湛江市第二技工學(xué)校 黃康禎

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淺談風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)的應(yīng)用

湛江市第二技工學(xué)校 黃康禎

【摘要】風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是用風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)換成可用的電能裝置。具有使大地自然的能源再生性與互補(bǔ)性。應(yīng)用在傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)中能降低供電能耗及成本，同時(shí)也避免了能源轉(zhuǎn)換過程中所造成的污染。實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)，提高了經(jīng)濟(jì)效益、具有實(shí)用性、安全性與可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；傳統(tǒng)路燈；應(yīng)用

0 概述

隨著生活的進(jìn)步，科學(xué)不斷地發(fā)展，城市不斷地美化，道路也不斷伸張。路燈成了我們生活中必不可少的室外照明工具。傳統(tǒng)路燈的安裝是根據(jù)光度及其道路長度的設(shè)計(jì)安裝，由于道路的長度較長及延伸到偏遠(yuǎn)的郊外。不僅配電難，鋪設(shè)電纜成本高，線損大，而且使整個(gè)工程成本大大提高和造成不必要的能源損耗。因此在傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)里應(yīng)用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)可使路燈系統(tǒng)變得更加優(yōu)化。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的能源來自于大自然豐富能源的風(fēng)能和太陽能，風(fēng)能和太陽能是大自然季節(jié)性的優(yōu)勢：白天太陽光強(qiáng)，夜晚風(fēng)大，夏天日照好，冬春季節(jié)風(fēng)大、日照弱等自然能源的特點(diǎn)。而風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)恰好能夠彌補(bǔ)這種季節(jié)性的缺點(diǎn)，使能源的產(chǎn)生與能源的轉(zhuǎn)換能夠得到互補(bǔ)。

1 傳統(tǒng)路燈原理系統(tǒng)原理

圖1-1

從上述傳統(tǒng)路燈的方框圖1-1可以看出整個(gè)路燈工作系統(tǒng)的復(fù)雜性，工程最大，能耗大。將圖示1-1傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)來替代。不但能實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，同時(shí)也降低了成本。達(dá)到一次投資，長期回報(bào)。

2 用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的改造方案

以我們現(xiàn)在的路燈（一般是40W的節(jié)能燈），使用為例，如表1-1所示。

生產(chǎn)廠家：上海思源致遠(yuǎn)綠色能源有限公司。

3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的簡述

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池、控制器、蓄電池組、直流路燈等部分組成（見圖1-2）。

表1-1

圖1-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

發(fā)電部分：

由發(fā)電機(jī)和太陽能電池板矩陣組成，完成風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能和光能轉(zhuǎn)換成電能的雙能源轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)。

3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，然后通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，再通過控制器對蓄電池充電和路燈供電。如上述的型號(hào)：FD2.0-0.3/8風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

表1-2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特性參數(shù)

從表1-2可知型號(hào)：FD2.0-0.3/8發(fā)電機(jī)的工作風(fēng)速范圍3~25m/s、額定風(fēng)速8 m/s。經(jīng)過風(fēng)力氣象表查得3~25（m/s）的風(fēng)級數(shù)是1~10級風(fēng)，只要當(dāng)?shù)仫L(fēng)能達(dá)到5級風(fēng)力發(fā)電機(jī)就能發(fā)出300W額定容量。根據(jù)廣東省氣象臺(tái)預(yù)報(bào)，廣東各地區(qū)在春、秋、冬季節(jié)風(fēng)力常在4~6級的范圍。如果要準(zhǔn)確設(shè)計(jì)請查詢安裝地點(diǎn)的氣象臺(tái)報(bào)告。

3.2 太陽能電池的工作原理

太陽能光伏電池發(fā)電是利用太陽能電池的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電能，經(jīng)過控制器的控制進(jìn)行蓄電池充電和路燈供電控制。如上述型號(hào)：TPM-140SM的太陽能電池組。

表1-3 太陽能電池組件特性參數(shù)

根據(jù)廣東省氣象臺(tái)預(yù)報(bào)廣東各地的陽光照射時(shí)間長，按季節(jié)分，夏、秋季節(jié)的日照時(shí)間為早上7：30~下午的18：00，日照時(shí)間9.5小時(shí)；春季日照時(shí)間為中午11：00~下午16：00，日照時(shí)間5小時(shí)。如要安裝與實(shí)地氣象為準(zhǔn)。

