風(fēng)光互補道路照明以及優(yōu)勢

簡(jiǎn)介

風(fēng)光互補，是一套發(fā)電應用系統，該系統是利用太陽(yáng)能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(將交流電轉化為直流電)將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶(hù)需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，通過(guò)輸電線(xiàn)路送到用戶(hù)負載處。是風(fēng)力發(fā)電機和太陽(yáng)電池方陣兩種發(fā)電設備共同發(fā)電。

發(fā)展

風(fēng)光互補道路照明是一個(gè)新興的新能源利用領(lǐng)域，它不僅能為城市照明減少對常規電的依賴(lài)，也為農村照明提供了新的解決方案。近幾年，中國已有100多家公司宣稱(chēng)已經(jīng)對此進(jìn)行投資，各地風(fēng)光互補路燈項目紛紛啟動(dòng)。但顯然，這個(gè)市場(chǎng)并不像風(fēng)能、太陽(yáng)能那樣巨頭云集，活躍其中的大多是以靈巧見(jiàn)長(cháng)的中小公司。風(fēng)光互補路燈行業(yè)快速地掀起了喧囂，但主流的商業(yè)應用依然還在探索之中。

中國現有城鄉路燈總數，大約在2億盞，并以每年20%的速度增長(cháng)，假如這2億盞400瓦或250瓦高壓鈉燈全部改成150瓦或100瓦風(fēng)光互補LED路燈，并且每盞路燈每天工作12小時(shí)，在1年內將節約1500億度電。而三峽水電站在2010年的發(fā)電總量為840億度電。因此把全國2億盞路燈全部改為風(fēng)光互補路燈后，所節省的電量相當于1.8個(gè)三峽水電站2010年的全年發(fā)電量。

"十二五"期間，節能環(huán)保行業(yè)將占據經(jīng)濟建設中的重要角色，清潔能源領(lǐng)域將會(huì )收益匪淺，這些投資能為風(fēng)光互補制造企業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)機遇。全球的環(huán)境在日益惡化，各國都在發(fā)展清潔能源。而我國30多年的經(jīng)濟高速發(fā)展，電力供應一直跟不上，同時(shí)，大量的火力發(fā)電廠(chǎng)也造成環(huán)境的污染。我國有豐富的風(fēng)能及太陽(yáng)能資源，路燈作為戶(hù)外裝置，兩者的結合做成風(fēng)光互補路燈，無(wú)疑給國家的節能減排提供了一個(gè)很好的解決方案。一套400瓦的常規路燈一年耗電超過(guò)1000度，相當于消耗標準煤400多公斤。若換成1000套照明效果相當的150瓦風(fēng)光互補路燈，一年可間接節電上百萬(wàn)度，節約標準煤達400多噸。由此可見(jiàn)，風(fēng)光互補路燈在城市道路照明行業(yè)中的發(fā)展前景十分看好。

特點(diǎn)

風(fēng)光互補路燈可根據不同的氣候環(huán)境配置不同型號的風(fēng)力發(fā)電機，在有限的條件內以達到風(fēng)能利用最大化為目的。

太陽(yáng)能電池板采用目前轉換率最高的單晶硅太陽(yáng)能電池板，大大提升了太陽(yáng)能的發(fā)電效能，有效改善了當風(fēng)資源不足的情況下,太陽(yáng)能電池板因轉換率不足,導致充電不足,無(wú)法保證燈正常亮燈的問(wèn)題。

風(fēng)光互補路燈控制器，風(fēng)光互補路燈系統內最主要的部件，起著(zhù)對其它部件發(fā)號指令與協(xié)同工作的主要作用，風(fēng)光互補控制器，集光控亮燈，時(shí)控關(guān)燈，自動(dòng)功率跟蹤,自動(dòng)泄荷，過(guò)充過(guò)放保護功能于一身，性能穩定可靠，得到客戶(hù)的一致好評。

風(fēng)光互補跟燈路燈采用高性能大容量免維護膠體電池,為風(fēng)光互補路燈提供充足的電能,保證了陰雨天時(shí)LED風(fēng)光互補路燈光源的亮燈時(shí)間,大大提升了系統的穩定性。

優(yōu)勢

節能減排，節約環(huán)保，無(wú)后期大量電費支出。資源節約型和環(huán)境友好型社會(huì )正成為大勢所趨。對比傳統路燈，風(fēng)光互補路燈以自然中可再生的太陽(yáng)能和風(fēng)能為能源，不消耗任何非再生性能源，不向大氣中排放污染性氣體，致使污染排放量降低為零。長(cháng)久下來(lái)，對環(huán)境的保護不言而喻，同時(shí)也免除了后期大量電費支出的成本。

免除電纜鋪線(xiàn)工程，無(wú)需大量供電設施建設。市電照明工程作業(yè)程序復雜，纜溝開(kāi)挖、敷設暗管、管內穿線(xiàn)、回填等基礎工程，需要大量人工;同時(shí)，變壓器、配電柜、配電板等大批量電氣設備，也要耗費大量財力。風(fēng)光互補路燈則不會(huì )，每個(gè)路燈都是單獨個(gè)體，無(wú)需鋪纜，無(wú)需大批量電氣設備，省人力又省財力。

