风光互补道路照明以及优势

简介

风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机(将交流电转化为直流电)将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。

发展

风光互补道路照明是一个新兴的新能源利用领域，它不仅能为城市照明减少对常规电的依赖，也为农村照明提供了新的解决方案。近几年，中国已有100多家公司宣称已经对此进行投资，各地风光互补路灯项目纷纷启动。但显然，这个市场并不像风能、太阳能那样巨头云集，活跃其中的大多是以灵巧见长的中小公司。风光互补路灯行业快速地掀起了喧嚣，但主流的商业应用依然还在探索之中。

中国现有城乡路灯总数，大约在2亿盏，并以每年20%的速度增长，假如这2亿盏400瓦或250瓦高压钠灯全部改成150瓦或100瓦风光互补LED路灯，并且每盏路灯每天工作12小时，在1年内将节约1500亿度电。而三峡水电站在2010年的发电总量为840亿度电。因此把全国2亿盏路灯全部改为风光互补路灯后，所节省的电量相当于1.8个三峡水电站2010年的全年发电量。

"十二五"期间，节能环保行业将占据经济建设中的重要角色，清洁能源领域将会收益匪浅，这些投资能为风光互补制造企业提供了广阔的市场机遇。全球的环境在日益恶化，各国都在发展清洁能源。而我国30多年的经济高速发展，电力供应一直跟不上，同时，大量的火力发电厂也造成环境的污染。我国有丰富的风能及太阳能资源，路灯作为户外装置，两者的结合做成风光互补路灯，无疑给国家的节能减排提供了一个很好的解决方案。一套400瓦的常规路灯一年耗电超过1000度，相当于消耗标准煤400多公斤。若换成1000套照明效果相当的150瓦风光互补路灯，一年可间接节电上百万度，节约标准煤达400多吨。由此可见，风光互补路灯在城市道路照明行业中的发展前景十分看好。

特点

风光互补路灯可根据不同的气候环境配置不同型号的风力发电机，在有限的条件内以达到风能利用最大化为目的。

太阳能电池板采用目前转换率最高的单晶硅太阳能电池板，大大提升了太阳能的发电效能，有效改善了当风资源不足的情况下,太阳能电池板因转换率不足,导致充电不足,无法保证灯正常亮灯的问题。

风光互补路灯控制器，风光互补路灯系统内最主要的部件，起着对其它部件发号指令与协同工作的主要作用，风光互补控制器，集光控亮灯，时控关灯，自动功率跟踪,自动泄荷，过充过放保护功能于一身，性能稳定可靠，得到客户的一致好评。

风光互补跟灯路灯采用高性能大容量免维护胶体电池,为风光互补路灯提供充足的电能,保证了阴雨天时LED风光互补路灯光源的亮灯时间,大大提升了系统的稳定性。

优势

节能减排，节约环保，无后期大量电费支出。资源节约型和环境友好型社会正成为大势所趋。对比传统路灯，风光互补路灯以自然中可再生的太阳能和风能为能源，不消耗任何非再生性能源，不向大气中排放污染性气体，致使污染排放量降低为零。长久下来，对环境的保护不言而喻，同时也免除了后期大量电费支出的成本。

免除电缆铺线工程，无需大量供电设施建设。市电照明工程作业程序复杂，缆沟开挖、敷设暗管、管内穿线、回填等基础工程，需要大量人工;同时，变压器、配电柜、配电板等大批量电气设备，也要耗费大量财力。风光互补路灯则不会，每个路灯都是单独个体，无需铺缆，无需大批量电气设备，省人力又省财力。

个别损坏不影响全局，不受大面积停电影响。由于常规路灯是电缆连接，很可能会因为个体的问题，而影响整个供电系统;风光互补发电路灯则不会出现这种情况。分布式独立发电系统，个别损坏不会影响其他路灯的正常运行，即使遇到大面积停电，亦不会影响照明，不可控制的损失因此大幅降低。

节约大量电缆开销，更免受电缆被盗的损失。 电网普及不到的偏远地区安装路灯，架线安装成本高，并会有严重的偷盗现象。一旦偷盗，影响整个电力输出，损失巨大。使用风光互补路灯则不会有此顾虑，每个路灯独立，免去电缆连接，即使发生偷盗现象也不会影响其他路灯的正常运作，将损失降到最低。

智能控制，免除人工操作，施工简单，维护方便。风光互补路灯由智能控制器控制，可分为时控、光控两种自动控制方式，兼具安全性和经济性;自身独立一体的供电系统，不受大面积电路施工干扰，工序简单，工期短，维护更加方便。

城市亮化。作为新兴的能源系统，在节约成本和提高系统稳定的同时起到了一定了亮化作用，在传统能源占据大部分市场的今天，新能源无疑成为城市和社区的一大亮点。

提高人们的节能意识。传统能源的匮乏以及对环境的污染已经到了必须解决的地步。全球的大气污染相当严重，新能源的利用可有效提高人们的节能意识，使我们的生活更加优质和节能。

风光互补路灯是利用风能和太阳能进行供电的智能路灯，同时还兼具了风力发电和太阳能发电两者的优势，为城市街道路灯提供稳定的电源。

缺点

在政府大力提倡节能减排的今天，给新能源的发展注入了巨大的动力，各级政府以及企业为了完成减排指标，花费大量资金和人力投入到新能源中。在工作中接触到一些采用过新能源路灯的客户，他们的抱怨让我感到吃惊，故障率高、噪音大、灯光亮度低、人为损坏严重、维修不及时等都是较为严重的问题。这里边涉及到技术、设计、安装等多个环节，有些客户甚至提出以后再也不敢用新能源路灯了。

