風(fēng)光互補(bǔ)道路照明以及優(yōu)勢(shì)

簡(jiǎn)介

風(fēng)光互補(bǔ)，是一套發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(將交流電轉(zhuǎn)化為直流電)將發(fā)出的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負(fù)載處。是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。

發(fā)展

風(fēng)光互補(bǔ)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(duì)常規(guī)電的依賴，也為農(nóng)村照明提供了新的解決方案。近幾年，中國(guó)已有100多家公司宣稱已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行投資，各地風(fēng)光互補(bǔ)路燈項(xiàng)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長(zhǎng)的中小公司。風(fēng)光互補(bǔ)路燈行業(yè)快速地掀起了喧囂，但主流的商業(yè)應(yīng)用依然還在探索之中。

中國(guó)現(xiàn)有城鄉(xiāng)路燈總數(shù)，大約在2億盞，并以每年20%的速度增長(zhǎng)，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(bǔ)LED路燈，并且每盞路燈每天工作12小時(shí)，在1年內(nèi)將節(jié)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(guó)2億盞路燈全部改為風(fēng)光互補(bǔ)路燈后，所節(jié)省的電量相當(dāng)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(jié)能環(huán)保行業(yè)將占據(jù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要角色，清潔能源領(lǐng)域?qū)?huì)收益匪淺，這些投資能為風(fēng)光互補(bǔ)制造企業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)機(jī)遇。全球的環(huán)境在日益惡化，各國(guó)都在發(fā)展清潔能源。而我國(guó)30多年的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電力供應(yīng)一直跟不上，同時(shí)，大量的火力發(fā)電廠也造成環(huán)境的污染。我國(guó)有豐富的風(fēng)能及太陽(yáng)能資源，路燈作為戶外裝置，兩者的結(jié)合做成風(fēng)光互補(bǔ)路燈，無疑給國(guó)家的節(jié)能減排提供了一個(gè)很好的解決方案。一套400瓦的常規(guī)路燈一年耗電超過1000度，相當(dāng)于消耗標(biāo)準(zhǔn)煤400多公斤。若換成1000套照明效果相當(dāng)?shù)?/span>150瓦風(fēng)光互補(bǔ)路燈，一年可間接節(jié)電上百萬度，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)400多噸。由此可見，風(fēng)光互補(bǔ)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(bǔ)路燈可根據(jù)不同的氣候環(huán)境配置不同型號(hào)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在有限的條件內(nèi)以達(dá)到風(fēng)能利用最大化為目的。

太陽(yáng)能電池板采用目前轉(zhuǎn)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(dāng)風(fēng)資源不足的情況下,太陽(yáng)能電池板因轉(zhuǎn)換率不足,導(dǎo)致充電不足,無法保證燈正常亮燈的問題。

風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)內(nèi)最主要的部件，起著對(duì)其它部件發(fā)號(hào)指令與協(xié)同工作的主要作用，風(fēng)光互補(bǔ)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，過充過放保護(hù)功能于一身，性能穩(wěn)定可靠，得到客戶的一致好評(píng)。

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

優(yōu)勢(shì)

節(jié)能減排，節(jié)約環(huán)保，無后期大量電費(fèi)支出。資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)正成為大勢(shì)所趨。對(duì)比傳統(tǒng)路燈，風(fēng)光互補(bǔ)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(zhǎng)久下來，對(duì)環(huán)境的保護(hù)不言而喻，同時(shí)也免除了后期大量電費(fèi)支出的成本。

免除電纜鋪線工程，無需大量供電設(shè)施建設(shè)。市電照明工程作業(yè)程序復(fù)雜，纜溝開挖、敷設(shè)暗管、管內(nèi)穿線、回填等基礎(chǔ)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(shè)備，也要耗費(fèi)大量財(cái)力。風(fēng)光互補(bǔ)路燈則不會(huì)，每個(gè)路燈都是單獨(dú)個(gè)體，無需鋪纜，無需大批量電氣設(shè)備，省人力又省財(cái)力。

個(gè)別損壞不影響全局，不受大面積停電影響。由于常規(guī)路燈是電纜連接，很可能會(huì)因?yàn)閭€(gè)體的問題，而影響整個(gè)供電系統(tǒng);風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電路燈則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。分布式獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，個(gè)別損壞不會(huì)影響其他路燈的正常運(yùn)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(jié)約大量電纜開銷，更免受電纜被盜的損失。 電網(wǎng)普及不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)安裝路燈，架線安裝成本高，并會(huì)有嚴(yán)重的偷盜現(xiàn)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(bǔ)路燈則不會(huì)有此顧慮，每個(gè)路燈獨(dú)立，免去電纜連接，即使發(fā)生偷盜現(xiàn)象也不會(huì)影響其他路燈的正常運(yùn)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(hù)方便。風(fēng)光互補(bǔ)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(jì)性;自身獨(dú)立一體的供電系統(tǒng)，不受大面積電路施工干擾，工序簡(jiǎn)單，工期短，維護(hù)更加方便。

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

提高人們的節(jié)能意識(shí)。傳統(tǒng)能源的匱乏以及對(duì)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(dāng)嚴(yán)重，新能源的利用可有效提高人們的節(jié)能意識(shí)，使我們的生活更加優(yōu)質(zhì)和節(jié)能。

