垂直轴风光互补照明装置

（无锡科技职业学院，江苏 无锡 214028）

能源与环境问题已成为可持续发展面临的主要问题，太阳能和风能作为重要的可再生能源，取之不尽、用之不竭，且利用其发电不会产生有害气体，清洁干净。

风光互补发电的优势在于：白天太阳光强时，风一般小，晚上没有太阳光，但风一般较大；在夏季，风小而阳光较强，冬季，风大而阳光较弱。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，因此风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。

垂直轴风光互补照明装置主要由垂直轴风力发电机、太阳能电池板、风光互补控制器、蓄电池及照明设备构成。

一、垂直轴风力发电机

图1 H型垂直轴风力发电机

通常我们看到的水平轴风力发电机的转动轴与风向平行，启动难和需要高风速运转的，且它为单向迎风，风能浪费严重。垂直轴风力发电机的转动轴与风向垂直，在结构上与水平轴风机截然不同，它可以接受360度方位任何方向的来风，能更好地适应外界风向变化，且运行时噪音小。

本装置采用H型垂直轴风力发电机，如图1所示。风轮由垂直于水平线的5片叶片构成，叶片由超高强度玻璃纤维和环氧树脂成型，风轮的翼型考虑气动力学设计而成，具有极低的启动风速和较高的风能利用率。风轮带动垂直轴专用稀土永磁三相发电机发电，电机体积小、重量轻且发电效率高，只具有微小的起动阻力矩，有效保证了风机在微风中便能启动。本装置采用的H型垂直轴风力发电机主要技术参数见表1。

表1 H型垂直轴风力发电机主要技术参数

二、太阳能电池组件

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳辐射的光通过半导体物质转变为电能的器件，将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件。本装置采用光电转换效率较高的单晶硅太阳能电池组件，功率为60W。

三、风光互补控制器

风光互补控制器是风光互补发电中最为重要的部件，其性能影响到整个系统的寿命和运行稳定性。本控制器采用AVR单片机为主要控制核心，采用智能控制技术，主要功能有：

（1）具有傍晚主灯、副灯全亮、至接近午夜开始关掉副灯，天明路灯全部熄灭的程序流程自动控制功能；或常规光控控制。

（2）输出第2路为多类定时输出（可光控可定时），用户可以根据自己的需要通过设定选择定时时间。

（3）蓄电池过充电与过放电保护。

（4）防蓄电池放电振荡功能；即在蓄电池欠压临界时关灯不久，蓄电池电压又回升至正常范围电压，频繁出现开灯、关灯现象。

（5）浮充充电功能，当蓄电池达到过充保护点时，采用稳压充电方式。

（6）防太阳能组件反接功能，防蓄电池反接功能。

（7）多类定时选择功能，可改变主灯副灯的工作时间，也可以使副灯与主灯功能一致。

（8）设置强制停转风力发电机功能，方便风机的调试与安装。

四、蓄电池和照明设备

为建立一个供电电压稳定、均衡的系统，就需把风力发电机和太阳能电池组件发出的电能储存起来，稳定地向用电器供电。阀控密封式铅酸蓄电池有成本低、容量大及免维护的特性，是风光互补发电系统储能的首选，在本装置中采用12V免维护铅酸蓄电池。

本装置中采用LED光源，LED照明光源是一种新型固态冷光源，它具有节约能亮、电压低、电流小和亮度高的特点，适合用于风光互补发电系统中，且可省去逆变器。

结语

风光互补照明系统具备了风能和太阳发电的双重优点，而垂直轴风光互补照明系统由于其外形美观且启动风速低，越来越多地用于道路照明及景观照明中。

[1]一种小型独立风光互补照明装置[Z].

[2]风光互补发电照明装置[Z].Google专利.