофоры особенно выгодно устанавливать на тех участках, где затруднен или невозможен подвод электросети: междугородние магистрали и дороги вне населенных пунктов; улицы в населенных пунктах вдали от электросети; участки, где требуется разрушать дорожное полотно.
Светофоры полностью автономны, не расходует электроэнергию из электросетей, не требует затрат на оплату электроэнергии. Автономные солнечные электростанции «GES» полностью автоматизированы и работают без участия человека. Мощная солнечная батарея заряжает аккумулятор в светлое время суток. Зарядка осуществляется даже в пасмурную погоду и в зимнее время года. Контроллер электростанции не допускает перезаряда и полного разряда аккумуляторной батареи.

Их недостатки заключаются в следующем. При продолжительной пасмурной погоде в зимнее время и недостаточной солнечной инсоляции возможно снижение напряжения аккумуляторной батареи до 11,1 Вольт.
В этом случае для предотвращения глубокого разряда контроллер отключит АКБ от нагрузки (светофор перестанет работать). Как известно, среди литиевых элементов наиболее безопасными являются элементы с твердым катодом на основе фторуглерода, в качестве которого в последнее время предлагаются фторированные наноматериалы. Основной проблемой, препятствующей созданию электродов на их основе, является высокая химическая активность жидких апротонных электролитов, используемых в литиевых источниках тока, по отношению к материалам катода [1]. Фуллерены, как чистые, так и фторированные, при контакте с данными средами растворяются, на углеродных нанотрубках интенсифицируется процесс деструкции самого электролита. Поэтому, в качестве электролита в разработанном элементе предлагается использовать твердый полимерный электролит (ТПЭ) на основе полимерной матрицы полисульфона [2]. Катод предложенного источника тока в качестве ионного проводника и связующего содержит определенную долю ТПЭ, т.е. он является твердофазным материалом. Проведено сравнительное испытание макетов элементов с фторуглеродным катодом на основе фторированной фуллереновой сажи в твердофазном исполнении и промышленным на основе фторированного углерода ИТГ-124 с жидким электролитом. Показано, что твердофазный элемент обладает преимуществом по значениям среднеразрядного напряжения, емкости, энергии и мощности по сравнению с аналогом в традиционном исполнении. На основе проведенных исследований были разработаны источники тока для солнечной электростанции GM. Литий - фторуглеродные источники тока могут использоваться в 2-х вариантах: в буферном режиме и в аварийном. В первом случае батарея из 4-х элементов напряжением 12 В и емкостью 75 А*ч подключается параллельно и вступает в работу при падении напряжения основной батареи ниже допустимого значения. Габариты батареи: 8,5*16,5*2,5 см, а масса 0.7 кг. Во втором случае элемент с емкостью 40А*ч и напряжением 3В подключается последовательно. Габариты: 1 см*3 см*0,5 см, а масса 30 г.

Работа выполнена при финансовой поддержке стипендии Президента Российской Федерации для молодых ученых.

Литература.

1. Смирнов С.Е., Егоров А.М., Смирнов К.С., Фатеев С.А. Литиевые источники тока на основе наноматериалов // Научный альманах. 2017.№ 2-3(28). С. 127-130. 2.Чеботарев В.П., Смирнов С.Е. Полимерный электролит для литиевых источников тока // В книге: Технологии и материалы для экстремальных условий (создание и разработка технологий изготовления электроактивных материалов для преобразователей и накопителей энергии)материалы Всероссийской конференции. МЦАИ РАН. 2015. С. 92-93.