超級電容器光伏儲能系統在田園風光照明項目中的應用初探
——以晉江九十九溪田園風光照明項目為例

杜軍 馮健 林英潑 黃浩宇 唐騰君

1 上海復緯照明設計工程有限公司，上海201900

2 鄭州迪爾樂斯照明工程有限公司，鄭州450000

3 晉江市益農投資發展有限公司，晉江362200

4 湖南耐普恩科技有限公司，長沙410100

0 引言

近幾年城市夜景照明的高速發展，城市照明的趨同性和過度化建設及光污染問題日益突顯，引發了社會各界的廣泛關注及討論。重新審視照明設計和城市照明建設的初心和科學性，思考后疫情時代如何全面貫徹五大發展理念，勇于創新，大力提倡綠色、生態照明，發展可再生能源，助力城市的夜經濟發展，讓城市照明回歸理性，成為各級管理部門和照明人的全新課題。

1 項目概況

晉江九十九溪流域田園風光拓展區項目位于福建省晉江市，是一片以農耕為主的區域，閩南文化是其顯著特征。項目區總規劃面積約6 500 畝，是晉江市委市政府圍繞“全域旅游”重點打造的生態景觀項目，以萬畝田園為基底，營造都市之中的田園生活場景，營造“漠漠水田飛白鷺”的河溪稻田景觀。

2 載體選擇

基地地勢平坦，有多條溪流穿過基地，其中大地景觀、園路（25 077.25 m）、微景觀、公共建筑、生態廁所、堤岸、植物、橋梁（10）、電塔（34 座）、觀光塔等作為本次設計選擇載體。基地景觀功能分區和節點分布如圖1 和圖2 所示。

3 設計理念

緊扣“田園風光、生態觀光”的主題，以高效、節能、科學的設計理念，打造“以人為本、功能優先、舒適品質”的和諧之光、“尊重自然、生態環保、防止光污染”的生態之光及“高新技術、智能控制、展現魅力”的科技之光。圖3 和圖4 分別為基地綠道分布和高壓鐵塔分布。

圖1 基地景觀功能分區

圖2 基地景觀節點分布

圖3 基地綠道分布

圖4 基地高壓鐵塔分布

4 設計原則

（1）功能優先原則

對河堤、橋梁、微景觀、公共廁所、園區建筑、綠道、水系等進行功能性照明，使其符合國家標準的要求，為機動車、市民及游客的夜間出行創造良好的視覺環境，從而達到保障交通安全、提高交通運輸效率、方便人民生活、滿足治安防范需求和美化城市環境的目的。

（2）節約能源、保護環境、防止光污染原則

設計選用高效節能的產品和智能控制，結合超級電容技術，實施綠色照明；節約能源、保護環境、防止光污染，實現精明發展。

（3）突出重點、確保總體效果原則

合理分析照明載體，確定重點，點線面結合，舒適為宜，慎用彩色光，確保總體效果。

（4）使用安全、安裝隱蔽原則

照明設施應安全可靠并便于維修管理，同時，燈具的開關有時段控制，不能影響植物的正常生長，安裝應有相應措施，不應影響白天視覺效果。

5 技術實施

5.1 功能性照明

本項目實施關鍵技術點在于：一是將超級電容器高效儲能技術與光伏技術完美結合，為城市功能照明和景觀照明提供切實可行的“零電費”清潔能源解決方案；二是對配光科學合理、控光精準防眩的高效LED燈具的應用。

（1） 燈具設計

為充分展示晉江的城市人文和歷史底蘊，在滿足道路照明功能性的前提下，對九十九溪田園風光的景觀照明框架道路及新建道路照明燈具設施風格進行統一規劃設計，統一超級電容光伏燈桿供電，燈具風格應與周邊環境相協調，燈體顏色應融入周邊景觀環境，清晰劃分夜間道路景觀層次，增強區域識別的系統性。

園區道路系統的照明燈具形式劃分為4 類，具體如下。

燈型1：田園型——適用于展示田園風光形象的重要景觀軸線二級園路，如圖5 所示。

圖5 田園型庭院燈（朗伯型配光）

燈型2：簡約型——適用于園區二級、三級園路及新建二、三級園路等，如圖6 所示。

圖6 簡約型庭院燈（朗伯型配光）

燈型3：簡約功能型——適用于一級園路及非景觀框架二級園路及新建一級園路等，如圖7 所示。

圖7 簡約功能型庭院燈（路燈配光）

燈型4：棧道燈、草坪燈——適用田間小路，如圖8 所示。

圖8 棧道燈、仿石草坪燈

（2） 燈具選型

根據晉江九十九溪田園風光項目園區規劃相關內容，對園區地塊用地性質規劃和園區交通規劃，將園區道路功能照明分為4 個級別。一級4 m 以上園路、二級2-4 m 園路、三級2 m 以下園路及農機路，具體燈具選型見表1。

