風光互補路燈方案

風光互補太陽能路燈

設

計

方

案

風光互補路燈設計方案

現場效果圖

一、自然資源狀況

在跨入21世紀之際，人類將面臨實現經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴格要求的雙重制約下發(fā)展經濟已成為全球熱點問題。而能源問題將更為突出，不僅表現在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用帶來了一系列問題，如環(huán)境污染，溫室效應都與化石燃料的燃燒有關。目前的環(huán)境問題，很大程度上是由于能源特別是化石能源的開發(fā)利用造成的。因此，人類要解決上述能源問題，實現可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽能和風能等清潔能源以其獨具的優(yōu)勢，其開發(fā)利用必將在21世紀得到長足的發(fā)展，并終將在世界能源結構轉移中擔綱重任，成為21世紀后期的主導能源。

1.1化石能源帶來的問題 

(1)能源短缺：由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國家能源供應不足，不能滿足其經濟發(fā)展的需要。從長遠來看，全球已探明的石油儲量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，如不盡早設法解決化石能源的替代能源，人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機局面。 

(2)環(huán)境污染：當前，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數十萬噸硫等有害物質拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質量；局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土。這些問題最終將迫使人們改變能源結構，依靠利用太陽能等可再生潔凈能源來解決。 

(3)溫室效應：化石能源的利用不僅造成環(huán)境污染，同時由于排放大量的溫室氣體而產生溫室效應，引起全 球氣候變化。這一問題已提到全球的議事日程，其影響甚至已超過了對環(huán)境的污染，有關國際組織已召開多次會議，限制各國CO2等溫室氣體的排放量。 

1.2 太陽能資源及其開發(fā)利用特點 

(1)儲量的“無限性” ：太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達地球的能量高達8×1013kW，相當于6×109t標準煤。按此計算，一年內到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892×1013千億t，是目前世界主要能源探明儲量的一萬倍。太陽的壽命至少尚有40億年，相對于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球的時間可以說是無限的。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。 

(2)存在的普遍性：雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻，但相對于其他能源來說，太陽能對于地球上絕大多數地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。

(3)利用的清潔性：太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產生任何污染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。

(4)利用的經濟性：可以從兩個方面看太陽能利用的經濟性。一是太陽能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽能時不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術發(fā)展水平下，有些太陽能利用已具經濟性，如太陽能熱水器一次投入較高，但其使用過程不耗能，而電熱水器和燃氣熱水器在使用時仍需耗費。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術突破，太陽能利用的經濟性將會更明顯。

二、技術方案

設計說明：

一、根據現場勘查情況，在風光互補路燈安裝位置位于道路兩旁綠化帶附近，而風光互補路燈的安裝要求在安裝位置無樹蔭、樓宇等遮擋，如有遮擋，將大大降低風機和太陽能光伏組件的充電效率。因此我公司建議風機和太陽能光伏組件的安裝高度高于周圍樹高，以保證風機和太陽能光伏組件的充電效率。故燈高設計為10米。

二、1、根據《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）

第4.1.3條采用普通截光型路燈按平面對稱式配置燈具的高桿燈，其間距和高度之比以3∶1為宜，不應超過4∶1。

2、此次風光互補路燈所選用LED光源光照半徑為15米，為保證該路段夜間的整體效果，無暗區(qū)，故設計燈間距為30米。

風光互補路燈系統(tǒng)效果圖

  風光互補路燈效果圖

三、設備選型

3.1. 光源的選擇

光源選用路燈專用LED光源，該光源具有以下特點：

首創(chuàng)散熱器與燈殼一體化設計， LED直接與外殼緊密相接，通過外殼散熱翼與空氣對流散熱，充分保證了LED路燈50000小時的使用壽命。按照每天工作10個小時計算，其壽命也在12年以上，維護費用極低； 

燈殼采用鋁合金壓鑄成型，可以有效的散熱和防水、防塵。燈具表面進行了耐紫外線抗腐蝕處理，整體燈具達到IP65標準； 

采用單體橢圓反射腔配合球狀孤面來設計，針對性地將LED發(fā)出的光控制在需要范圍內，提高了燈具出光效果的均勻性和光能的利用率，更能凸顯LED路燈節(jié)能優(yōu)點。與傳統(tǒng)的鈉燈相比，可節(jié)電60%以上； 

無不良眩光、無頻閃。消除了普通路燈不良眩光所引起的刺眼、視覺疲勞與視線干擾，提高駕駛的安全性； 

啟動無延時，通電即達正常亮度，無須等待，消除了傳統(tǒng)路燈長時間的啟動過程； 

綠色環(huán)保無污染：不含鉛、汞等污染元素，對環(huán)境沒有任何污染； 

與太陽能結合是絕好搭檔，充分發(fā)揮LED直流低壓工作與節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，太陽能光伏板與LED光源相結合，為客戶實現最佳性價比和高可靠性。