也许有些同行已经对此习以为常了，但我们必须重视这些问题，因为一旦政府部门对这项产品失去信心，我们将会迎来市场的寒冬。

技术参数

发电主体

1、故障率低(转速慢、无转向机构);

2、无噪音;

3、发电曲线饱满(启动风速低、在中低风速运行时发电量较大);

4、不受风向及近地面团风的影响;

5、抗台风能力较强(抗风能力达到45m/s)。

路灯设计

1、风光互补路灯配置: 垂直轴风力发电和太阳能电池板以10:3的配比进行设计，适用于大多数城市道路。

例如10米高路灯配置: 灯笼型垂直轴风力发电机--300W;

太阳能电池板--75W;

灯杆高度--10米;

灯泡功率--75陶瓷金卤灯或80W无极灯、LED灯

蓄电池--100AH免维护;

亮灯时间--10h/d;

2、蓄电池配置:蓄电池采用胶体蓄电池，安装在路灯灯杆中间，既作为蓄电池箱同时可用作广告灯箱。胶体蓄电池寿命较长，工作稳定性较高。

3、控制系统:风光互补控制器或风力发电控制器对于蓄电池的充放电控制非常关键，必须将其控制在较平稳的变化范围内。控制器的好坏对于蓄电池以及光源的寿命起到至关重要的作用。例如:常用蓄电池一般寿命在2-3年，采用高稳定性控制器，其寿命可达到5-8年。

4、光源应用在太阳能照明系统中的光源要满足以下2个条件:

1. 寿命要长，光衰要低，这样才能体现高品质照明系统，太阳能照明系统一般也是提供长时间质保期的。

2. 为尽可能的降低初期投入成本，势必要减小晶硅片面积和蓄电池容量，这是由电流来决定的。所以相同功率的光源实际工作电流越小越好，这样整体造价就会下降。光源的价格在整个太阳能照明系统中所占的比例很小很小。

无极灯工作电流小，同功率的无极灯和金卤灯和高压钠灯相比电流只有一半左右，可大大降低太阳能板和蓄电池的配置，另外寿命超长，光通维持率高，显色性好，这些优点都非常适合作为太阳能光源，国内外已有很多工程应用实例。

5、太阳能电池组件:单晶硅太阳能电池具有光电转换效率高的特点，故一般都喜欢采用它。其实对于新能源路灯而言，由于其独立供电，供电持续性要求较高，故采用弱光性较强的多晶硅太阳能电池效果较好。(注:两者差异不明显)

发电机

水平轴与垂直轴风力发电机的不同在以下几个方面:

1、设计方法不同

水平轴风力发电机的叶片设计,普遍采用的是动量-叶素理论,主要的方法有Glauert法、Wilson法等。但是,由于叶素理论忽略了各叶素之间的流动干扰,同时在应用叶素理论设计叶片时都忽略了翼型的阻力,这种简化处理不可避免地造成了结果的不准确性,这种简化对叶片外形设计的影响较小,但对风轮的风能利用率影响较大。同时,风轮各叶片之间的干扰也十分强烈,整个流动非常复杂,如果仅仅依靠叶素理论是完全没有办法得出准确结果的。

垂直轴风力发电机的叶片设计,以前也是按照水平轴的设计方法,依靠叶素理论来设计。由于垂直轴风轮的流动比水平轴更加复杂,是典型的大分离非定常流动,不适合用叶素理论进行分析、设计,这也是垂直轴风力发电机长期得不到发展的一个重要原因。

2、风能利用率

大型水平轴风力发电机的风能利用率,绝大部分是由叶片设计方计算所得,一般在40%以上。如前所述,由于设计方法本身的缺陷,这样计算所得的风能利用率的准确性很值得怀疑。当然,风电厂的风力发电机都会根据测得的风速和输出功率绘制风功率曲线,但是,此时的风速是风轮后部测风仪测得的风速参见,要小于来流风速,风功率曲线偏高,必须进行修正。应用修正方法修正后,水平轴的风能利用率要降低30%~50%。对于小型水平轴风力发电机的风能利用率,中国空气动力研究与发展中心曾做过相关的风洞实验,实测的利用率在23%~29%。

3、起动风速

水平轴风轮的起动性能好已经是个共识,但是根据中国空气动力研究与发展中心对小型水平轴风力发电机所做的风洞实验来看,起动风速一般在4~5m/s之间,最大的居然达到5.9m/s,这样的起动性能显然是不能令人满意的。垂直轴风轮的起动性能差也是业内的共识,特别是对于Darrieus式Ф型风轮,完全没有自启动能力,这也是限制垂直轴风力发电机应用的一个原因。但是,对于Darrieus式H型风轮,却有相反的结论。根据笔者的研究发现,只要翼型和安装角选择合适,完全能得到相当不错的起动性能,通过JDX-双涡轮式垂直轴风力发电机、JDX-H型垂直轴风力发电机、JDX-鼠笼式垂直轴风力发电机的风洞实验来看,这种Darrieus式H型风轮的起动风速只需要2m/s,优于上述的水平轴风力发电机。

4、结构特点

水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程中,受惯性力和重力的综合作用,惯性力的方向是随时变化的,而重力的方向始终不变,这样叶片所受的就是一个交变载荷,这对于叶片的疲劳强度是非常不利的。另外,水平轴的发电机都置于几十米的高空,这给发电机的安装、维护和检修带来了很多的不便。

垂直轴风轮的叶片在旋转的过程中的受力情况要比水平轴的好的多,由于惯性力与重力的方向始终不变,所受的是恒定载荷,因此疲劳寿命要比水平轴风轮长。同时,垂直轴的发电机可以放在风轮的下部或是地面,便于安装和维护。