表1 功能性照明燈具造型表

（3）照度計算

本項目園區路網照明采用一體化超級電容光伏庭院燈。庭院燈布置間距統一采用20m，一級園路≥6m，采用燈桿H5.2 m 簡約功能型庭院燈雙側布燈；一級園路＜6 m，采用燈桿H4.65 m 簡約功能型庭院燈單側側布燈；二級三級園路采用燈桿H3.5 m 田園型、簡約型庭院燈，或采用燈桿H 4.65 m 簡約功能型庭院燈。

根據所選燈具配光曲線IES 文件，經模擬計算各級園路的照明水平滿足城市道路照明設計標準CJJ 45——2015 的相關要求，如圖9 所示。

圖9 園路功能性照明模擬計算

5.2 景觀照明供電方案

園區內景觀照明采用電池型超級電容器作為儲能電源，太陽能電池板發電，再加以智能、可靠的充放電控制系統使整個供電系統運行零電費、零污染、零排放。供電系統分多節點獨立安裝，不需要大面積挖溝埋管布線，不需要沿線分布變壓器。圖10 為系統安裝示意圖。按照安全可靠、技術先進、經濟合理、節能環保、維修方便的原則進行產品設計和選型。堅持高水平、高標準、高起點與自然協調的原則，為晉江市九十九溪田園風光項目設計出有品位、有科技含量、結合自身特色的生態供電工程。

這里需要說明的是：

（1）本項目氣象數據采用晉江峰值日照時數3.95 h/d；

（2）景觀照明節點分布散，負載功率不盡相同，供電系統容量分別為180 W、500 W、1 kW、2 kW 共4 種規格，具體配置見表2；

（3）景觀照明時間為3 h/d，天黑自動開燈，3 h后自動熄燈，并可根據天氣、季節實時變化，系統儲能按3 倍單日負載用量計算。

5.3 燈具、配光和安裝

由于園區地勢平坦、視野開闊，行人移動有多視角可以看到燈具發光面，處理不好就會在視野中形成眩光，影響人的視覺和心理感受。所以，本項目對防眩光措施、燈具配光、安裝方式有很高的要求：燈具應有多角度配光，能滿足不同載體對配光的要求；燈具應設置防眩玻璃、燈具內置防眩器、格柵及外置防眩光配件等防眩光措施，使產品更具人性化；燈具可采用多頭立桿安裝方式，以實現多方向、多角度的照射，應用廣泛。如圖11 所示。

圖11 燈具配光、防眩光措施及安裝方式（圖片由浙江歐銳杰提供）

5.4 超容光伏小功率燈具

本項目實施關鍵技術之一是獨立超容小功率燈具的應用，對刻畫空間或建（構）筑物細部結構照明，有著不可替代的作用。與集中式超容光伏基站供電的遠距離投光方式相結合，能更好地表現夜晚的照明載體。圖12 為超容光伏小功率燈具舉例。

圖12 超容光伏小功率燈具(圖片由深圳技加科技、中山云朵提供）

5.5 大地景觀燈光秀

本項目區域內地勢平坦，沿G15 及迎賓路兩側分布著共29 座高壓鐵塔，其中規劃范圍內34 座。高壓鐵塔是區域內難得的高大載體，可作為大地景觀燈光秀的表演載體。出于對高壓鐵塔的性質及安全因素考慮，只能采用獨立超容光伏供電，避免遠距離鋪設線纜及破壞。以遠距離投光的方式，利用先進的燈具設備和無線控制系統，精準的控光、染色、投影等情景照明的聯動變化形成驚艷的視覺盛宴燈光秀（圖13 為大地景觀燈光秀實施方案），為九十九溪田園風光項目乃至整個晉江樹立一個全新的文化燈光地標。圖14 為大地景觀燈光秀的試燈效果。

圖13 大地景觀燈光秀實施方案

圖14 大地景觀燈光秀試燈效果（圖片由雅江光電提供）

6 項目功耗分析

本項目區域內園路功能照明、生態廁所及景觀照明所消耗的電能，根據表3、表4 計算得出：

（1）園區路網近期建設總功耗為48.325 kW，每天以10 h 計算，一年用電為176 386 kW·h；

（2）園區生態廁所建設總功耗為10 kW，每天以10 h 計算，一年用電為36 500 kW·h；

（3）園區景觀照明建設總功耗為61.121 kW，每天以3 h 計算，一年用電為66 927.5 kW·h。

表3 功能性照明功率分析表

表4 景觀照明、生態廁所功率分析表

以上所消耗的電能均采用超容光伏儲能系統所提供，真正做到切實可行的“零電費”清潔能源解決方案，整體光伏供電設計按10 年質保設計。

7 結束語

超級電容器作為一種技術成熟的能量存儲系統，具有充放電速度快、使用壽命長、適用溫度范圍寬、安全可靠性高、能高效吸收存儲光伏板在晴天（強電流）及陰雨天（弱電流）情況下所產生的電能等特點。結合光伏板與燈桿的一體化設計，解決了燈具美觀問題，更使得其在功能性照明及景觀照明領域有著巨大的應用前景。

超級電容器光伏儲能技術的日臻成熟，使得在項目規劃設計中解決了區域地勢平坦、載體分布分散、管線敷設難度大等難點問題，為樹立區域文化標桿，踐行綠色照明的理念，推廣可再生清潔能源的應用，做了有益的探索和實踐。