淺談風光互補發電系統在傳統路燈系統的應用

湛江市第二技工學校 黃康禎

?

淺談風光互補發電系統在傳統路燈系統的應用

湛江市第二技工學校 黃康禎

【摘要】風光互補發電系統是用風能和太陽能轉換成可用的電能裝置。具有使大地自然的能源再生性與互補性。應用在傳統的路燈系統中能降低供電能耗及成本，同時也避免了能源轉換過程中所造成的污染。實現了環境保護，提高了經濟效益、具有實用性、安全性與可靠性等優點。

【關鍵詞】風光互補發電系統；傳統路燈；應用

0 概述

隨著生活的進步，科學不斷地發展，城市不斷地美化，道路也不斷伸張。路燈成了我們生活中必不可少的室外照明工具。傳統路燈的安裝是根據光度及其道路長度的設計安裝，由于道路的長度較長及延伸到偏遠的郊外。不僅配電難，鋪設電纜成本高，線損大，而且使整個工程成本大大提高和造成不必要的能源損耗。因此在傳統路燈系統里應用風光互補系統可使路燈系統變得更加優化。

風光互補發電系統的能源來自于大自然豐富能源的風能和太陽能，風能和太陽能是大自然季節性的優勢：白天太陽光強，夜晚風大，夏天日照好，冬春季節風大、日照弱等自然能源的特點。而風光互補發電系統恰好能夠彌補這種季節性的缺點，使能源的產生與能源的轉換能夠得到互補。

1 傳統路燈原理系統原理

圖1-1

從上述傳統路燈的方框圖1-1可以看出整個路燈工作系統的復雜性，工程最大，能耗大。將圖示1-1傳統路燈系統用風光互補發電系統來替代。不但能實現能源的充分利用，同時也降低了成本。達到一次投資，長期回報。

2 用風光互補發電系統的改造方案

以我們現在的路燈（一般是40W的節能燈），使用為例，如表1-1所示。

生產廠家：上海思源致遠綠色能源有限公司。

3 風光互補發電系統的簡述

風光互補發電系統主要由風力發電機組、太陽能光伏電池、控制器、蓄電池組、直流路燈等部分組成（見圖1-2）。

表1-1

圖1-2 系統結構圖

發電部分：

由發電機和太陽能電池板矩陣組成，完成風能轉換成電能和光能轉換成電能的雙能源轉換發電系統。

3.1 風力發電機的工作原理

風力發電部分是利用風力機將風能轉化成機械能，然后通過風力發電機轉換成電能，再通過控制器對蓄電池充電和路燈供電。如上述的型號：FD2.0-0.3/8風力發電機。

表1-2 風力發電機組特性參數

從表1-2可知型號：FD2.0-0.3/8發電機的工作風速范圍3~25m/s、額定風速8 m/s。經過風力氣象表查得3~25（m/s）的風級數是1~10級風，只要當地風能達到5級風力發電機就能發出300W額定容量。根據廣東省氣象臺預報，廣東各地區在春、秋、冬季節風力常在4~6級的范圍。如果要準確設計請查詢安裝地點的氣象臺報告。

3.2 太陽能電池的工作原理

太陽能光伏電池發電是利用太陽能電池的光伏效應將光能轉化成電能，經過控制器的控制進行蓄電池充電和路燈供電控制。如上述型號：TPM-140SM的太陽能電池組。

表1-3 太陽能電池組件特性參數

根據廣東省氣象臺預報廣東各地的陽光照射時間長，按季節分，夏、秋季節的日照時間為早上7：30~下午的18：00，日照時間9.5小時；春季日照時間為中午11：00~下午16：00，日照時間5小時。如要安裝與實地氣象為準。

3.3 風光互補控制器

穩定風光各路發電輸出電壓自動調制成系統匹配電壓。完成整個路燈控制系統各部分連接，以及蓄電池充電的自動控制。該裝置能根據日照強弱、風力的大小和負荷的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節：一方面把調整后的電能直接送往直流負荷。另一方面把多余的電能送往蓄電池組儲存。當發電量不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。使其在充電、放電或浮充電等多種工作情況下交替運行，從而保證風光互補發電系統工作的連續性和穩定性。如上述的智能控制器型號：ZYK-Ⅱ。

性能指標如下：

◆風力機額定功率：300W ◆光伏功率：150W

◆最大充電電流： 25A ◆每路最大負載電流：DC 5A

◆每路最大輸出功率：120W ◆過充保護電壓：29.2±0.2V

◆浮沖電壓：22.2±0.2V ◆過放恢復電壓：24.8±0.2V

◆空載損耗：≤20mA ◆環境溫度：-10℃ ~40℃

◆防護級級：IP22

主要特點：兩段式的充電方式，提高蓄電池使用壽命。獨立控制兩路直流負載，負載工作時間可靈活控制。五種負載控制方式：全光控制、光時控制、晚上兩段控制、白天兩段控制、全時控制。蓄電池浮沖電壓、過放電壓都可以分別設置。過載、短路保護：1.25倍額定電流60s，1.5倍額定電流5s時過載保護動作；大于3倍額定電流0.5s時短路保護動作。當風機輸出電壓超過了蓄電池的充電電壓，系統對風機進行泄荷。操作簡便，四位LED加上兩個按鍵，方便用戶參數設置。

3.4 蓄電池

蓄電池在系統中同時起到能量調節和平衡路燈運行的作用。它將風力發電機和太陽能電池輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以供電能不足時使用。在常用蓄電池中，主要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鐵鎳蓄電池等。其中鉛酸蓄電池價格低廉，性能可靠，安全性高，且技術上又不斷進步和完善。得到廣泛應用。型號：6-JFM-100，JFM系統膠體鉛酸電池。標準電壓：12V，標稱容量：100Ah。表1中選用兩個電池，串聯使用滿足系統供電壓。

3.5 路燈燈源

燈源的作用是把風光互補發電系統發出來的電轉換成光能，也是最終的目的。在不同的場所要求的亮度不同，燈源的選擇種類，功率也不同。表1上用的是電壓：24V、功率：40W的LVD無極燈。由于它產生的光亮度質量高，壽命長，節省維護。

表1-4 下列常用燈源性能一覽表

3.6 風光互補路燈系統的組成

圖1-3 風光互補路燈系統的組成圖

4 結束語

根據上述對風光互補發電路燈系統的簡述，風光互補發電系統是利用風能和太陽能在時間上和地域上的互補性，互補性使風光互補發電系統在資源上具有最佳的匹配性。也是根據自然資源，風和光的能源轉換，發電、蓄電和儲電，風光互補發電系統構成了一個完美的獨立電源系統，應用在傳統的路燈系統能使路燈越離市電網運行，越離偏遠郊外由于鋪設電纜和配電難，安裝難的問題。應用在傳統的路燈系統中能降低供電損耗及成本，同時也避免了能源轉換過程中所造成的污染。實現了環境保護、提高了經濟效益、具有實用性、安全性與可靠性等優點。

參考文獻

[1]蘇紹雷.風力發電設計與運行維護[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]趙爭嗚,劉建政.太陽能光伏發電及其應用[M].北京:科學出版社,2005.

[3]李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與維護[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[4]上海思源致遠綠色能源有限公司《風光互補路燈系統介紹》.