3.2 風機的選型

本系統(tǒng)選用300W磁懸浮風力發(fā)電機，風機輸出三相交流電，經過風光智能控制器給蓄電池充電。

全永磁懸浮風力發(fā)電機是專門為低風速區(qū)應用而研發(fā)的，用全永磁懸浮推力軸承平衡由于風壓作用在葉輪上引起的軸向壓力增加而產生的軸向摩擦力，以減少傳統(tǒng)風機因葉輪在超大風速作用下旋轉時的軸向摩擦力，這對提高風機旋轉速度，減小軸向摩擦，增加發(fā)電量，意義重大；同時風機轉子系統(tǒng)在旋轉時的徑向摩擦力可減小70%以上，極大地減少了摩擦阻力，起動風速為1.5米/秒，明顯優(yōu)于普通風力發(fā)電機。

a、在性能方面：采用新一代專利技術的徑向磁路永磁轉子結構，無滑環(huán)，無勵磁繞組，定、轉子氣隙大，使發(fā)電機具有中、低速發(fā)電性能好，效率高、比功率大的特點，能適應高轉速的使用場合；

b、在可靠性方面：使用全永磁懸浮軸承，使整個轉子處于微摩擦狀態(tài)，輔助軸承則采用專用的寬系列雙橡膠圈密封進口軸承（內含長壽命、耐高溫潤滑脂）；以先進真空沉浸工藝使發(fā)電機具有可靠性高、壽命長、結構簡單、免維護的特點，同時能使發(fā)電機在極惡劣的環(huán)境條件下可靠工作。

以下為技術參數：

3.3 太陽能電池板

對于較小型電站電池組件選型遵循以下原則：

l  在兼顧易于搬運條件下，選擇大尺寸，高效的電池組件；

l  選擇易于接線的電池組件；

l  組件各部分抗強紫外線（符合GB/T18950-2003 橡膠和塑料管靜態(tài)紫外線心能測定）；

3.4 風光互補智能控制器                  

本系統(tǒng)選用的控制器為風光互補智能控制器，

具有高效充電及多種自我保護功能。具體的技術參數如下：

l 規(guī)格型號：EPFG24V-20

l 風機輸入：三相AC ≤50V，P≤300W

l 光伏電池輸入：DC 50.0Vpm，I≤15A

l 輸出電壓：DC 28.0V

l 輸入過壓保護值：AC 50±5V

l 輸出過流保護值：DC 20A±1A

l 蓄電池欠壓保護啟動電壓：DC 21.0±0.3V

l 蓄電池欠壓保護恢復電壓：DC 23.0±0.3V

l 蓄電池充滿保護啟動電壓：DC 28.0±0.2V

l 風機卸載箱功率：400W

l 外形尺寸：310×200×120mm

l 工作環(huán)境：環(huán)境溫度－45℃～+65℃，相對濕度0～90%。

3.5 蓄電池

蓄電池采用地表下安裝方式。由于蓄電池在低溫或高溫環(huán)境工作都會影響其工作性能，尤其是在低溫下，其工作容量將會下降很多，這是蓄電池特性所決定的。在地表下1米-1.5米處，其環(huán)境溫度受地溫的影響較明顯，起到一定的“恒溫”作用，使其在冬季溫度覺地表以上高，在夏季炎熱時又比地表上溫度低，有利于蓄電池性能的發(fā)揮

3.6 燈桿

3.6．1、風光互補太陽能路燈 路燈桿設計要求及說明：

燈桿必須滿足抗10級風荷載的強度要求。

本系統(tǒng)應用于公路及人行道照明，光燈桿高度設計為10米，光源距地面8.0米，采用一桿雙燈的款式；該款式可根據客戶具體要求作調整，或者使用客戶指定的燈桿款式，下口徑不小于200mm,上管徑不得小于100㎜，管壁厚度≥4毫米（未鍍鋅前），優(yōu)質鋼材，必須熱鍍鋅噴塑燈桿，壽命10年以上，桿體錐型、樣式和外觀顏色符合結構要求。

同時參照以下標準設計。

CJJ45-9《城市道路照明設計標準；》；

CJJ89-2001《城市道路照明工程施工及驗收規(guī)程》；

由于風光互補路燈有其特殊性，風機安裝在燈桿頂部，組件安裝在離地（路燈光）7米以上；其等效垂直面會乘載風壓，這就對燈桿的整體構成一定的水平剪切力，燈桿的受剪切力強度。由于風壓的計算影響的參數多，計算復雜。參照我公司已使用的實際運行經驗，燈桿壁厚選用4毫米的。目前，我公司在新疆區(qū)域安裝的同等壁厚的燈桿，均經歷過秋冬季的大風，沒有一盞路燈出現因大風損壞。

在路燈結構設計中，除考慮強度因素外，還著重考慮抗腐蝕性，外觀的美觀、新穎等，結合當地的自然環(huán)境。

3.7 風光互補路燈配置

路燈系統(tǒng)