風光互補道路照明以及優勢

簡介

風光互補，是一套發電應用系統，該系統是利用太陽能電池方陣、風力發電機(將交流電轉化為直流電)將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電設備共同發電。

發展

風光互補道路照明是一個新興的新能源利用領域，它不僅能為城市照明減少對常規電的依賴，也為農村照明提供了新的解決方案。近幾年，中國已有100多家公司宣稱已經對此進行投資，各地風光互補路燈項目紛紛啟動。但顯然，這個市場并不像風能、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。風光互補路燈行業快速地掀起了喧囂，但主流的商業應用依然還在探索之中。

中國現有城鄉路燈總數，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瓦風光互補LED路燈，并且每盞路燈每天工作12小時，在1年內將節約1500億度電。而三峽水電站在2010年的發電總量為840億度電。因此把全國2億盞路燈全部改為風光互補路燈后，所節省的電量相當于1.8個三峽水電站2010年的全年發電量。

"十二五"期間，節能環保行業將占據經濟建設中的重要角色，清潔能源領域將會收益匪淺，這些投資能為風光互補制造企業提供了廣闊的市場機遇。全球的環境在日益惡化，各國都在發展清潔能源。而我國30多年的經濟高速發展，電力供應一直跟不上，同時，大量的火力發電廠也造成環境的污染。我國有豐富的風能及太陽能資源，路燈作為戶外裝置，兩者的結合做成風光互補路燈，無疑給國家的節能減排提供了一個很好的解決方案。一套400瓦的常規路燈一年耗電超過1000度，相當于消耗標準煤400多公斤。若換成1000套照明效果相當的150瓦風光互補路燈，一年可間接節電上百萬度，節約標準煤達400多噸。由此可見，風光互補路燈在城市道路照明行業中的發展前景十分看好。

特點

風光互補路燈可根據不同的氣候環境配置不同型號的風力發電機，在有限的條件內以達到風能利用最大化為目的。

太陽能電池板采用目前轉換率最高的單晶硅太陽能電池板，大大提升了太陽能的發電效能，有效改善了當風資源不足的情況下,太陽能電池板因轉換率不足,導致充電不足,無法保證燈正常亮燈的問題。

風光互補路燈控制器，風光互補路燈系統內最主要的部件，起著對其它部件發號指令與協同工作的主要作用，風光互補控制器，集光控亮燈，時控關燈，自動功率跟蹤,自動泄荷，過充過放保護功能于一身，性能穩定可靠，得到客戶的一致好評。

風光互補跟燈路燈采用高性能大容量免維護膠體電池,為風光互補路燈提供充足的電能,保證了陰雨天時LED風光互補路燈光源的亮燈時間,大大提升了系統的穩定性。

優勢

節能減排，節約環保，無后期大量電費支出。資源節約型和環境友好型社會正成為大勢所趨。對比傳統路燈，風光互補路燈以自然中可再生的太陽能和風能為能源，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，無需大量供電設施建設。市電照明工程作業程序復雜，纜溝開挖、敷設暗管、管內穿線、回填等基礎工程，需要大量人工;同時，變壓器、配電柜、配電板等大批量電氣設備，也要耗費大量財力。風光互補路燈則不會，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;風光互補發電路燈則不會出現這種情況。分布式獨立發電系統，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。

節約大量電纜開銷，更免受電纜被盜的損失。 電網普及不到的偏遠地區安裝路燈，架線安裝成本高，并會有嚴重的偷盜現象。一旦偷盜，影響整個電力輸出，損失巨大。使用風光互補路燈則不會有此顧慮，每個路燈獨立，免去電纜連接，即使發生偷盜現象也不會影響其他路燈的正常運作，將損失降到最低。

智能控制，免除人工操作，施工簡單，維護方便。風光互補路燈由智能控制器控制，可分為時控、光控兩種自動控制方式，兼具安全性和經濟性;自身獨立一體的供電系統，不受大面積電路施工干擾，工序簡單，工期短，維護更加方便。

城市亮化。作為新興的能源系統，在節約成本和提高系統穩定的同時起到了一定了亮化作用，在傳統能源占據大部分市場的今天，新能源無疑成為城市和社區的一大亮點。

提高人們的節能意識。傳統能源的匱乏以及對環境的污染已經到了必須解決的地步。全球的大氣污染相當嚴重，新能源的利用可有效提高人們的節能意識，使我們的生活更加優質和節能。