3.3 風(fēng)光互補(bǔ)控制器

穩(wěn)定風(fēng)光各路發(fā)電輸出電壓自動(dòng)調(diào)制成系統(tǒng)匹配電壓。完成整個(gè)路燈控制系統(tǒng)各部分連接，以及蓄電池充電的自動(dòng)控制。該裝置能根據(jù)日照強(qiáng)弱、風(fēng)力的大小和負(fù)荷的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流負(fù)荷。另一方面把多余的電能送往蓄電池組儲(chǔ)存。當(dāng)發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。使其在充電、放電或浮充電等多種工作情況下交替運(yùn)行，從而保證風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。如上述的智能控制器型號(hào)：ZYK-Ⅱ。

性能指標(biāo)如下：

◆風(fēng)力機(jī)額定功率：300W ◆光伏功率：150W

◆最大充電電流： 25A ◆每路最大負(fù)載電流：DC 5A

◆每路最大輸出功率：120W ◆過充保護(hù)電壓：29.2±0.2V

◆浮沖電壓：22.2±0.2V ◆過放恢復(fù)電壓：24.8±0.2V

◆空載損耗：≤20mA ◆環(huán)境溫度：-10℃ ~40℃

◆防護(hù)級級：IP22

主要特點(diǎn)：兩段式的充電方式，提高蓄電池使用壽命。獨(dú)立控制兩路直流負(fù)載，負(fù)載工作時(shí)間可靈活控制。五種負(fù)載控制方式：全光控制、光時(shí)控制、晚上兩段控制、白天兩段控制、全時(shí)控制。蓄電池浮沖電壓、過放電壓都可以分別設(shè)置。過載、短路保護(hù)：1.25倍額定電流60s，1.5倍額定電流5s時(shí)過載保護(hù)動(dòng)作；大于3倍額定電流0.5s時(shí)短路保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)風(fēng)機(jī)輸出電壓超過了蓄電池的充電電壓，系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行泄荷。操作簡便，四位LED加上兩個(gè)按鍵，方便用戶參數(shù)設(shè)置。

3.4 蓄電池

蓄電池在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡路燈運(yùn)行的作用。它將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，以供電能不足時(shí)使用。在常用蓄電池中，主要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鐵鎳蓄電池等。其中鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，性能可靠，安全性高，且技術(shù)上又不斷進(jìn)步和完善。得到廣泛應(yīng)用。型號(hào)：6-JFM-100，JFM系統(tǒng)膠體鉛酸電池。標(biāo)準(zhǔn)電壓：12V，標(biāo)稱容量：100Ah。表1中選用兩個(gè)電池，串聯(lián)使用滿足系統(tǒng)供電壓。

3.5 路燈燈源

燈源的作用是把風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出來的電轉(zhuǎn)換成光能，也是最終的目的。在不同的場所要求的亮度不同，燈源的選擇種類，功率也不同。表1上用的是電壓：24V、功率：40W的LVD無極燈。由于它產(chǎn)生的光亮度質(zhì)量高，壽命長，節(jié)省維護(hù)。

表1-4 下列常用燈源性能一覽表

3.6 風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的組成

圖1-3 風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的組成圖

4 結(jié)束語

根據(jù)上述對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電路燈系統(tǒng)的簡述，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)能和太陽能在時(shí)間上和地域上的互補(bǔ)性，互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性。也是根據(jù)自然資源，風(fēng)和光的能源轉(zhuǎn)換，發(fā)電、蓄電和儲(chǔ)電，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)完美的獨(dú)立電源系統(tǒng)，應(yīng)用在傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)能使路燈越離市電網(wǎng)運(yùn)行，越離偏遠(yuǎn)郊外由于鋪設(shè)電纜和配電難，安裝難的問題。應(yīng)用在傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)中能降低供電損耗及成本，同時(shí)也避免了能源轉(zhuǎn)換過程中所造成的污染。實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)、提高了經(jīng)濟(jì)效益、具有實(shí)用性、安全性與可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇紹雷.風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]趙爭嗚,劉建政.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[3]李鐘實(shí).太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與維護(hù)[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[4]上海思源致遠(yuǎn)綠色能源有限公司《風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)介紹》.