風(fēng)光互補路燈（新能源利用領(lǐng)域的發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)）

簡介

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

發(fā)展

風(fēng)光互補道路照明是一個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(guī)電的依賴，也為農(nóng)村照明提供了新的解決方案。近幾年，中國已有100多家公司宣稱已經(jīng)對此進行投資，各地風(fēng)光互補路燈項目紛紛啟動。但顯然，這個市場并不像風(fēng)能、太陽能那樣巨頭云集，活躍其中的大多是以靈巧見長的中小公司。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(yīng)用依然還在探索之中。

中國現(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，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，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2億盞路燈全部改為風(fēng)光互補路燈后，所節(jié)省的電量相當(dāng)于1.8個三峽水電站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)濟建設(shè)中的重要角色，清潔能源領(lǐng)域?qū)找娣藴\，這些投資能為風(fēng)光互補制造企業(yè)提供了廣闊的市場機遇。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(yīng)一直跟不上，同時，大量的火力發(fā)電廠也造成環(huán)境的污染。我國有豐富的風(fēng)能及太陽能資源，路燈作為戶外裝置，兩者的結(jié)合做成風(fēng)光互補路燈，無疑給國家的節(jié)能減排提供了一個很好的解決方案。一套400瓦的常規(guī)路燈一年耗電超過1000度，相當(dāng)于消耗標準煤400多公斤。若換成1000套照明效果相當(dāng)?shù)?50瓦風(fēng)光互補路燈，一年可間接節(jié)電上百萬度，節(jié)約標準煤達400多噸。由此可見，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

風(fēng)光互補路燈可根據(jù)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(nèi)以達到風(fēng)能利用最大化為目的。

太陽能電池板采用目前轉(zhuǎn)換率最高的單晶硅太陽能電池板，大大提升了太陽能的發(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)光互補路燈控制器，風(fēng)光互補路燈系統(tǒng)內(nèi)最主要的部件，起著對其它部件發(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，時控關(guān)燈，自動功率跟蹤，自動泄荷，過充過放保護功能于一身，性能穩(wěn)定可靠，得到客戶的一致好評。

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LED風(fēng)光互補路燈光源的亮燈時間，大大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

優(yōu)勢

節(jié)能減排，節(jié)約環(huán)保，無后期大量電費支出。資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會正成為大勢所趨。對比傳統(tǒng)路燈，風(fēng)光互補路燈以自然中可再生的太陽能和風(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。長久下來，對環(huán)境的保護不言而喻，同時也免除了后期大量電費支出的成本。

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，變壓器、配電柜、配電板等大批量電氣設(shè)備，也要耗費大量財力。風(fēng)光互補路燈則不會，每個路燈都是單獨個體，無需鋪纜，無需大批量電氣設(shè)備，省人力又省財力。

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

秦皇島太陽能無極燈路燈

智能控制，免除人工操作，施工簡單，維護方便

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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)定的同時起到了一定了亮化作用，在傳統(tǒng)能源占據(jù)大部分市場的今天，新能源無疑成為城市和社區(qū)的一大亮點。

提高人們的節(jié)能意識。傳統(tǒng)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(dāng)嚴重，新能源的利用可有效提高人們的節(jié)能意識，使我們的生活更加優(yōu)質(zhì)和節(jié)能。

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

缺點

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、人為損壞嚴重、維修不及時等都是較為嚴重的問題。這里邊涉及到技術(shù)、設(shè)計、安裝等多個環(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)對此習(xí)以為常了，但我們必須重視這些問題，因為一旦政府部門對這項產(chǎn)品失去信心，我們將會迎來市場的寒冬。

技術(shù)參數(shù)

1、故障率低（轉(zhuǎn)速慢、無轉(zhuǎn)向機構(gòu)）；

2、無噪音；

3、發(fā)電曲線飽滿（啟動風(fēng)速低、在中低風(fēng)速運行時發(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）。

1、風(fēng)光互補路燈配置：垂直軸風(fēng)力發(fā)電和太陽能電池板以10：3的配比進行設(shè)計，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--300W；

太陽能電池板--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；

亮燈時間--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可用作廣告燈箱。膠體蓄電池壽命較長，工作穩(wěn)定性較高。

3、控制系統(tǒng)：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(wěn)的變化范圍內(nèi)?？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(wěn)定性控制器，其壽命可達到5-8年。

山東威海太陽能無極燈路燈

1. 壽命要長，光衰要低，這樣才能體現(xiàn)高品質(zhì)照明系統(tǒng)，太陽能照明系統(tǒng)一般也是提供長時間質(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，這是由電流來決定的。所以相同功率的光源實際工作電流越小越好，這樣整體造價就會下降。光源的價格在整個太陽能照明系統(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，可大大降低太陽能板和蓄電池的配置，另外壽命超長，光通維持率高，顯色性好，這些優(yōu)點都非常適合作為太陽能光源，國內(nèi)外已有很多工程應(yīng)用實例。

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

1、設(shè)計方法不同

水平軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片設(shè)計，普遍采用的是動量—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干擾，同時在應(yīng)用葉素理論設(shè)計葉片時都忽略了翼型的阻力，這種簡化處理不可避免地造成了結(jié)果的不準確性，這種簡化對葉片外形設(shè)計的影響較小，但對風(fēng)輪的風(fēng)能利用率影響較大。同時，風(fēng)輪各葉片之間的干擾也十分強烈，整個流動非常復(fù)雜，如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準確結(jié)果的。

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

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(shè)計方計算所得，一般在40%以上。如前所述，由于設(shè)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(dāng)然，風(fēng)電廠的風(fēng)力發(fā)電機都會根據(jù)測得的風(fēng)速和輸出功率繪制風(fēng)功率曲線,但是，此時的風(fēng)速是風(fēng)輪后部測風(fēng)儀測得的風(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,中國空氣動力研究與發(fā)展中心曾做過相關(guān)的風(fēng)洞實驗，實測的利用率在23%～29%。

3、起動風(fēng)速

水平軸風(fēng)輪的起動性能好已經(jīng)是個共識，但是根據(jù)中國空氣動力研究與發(fā)展中心對小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機所做的風(fēng)洞實驗來看，起動風(fēng)速一般在4～5m/s之間，最大的居然達到5.9m/s,這樣的起動性能顯然是不能令人滿意的。垂直軸風(fēng)輪的起動性能差也是業(yè)內(nèi)的共識，特別是對于Darrieus式Ф型風(fēng)輪，完全沒有自啟動能力，這也是限制垂直軸風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)用的一個原因。但是，對于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)不錯的起動性能，通過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)洞實驗來看，這種Darrieus式H型風(fēng)輪的起動風(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(jié)構(gòu)特點

水平軸風(fēng)力發(fā)電機的葉片在旋轉(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變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所受的就是一個交變載荷，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。同時，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。