風光互補路燈是利用風能和太陽能進行供電的智能路燈，同時還兼具了風力發電和太陽能發電兩者的優勢，為城市街道路燈提供穩定的電源。

缺點

在政府大力提倡節能減排的今天，給新能源的發展注入了巨大的動力，各級政府以及企業為了完成減排指標，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、設計、安裝等多個環節，有些客戶甚至提出以后再也不敢用新能源路燈了。

也許有些同行已經對此習以為常了，但我們必須重視這些問題，因為一旦政府部門對這項產品失去信心，我們將會迎來市場的寒冬。

技術參數

發電主體

1、故障率低(轉速慢、無轉向機構);

2、無噪音;

3、發電曲線飽滿(啟動風速低、在中低風速運行時發電量較大);

4、不受風向及近地面團風的影響;

5、抗臺風能力較強(抗風能力達到45m/s)。

路燈設計

1、風光互補路燈配置: 垂直軸風力發電和太陽能電池板以10:3的配比進行設計，適用于大多數城市道路。

例如10米高路燈配置: 燈籠型垂直軸風力發電機--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，工作穩定性較高。

3、控制系統:風光互補控制器或風力發電控制器對于蓄電池的充放電控制非常關鍵，必須將其控制在較平穩的變化范圍內。控制器的好壞對于蓄電池以及光源的壽命起到至關重要的作用。例如:常用蓄電池一般壽命在2-3年，采用高穩定性控制器，其壽命可達到5-8年。

4、光源應用在太陽能照明系統中的光源要滿足以下2個條件:

1. 壽命要長，光衰要低，這樣才能體現高品質照明系統，太陽能照明系統一般也是提供長時間質保期的。

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，這些優點都非常適合作為太陽能光源，國內外已有很多工程應用實例。

5、太陽能電池組件:單晶硅太陽能電池具有光電轉換效率高的特點，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)

發電機

水平軸與垂直軸風力發電機的不同在以下幾個方面:

1、設計方法不同

水平軸風力發電機的葉片設計,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,同時在應用葉素理論設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果的不準確性,這種簡化對葉片外形設計的影響較小,但對風輪的風能利用率影響較大。同時,風輪各葉片之間的干擾也十分強烈,整個流動非常復雜,如果僅僅依靠葉素理論是完全沒有辦法得出準確結果的。

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

2、風能利用率

大型水平軸風力發電機的風能利用率,絕大部分是由葉片設計方計算所得,一般在40%以上。如前所述,由于設計方法本身的缺陷,這樣計算所得的風能利用率的準確性很值得懷疑。當然,風電廠的風力發電機都會根據測得的風速和輸出功率繪制風功率曲線,但是,此時的風速是風輪后部測風儀測得的風速參見,要小于來流風速,風功率曲線偏高,必須進行修正。應用修正方法修正后,水平軸的風能利用率要降低30%~50%。對于小型水平軸風力發電機的風能利用率,中國空氣動力研究與發展中心曾做過相關的風洞實驗,實測的利用率在23%~29%。

3、起動風速

水平軸風輪的起動性能好已經是個共識,但是根據中國空氣動力研究與發展中心對小型水平軸風力發電機所做的風洞實驗來看,起動風速一般在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。垂直軸風輪的起動性能差也是業內的共識,特別是對于Darrieus式Ф型風輪,完全沒有自啟動能力,這也是限制垂直軸風力發電機應用的一個原因。但是,對于Darrieus式H型風輪,卻有相反的結論。根據筆者的研究發現,只要翼型和安裝角選擇合適,完全能得到相當不錯的起動性能,通過JDX-雙渦輪式垂直軸風力發電機、JDX-H型垂直軸風力發電機、JDX-鼠籠式垂直軸風力發電機的風洞實驗來看,這種Darrieus式H型風輪的起動風速只需要2m/s,優于上述的水平軸風力發電機。

4、結構特點

水平軸風力發電機的葉片在旋轉一周的過程中,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,水平軸的發電機都置于幾十米的高空,這給發電機的安裝、維護和檢修帶來了很多的不便。

垂直軸風輪的葉片在旋轉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輪長。同時,垂直軸的發電機可以放在風輪的下部或是地面,便于安裝和維護。