风光互补智能照明系统的设计

赖程 耿丽 张亚红

摘 要：风光互补智能照明系的设计，是以太阳能与风能两种清洁能源作为基础，以自动化控制与智能化控制为基础，在照明系统上实现风光互补自动供电照明，以节省电能的同时，实现绿色供电系统的开发。目前在国内外风光互补智能照明系统的设计与应用，受到国内外的重视，利用太阳能与风能的穩定性，能量密度低等特点，将两种能源的优势进行互补，在不用季节、地理位置分布下实现能源优化应用。依照昼夜交替中风光能的变化，最大化利用风光的互补性，实现风光符合发电为照明系统提供稳定的电能，在太阳能独立发电的基础上形成风光电能共用一套设备，降低工程系统造价，满足供电要求前提下降低发电成本，提高发电供明的资源效益以及经济效益。

关键词：风光互补；智能照明；系统设计

在无线电技术以及数字通信，信息技术的快速发展下，无线电技术标准下实现风光互补智能控制，具备了外在的技术条件，实现风光互补智能道路供明系统设计，成为当下城市与校园照明系统完善与发展的主流趋势。不同于传统独立式的风光互补路灯监控问题，基于无线传感网络设计智能控制系统，可在每盏灯的控制器中安装节点，这样就能够智能控制照明与灭灯，确保整个道路的供电智能化与科学化，避免照明导致供电电能浪费以及照明范围的有效控制。通过节点安装以及数据采集，在日常管理中也可以根据灯的工作状况进行自动式以及人工监视控制，确保风光互补智能照明系统可满足道路照明的需求与管理。

1 风光互补智能照明系统硬件设计框图

风光互补智能照明系统通常由太阳能电池板、风力发电机、风光互补控制器、蓄电池、路灯装置等几部分组成。利用太阳能和风力发电机组件发出电能，通过蓄电池储存电能，通过逆变器将蓄电池储存的直流电转变为交流电，给路灯系统供电。

在智能照明系统硬件设计中，应该用智能路灯控制器，当外界气象条件满足设备发电要求，以发电设备发电为主，通过整流、恒压或者是升压监测后，对蓄电池组进行监测控制，实现放电保护、过充电保护以及短路保护等；等控制节点自动接入路灯智能化传感监视给网络后，就可以通过网关对路灯供电进行指令输送，从而控制路灯的工作状态以及获取工作状态的数据，实现对路灯照明的远程控制，用LED灯的开灯与关灯调整控制机制，对太阳能电池板的朝向角度进行实时控制。其中蓄电池的剩余电量监测，也是智能正常工作状态的监测目标之一，针对风机与太阳能板进行预期发电效益调整，通过预测发电效率的放点时间、设置好光源亮度，以最长华的照明时间为准，实现对电源供给来源的调整，若是发电设备无法满足LED照明负载需求，就控制蓄电池放点，当光能不足就转变为风力发电，光能与风能气象条件都满足时，则以光能优先，通过充放电机制提高蓄电池的电量。

风光互补直流的LED路灯照明系统中，除却风力发电组件，太阳能电池阵列，以及蓄电池组以外，还有智能控制器对路灯控制的数据进行传输与智能放电控制。智能控制器主要是从采用光控与时控方式，对路灯的点亮与熄灭进行实时监控与管理，天亮后关闭路灯电源，在满足气象条件下实现对照明系统的电源转换，在风力较强的地区以风力发电为主，在光能优质的地区以太阳能发电为主，将供电系统连接在两个供电设备中，便于通过控制器进行集中路灯供电控制。

2 智能照明系统设计要素

首先：充分利用南通沿海城市，常年保持风能、太阳能不间断发电供电；其次：整个路灯系统可以稳定可靠运行，可供8小时连续使用；再次：整个发电系统、供电系统不会对周围的环境产生有害威胁。

3 风光互补智能装置主要参数指标

正常情况下，风光互补照明装置在风速为3m/s时进入运行状态，平稳工作可以输出电压12V，额定输出功率300W，输出电流小于20A，由于风能和太阳能的互补作用，本装置照明时间为8-9小时/天，阴雨天气可连续工作3-5天。

4 路灯杆的选择

同时兼顾安全可靠及美观多样化的要求，本系统将风光互补路灯杆设计为自立式灯杆。风力发电装置放置于灯杆的顶端，太阳能电池组件位于灯杆的中上部。灯具的安装根据设计要求的照度来确定。

5 结语

在我国提出建设资源节约型社会发展的目标下，构建循环经济模式的风光互补智能照明系统，可有效解决城市供电紧张问题，将风能与太阳能作为供电电源，不采用开沟埋线的方式，直接通过获取能源转换成电能，不需从常规电网中获取能源，可便于安装、实现绿色环保、安全无隐患等供电系统开发，在当下城市发展中具有较强的社会效益与经济效益。不过为确保路灯工作正常使用，且处于最优状态，必须要对路灯的实时控制情况进行自动化与智能监控管理，确保供电系统的稳定性。城镇化的高速发展下，城市照明作为改善城市环境、完善城市功能、优化市民生活质量的重要保障，传统的独立式的灯光路灯已经无法满足现代化城市照明要求，所以在校园以及城市照明系统优化中，都朝着智能化、自动化控制的方向实现系统改进。

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作者简介：赖程（1997-），男，江西宁都人，本科，南通理工学院电气与能源工程学院学生，研究方向：数字信息处理；张亚红（1984-），女，江苏如东人，本科，南通理工学院电气与能源工程学院讲师，研究方向：教学管理。

通讯作者：耿丽（1978-），女，江苏宿迁人，硕士，南通理工学院电气与能源工程学院讲师，工程师，研究方向：应用电子技术。