風(fēng)光互補(bǔ)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(shì)，為城市街道路燈提供穩(wěn)定的電源。

缺點(diǎn)

在政府大力提倡節(jié)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(jí)政府以及企業(yè)為了完成減排指標(biāo)，花費(fèi)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新能源路燈的客戶，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(yán)重、維修不及時(shí)等都是較為嚴(yán)重的問題。這里邊涉及到技術(shù)、設(shè)計(jì)、安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)，有些客戶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(duì)此習(xí)以為常了，但我們必須重視這些問題，因?yàn)橐坏┱块T對(duì)這項(xiàng)產(chǎn)品失去信心，我們將會(huì)迎來市場(chǎng)的寒冬。

技術(shù)參數(shù)

發(fā)電主體

1、故障率低(轉(zhuǎn)速慢、無轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu));

2、無噪音;

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

4、不受風(fēng)向及近地面團(tuán)風(fēng)的影響;

5、抗臺(tái)風(fēng)能力較強(qiáng)(抗風(fēng)能力達(dá)到45m/s)。

路燈設(shè)計(jì)

1、風(fēng)光互補(bǔ)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(shè)計(jì)，適用于大多數(shù)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(jī)--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無極燈、LED燈

蓄電池--100AH免維護(hù);

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(zhǎng)，工作穩(wěn)定性較高。

3、控制系統(tǒng):風(fēng)光互補(bǔ)控制器或風(fēng)力發(fā)電控制器對(duì)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(wěn)的變化范圍內(nèi)?？刂破鞯暮脡膶?duì)于蓄電池以及光源的壽命起到至關(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(wěn)定性控制器，其壽命可達(dá)到5-8年。

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

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

2. 為盡可能的降低初期投入成本，勢(shì)必要減小晶硅片面積和蓄電池容量，這是由電流來決定的。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(tǒng)中所占的比例很小很小。

無極燈工作電流小，同功率的無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(zhǎng)，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(guó)內(nèi)外已有很多工程應(yīng)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(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，故一般都喜歡采用它。其實(shí)對(duì)于新能源路燈而言，由于其獨(dú)立供電，供電持續(xù)性要求較高，故采用弱光性較強(qiáng)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(jī)

水平軸與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不同在以下幾個(gè)方面:

1、設(shè)計(jì)方法不同

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì),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(yīng)用葉素理論設(shè)計(jì)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(jié)果的不準(zhǔn)確性,這種簡(jiǎn)化對(duì)葉片外形設(shè)計(jì)的影響較小,但對(duì)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(qiáng)烈,整個(gè)流動(dòng)非常復(fù)雜,如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì),以前也是按照水平軸的設(shè)計(jì)方法,依靠葉素理論來設(shè)計(jì)。由于垂直軸風(fēng)輪的流動(dòng)比水平軸更加復(fù)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(shè)計(jì),這也是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)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(jī)的風(fēng)能利用率,絕大部分是由葉片設(shè)計(jì)方計(jì)算所得,一般在40%以上。如前所述,由于設(shè)計(jì)方法本身的缺陷,這樣計(jì)算所得的風(fēng)能利用率的準(zhǔn)確性很值得懷疑。當(dāng)然,風(fēng)電廠的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都會(huì)根據(jù)測(cè)得的風(fēng)速和輸出功率繪制風(fēng)功率曲線,但是,此時(shí)的風(fēng)速是風(fēng)輪后部測(cè)風(fēng)儀測(cè)得的風(fēng)速參見,要小于來流風(fēng)速,風(fēng)功率曲線偏高,必須進(jìn)行修正。應(yīng)用修正方法修正后,水平軸的風(fēng)能利用率要降低30%~50%。對(duì)于小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率,中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心曾做過相關(guān)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),實(shí)測(cè)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(shí),但是根據(jù)中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心對(duì)小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)所做的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來看,起動(dòng)風(fēng)速一般在4~5m/s之間,最大的居然達(dá)到5.9m/s,這樣的起動(dòng)性能顯然是不能令人滿意的。垂直軸風(fēng)輪的起動(dòng)性能差也是業(yè)內(nèi)的共識(shí),特別是對(duì)于Darrieus式Ф型風(fēng)輪,完全沒有自啟動(dòng)能力,這也是限制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用的一個(gè)原因。但是,對(duì)于Darrieus式H型風(fēng)輪,卻有相反的結(jié)論。根據(jù)筆者的研究發(fā)現(xiàn),只要翼型和安裝角選擇合適,完全能得到相當(dāng)不錯(cuò)的起動(dòng)性能,通過JDX-雙渦輪式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)、JDX-H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)、JDX-鼠籠式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來看,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(jī)。

4、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中,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(duì)于葉片的疲勞強(qiáng)度是非常不利的。另外,水平軸的發(fā)電機(jī)都置于幾十米的高空,這給發(fā)電機(jī)的安裝、維護(hù)和檢修帶來了很多的不便。

垂直軸風(fēng)輪的葉片在旋轉(zhuǎn)的過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(zhǎng)。同時(shí),垂直軸的發(fā)電機(jī)可以放在風(fēng)輪的下部或是地面,便于安裝和維護(hù)。