個(gè)別損壞不影響全局，不受大面積停電影響。由于常規路燈是電纜連接，很可能會(huì )因為個(gè)體的問(wèn)題，而影響整個(gè)供電系統;風(fēng)光互補發(fā)電路燈則不會(huì )出現這種情況。分布式獨立發(fā)電系統，個(gè)別損壞不會(huì )影響其他路燈的正常運行，即使遇到大面積停電，亦不會(huì )影響照明，不可控制的損失因此大幅降低。

節約大量電纜開(kāi)銷(xiāo)，更免受電纜被盜的損失。 電網(wǎng)普及不到的偏遠地區安裝路燈，架線(xiàn)安裝成本高，并會(huì )有嚴重的偷盜現象。一旦偷盜，影響整個(gè)電力輸出，損失巨大。使用風(fēng)光互補路燈則不會(huì )有此顧慮，每個(gè)路燈獨立，免去電纜連接，即使發(fā)生偷盜現象也不會(huì )影響其他路燈的正常運作，將損失降到最低。

智能控制，免除人工操作，施工簡(jiǎn)單，維護方便。風(fēng)光互補路燈由智能控制器控制，可分為時(shí)控、光控兩種自動(dòng)控制方式，兼具安全性和經(jīng)濟性;自身獨立一體的供電系統，不受大面積電路施工干擾，工序簡(jiǎn)單，工期短，維護更加方便。

城市亮化。作為新興的能源系統，在節約成本和提高系統穩定的同時(shí)起到了一定了亮化作用，在傳統能源占據大部分市場(chǎng)的今天，新能源無(wú)疑成為城市和社區的一大亮點(diǎn)。

提高人們的節能意識。傳統能源的匱乏以及對環(huán)境的污染已經(jīng)到了必須解決的地步。全球的大氣污染相當嚴重，新能源的利用可有效提高人們的節能意識，使我們的生活更加優(yōu)質(zhì)和節能。

風(fēng)光互補路燈是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能進(jìn)行供電的智能路燈，同時(shí)還兼具了風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電兩者的優(yōu)勢，為城市街道路燈提供穩定的電源。

缺點(diǎn)

在政府大力提倡節能減排的今天，給新能源的發(fā)展注入了巨大的動(dòng)力，各級政府以及企業(yè)為了完成減排指標，花費大量資金和人力投入到新能源中。在工作中接觸到一些采用過(guò)新能源路燈的客戶(hù)，他們的抱怨讓我感到吃驚，故障率高、噪音大、燈光亮度低、人為損壞嚴重、維修不及時(shí)等都是較為嚴重的問(wèn)題。這里邊涉及到技術(shù)、設計、安裝等多個(gè)環(huán)節，有些客戶(hù)甚至提出以后再也不敢用新能源路燈了。

也許有些同行已經(jīng)對此習以為常了，但我們必須重視這些問(wèn)題，因為一旦政府部門(mén)對這項產(chǎn)品失去信心，我們將會(huì )迎來(lái)市場(chǎng)的寒冬。

技術(shù)參數

發(fā)電主體

1、故障率低(轉速慢、無(wú)轉向機構);

2、無(wú)噪音;

3、發(fā)電曲線(xiàn)飽滿(mǎn)(啟動(dòng)風(fēng)速低、在中低風(fēng)速運行時(shí)發(fā)電量較大);

4、不受風(fēng)向及近地面團風(fēng)的影響;

5、抗臺風(fēng)能力較強(抗風(fēng)能力達到45m/s)。

路燈設計

1、風(fēng)光互補路燈配置: 垂直軸風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能電池板以10:3的配比進(jìn)行設計，適用于大多數城市道路。

例如10米高路燈配置: 燈籠型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機--300W;

太陽(yáng)能電池板--75W;

燈桿高度--10米;

燈泡功率--75陶瓷金鹵燈或80W無(wú)極燈、LED燈

蓄電池--100AH免維護;

亮燈時(shí)間--10h/d;

2、蓄電池配置:蓄電池采用膠體蓄電池，安裝在路燈燈桿中間，既作為蓄電池箱同時(shí)可用作廣告燈箱。膠體蓄電池壽命較長(cháng)，工作穩定性較高。

3、控制系統:風(fēng)光互補控制器或風(fēng)力發(fā)電控制器對于蓄電池的充放電控制非常關(guān)鍵，必須將其控制在較平穩的變化范圍內?？刂破鞯暮脡膶τ谛铍姵匾约肮庠吹膲勖鸬街陵P(guān)重要的作用。例如:常用蓄電池一般壽命在2-3年，采用高穩定性控制器，其壽命可達到5-8年。

4、光源應用在太陽(yáng)能照明系統中的光源要滿(mǎn)足以下2個(gè)條件:

1. 壽命要長(cháng)，光衰要低，這樣才能體現高品質(zhì)照明系統，太陽(yáng)能照明系統一般也是提供長(cháng)時(shí)間質(zhì)保期的。

