浅谈风光互补发电系统在传统路灯系统的应用

湛江市第二技工学校 黄康祯



浅谈风光互补发电系统在传统路灯系统的应用

湛江市第二技工学校 黄康祯

【摘要】风光互补发电系统是用风能和太阳能转换成可用的电能装置。具有使大地自然的能源再生性与互补性。应用在传统的路灯系统中能降低供电能耗及成本，同时也避免了能源转换过程中所造成的污染。实现了环境保护，提高了经济效益、具有实用性、安全性与可靠性等优点。

【关键词】风光互补发电系统；传统路灯；应用

0 概述

随着生活的进步，科学不断地发展，城市不断地美化，道路也不断伸张。路灯成了我们生活中必不可少的室外照明工具。传统路灯的安装是根据光度及其道路长度的设计安装，由于道路的长度较长及延伸到偏远的郊外。不仅配电难，铺设电缆成本高，线损大，而且使整个工程成本大大提高和造成不必要的能源损耗。因此在传统路灯系统里应用风光互补系统可使路灯系统变得更加优化。

风光互补发电系统的能源来自于大自然丰富能源的风能和太阳能，风能和太阳能是大自然季节性的优势：白天太阳光强，夜晚风大，夏天日照好，冬春季节风大、日照弱等自然能源的特点。而风光互补发电系统恰好能够弥补这种季节性的缺点，使能源的产生与能源的转换能够得到互补。

1 传统路灯原理系统原理

图1-1

从上述传统路灯的方框图1-1可以看出整个路灯工作系统的复杂性，工程最大，能耗大。将图示1-1传统路灯系统用风光互补发电系统来替代。不但能实现能源的充分利用，同时也降低了成本。达到一次投资，长期回报。

2 用风光互补发电系统的改造方案

以我们现在的路灯（一般是40W的节能灯），使用为例，如表1-1所示。

生产厂家：上海思源致远绿色能源有限公司。

3 风光互补发电系统的简述

风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池、控制器、蓄电池组、直流路灯等部分组成（见图1-2）。

表1-1

图1-2 系统结构图

发电部分：

由发电机和太阳能电池板矩阵组成，完成风能转换成电能和光能转换成电能的双能源转换发电系统。

3.1 风力发电机的工作原理

风力发电部分是利用风力机将风能转化成机械能，然后通过风力发电机转换成电能，再通过控制器对蓄电池充电和路灯供电。如上述的型号：FD2.0-0.3/8风力发电机。

表1-2 风力发电机组特性参数

从表1-2可知型号：FD2.0-0.3/8发电机的工作风速范围3~25m/s、额定风速8 m/s。经过风力气象表查得3~25（m/s）的风级数是1~10级风，只要当地风能达到5级风力发电机就能发出300W额定容量。根据广东省气象台预报，广东各地区在春、秋、冬季节风力常在4~6级的范围。如果要准确设计请查询安装地点的气象台报告。

3.2 太阳能电池的工作原理

太阳能光伏电池发电是利用太阳能电池的光伏效应将光能转化成电能，经过控制器的控制进行蓄电池充电和路灯供电控制。如上述型号：TPM-140SM的太阳能电池组。

表1-3 太阳能电池组件特性参数

根据广东省气象台预报广东各地的阳光照射时间长，按季节分，夏、秋季节的日照时间为早上7：30~下午的18：00，日照时间9.5小时；春季日照时间为中午11：00~下午16：00，日照时间5小时。如要安装与实地气象为准。

3.3 风光互补控制器

稳定风光各路发电输出电压自动调制成系统匹配电压。完成整个路灯控制系统各部分连接，以及蓄电池充电的自动控制。该装置能根据日照强弱、风力的大小和负荷的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流负荷。另一方面把多余的电能送往蓄电池组储存。当发电量不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。使其在充电、放电或浮充电等多种工作情况下交替运行，从而保证风光互补发电系统工作的连续性和稳定性。如上述的智能控制器型号：ZYK-Ⅱ。

性能指标如下：

◆风力机额定功率：300W ◆光伏功率：150W

◆最大充电电流： 25A ◆每路最大负载电流：DC 5A

◆每路最大输出功率：120W ◆过充保护电压：29.2±0.2V

◆浮冲电压：22.2±0.2V ◆过放恢复电压：24.8±0.2V

◆空载损耗：≤20mA ◆环境温度：-10℃ ~40℃

◆防护级级：IP22

主要特点：两段式的充电方式，提高蓄电池使用寿命。独立控制两路直流负载，负载工作时间可灵活控制。五种负载控制方式：全光控制、光时控制、晚上两段控制、白天两段控制、全时控制。蓄电池浮冲电压、过放电压都可以分别设置。过载、短路保护：1.25倍额定电流60s，1.5倍额定电流5s时过载保护动作；大于3倍额定电流0.5s时短路保护动作。当风机输出电压超过了蓄电池的充电电压，系统对风机进行泄荷。操作简便，四位LED加上两个按键，方便用户参数设置。

3.4 蓄电池

蓄电池在系统中同时起到能量调节和平衡路灯运行的作用。它将风力发电机和太阳能电池输出的电能转化为化学能储存起来，以供电能不足时使用。在常用蓄电池中，主要有铅酸蓄电池、碱性镍蓄电池和铁镍蓄电池等。其中铅酸蓄电池价格低廉，性能可靠，安全性高，且技术上又不断进步和完善。得到广泛应用。型号：6-JFM-100，JFM系统胶体铅酸电池。标准电压：12V，标称容量：100Ah。表1中选用两个电池，串联使用满足系统供电压。

3.5 路灯灯源

灯源的作用是把风光互补发电系统发出来的电转换成光能，也是最终的目的。在不同的场所要求的亮度不同，灯源的选择种类，功率也不同。表1上用的是电压：24V、功率：40W的LVD无极灯。由于它产生的光亮度质量高，寿命长，节省维护。

表1-4 下列常用灯源性能一览表

3.6 风光互补路灯系统的组成

图1-3 风光互补路灯系统的组成图

4 结束语

根据上述对风光互补发电路灯系统的简述，风光互补发电系统是利用风能和太阳能在时间上和地域上的互补性，互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。也是根据自然资源，风和光的能源转换，发电、蓄电和储电，风光互补发电系统构成了一个完美的独立电源系统，应用在传统的路灯系统能使路灯越离市电网运行，越离偏远郊外由于铺设电缆和配电难，安装难的问题。应用在传统的路灯系统中能降低供电损耗及成本，同时也避免了能源转换过程中所造成的污染。实现了环境保护、提高了经济效益、具有实用性、安全性与可靠性等优点。

参考文献

[1]苏绍雷.风力发电设计与运行维护[M].北京:中国电力出版社,2003.

[2]赵争呜,刘建政.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.

[3]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[4]上海思源致远绿色能源有限公司《风光互补路灯系统介绍》.