2. 為盡可能的降低初期投入成本，勢必要減小晶硅片面積和蓄電池容量，這是由電流來(lái)決定的。所以相同功率的光源實(shí)際工作電流越小越好，這樣整體造價(jià)就會(huì )下降。光源的價(jià)格在整個(gè)太陽(yáng)能照明系統中所占的比例很小很小。

無(wú)極燈工作電流小，同功率的無(wú)極燈和金鹵燈和高壓鈉燈相比電流只有一半左右，可大大降低太陽(yáng)能板和蓄電池的配置，另外壽命超長(cháng)，光通維持率高，顯色性好，這些優(yōu)點(diǎn)都非常適合作為太陽(yáng)能光源，國內外已有很多工程應用實(shí)例。

5、太陽(yáng)能電池組件:單晶硅太陽(yáng)能電池具有光電轉換效率高的特點(diǎn)，故一般都喜歡采用它。其實(shí)對于新能源路燈而言，由于其獨立供電，供電持續性要求較高，故采用弱光性較強的多晶硅太陽(yáng)能電池效果較好。(注:兩者差異不明顯)

發(fā)電機

水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的不同在以下幾個(gè)方面:

1、設計方法不同

水平軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片設計,普遍采用的是動(dòng)量-葉素理論,主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是,由于葉素理論忽略了各葉素之間的流動(dòng)干擾,同時(shí)在應用葉素理論設計葉片時(shí)都忽略了翼型的阻力,這種簡(jiǎn)化處理不可避免地造成了結果的不準確性,這種簡(jiǎn)化對葉片外形設計的影響較小,但對風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。同時(shí),風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個(gè)流動(dòng)非常復雜,如果僅僅依靠葉素理論是完全沒(méi)有辦法得出準確結果的。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片設計,以前也是按照水平軸的設計方法,依靠葉素理論來(lái)設計。由于垂直軸風(fēng)輪的流動(dòng)比水平軸更加復雜,是典型的大分離非定常流動(dòng),不適合用葉素理論進(jìn)行分析、設計,這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機長(cháng)期得不到發(fā)展的一個(gè)重要原因。

2、風(fēng)能利用率

大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能利用率,絕大部分是由葉片設計方計算所得,一般在40%以上。如前所述,由于設計方法本身的缺陷,這樣計算所得的風(fēng)能利用率的準確性很值得懷疑。當然,風(fēng)電廠(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機都會(huì )根據測得的風(fēng)速和輸出功率繪制風(fēng)功率曲線(xiàn),但是,此時(shí)的風(fēng)速是風(fēng)輪后部測風(fēng)儀測得的風(fēng)速參見(jiàn),要小于來(lái)流風(fēng)速,風(fēng)功率曲線(xiàn)偏高,必須進(jìn)行修正。應用修正方法修正后,水平軸的風(fēng)能利用率要降低30%~50%。對于小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能利用率,中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心曾做過(guò)相關(guān)的風(fēng)洞實(shí)驗,實(shí)測的利用率在23%~29%。

3、起動(dòng)風(fēng)速

水平軸風(fēng)輪的起動(dòng)性能好已經(jīng)是個(gè)共識,但是根據中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心對小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機所做的風(fēng)洞實(shí)驗來(lái)看,起動(dòng)風(fēng)速一般在4~5m/s之間,最大的居然達到5.9m/s,這樣的起動(dòng)性能顯然是不能令人滿(mǎn)意的。垂直軸風(fēng)輪的起動(dòng)性能差也是業(yè)內的共識,特別是對于Darrieus式Ф型風(fēng)輪,完全沒(méi)有自啟動(dòng)能力,這也是限制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機應用的一個(gè)原因。但是,對于Darrieus式H型風(fēng)輪,卻有相反的結論。根據筆者的研究發(fā)現,只要翼型和安裝角選擇合適,完全能得到相當不錯的起動(dòng)性能,通過(guò)JDX-雙渦輪式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機、JDX-H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機、JDX-鼠籠式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)洞實(shí)驗來(lái)看,這種Darrieus式H型風(fēng)輪的起動(dòng)風(fēng)速只需要2m/s,優(yōu)于上述的水平軸風(fēng)力發(fā)電機。

4、結構特點(diǎn)

水平軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片在旋轉一周的過(guò)程中,受慣性力和重力的綜合作用,慣性力的方向是隨時(shí)變化的,而重力的方向始終不變,這樣葉片所受的就是一個(gè)交變載荷,這對于葉片的疲勞強度是非常不利的。另外,水平軸的發(fā)電機都置于幾十米的高空,這給發(fā)電機的安裝、維護和檢修帶來(lái)了很多的不便。

垂直軸風(fēng)輪的葉片在旋轉的過(guò)程中的受力情況要比水平軸的好的多,由于慣性力與重力的方向始終不變,所受的是恒定載荷,因此疲勞壽命要比水平軸風(fēng)輪長(cháng)。同時(shí),垂直軸的發(fā)電機可以放在風(fēng)輪的下部或是地面,便于安裝和維護。