超级电容器光伏储能系统在田园风光照明项目中的应用初探——以晋江九十九溪田园风光照明项目为例

杜军 冯健 林英泼 黄浩宇 唐腾君

1 上海复纬照明设计工程有限公司，上海201900

2 郑州迪尔乐斯照明工程有限公司，郑州450000

3 晋江市益农投资发展有限公司，晋江362200

4 湖南耐普恩科技有限公司，长沙410100

0 引言

近几年城市夜景照明的高速发展，城市照明的趋同性和过度化建设及光污染问题日益突显，引发了社会各界的广泛关注及讨论。重新审视照明设计和城市照明建设的初心和科学性，思考后疫情时代如何全面贯彻五大发展理念，勇于创新，大力提倡绿色、生态照明，发展可再生能源，助力城市的夜经济发展，让城市照明回归理性，成为各级管理部门和照明人的全新课题。

1 项目概况

晋江九十九溪流域田园风光拓展区项目位于福建省晋江市，是一片以农耕为主的区域，闽南文化是其显著特征。项目区总规划面积约6 500 亩，是晋江市委市政府围绕“全域旅游”重点打造的生态景观项目，以万亩田园为基底，营造都市之中的田园生活场景，营造“漠漠水田飞白鹭”的河溪稻田景观。

2 载体选择

基地地势平坦，有多条溪流穿过基地，其中大地景观、园路（25 077.25 m）、微景观、公共建筑、生态厕所、堤岸、植物、桥梁（10）、电塔（34 座）、观光塔等作为本次设计选择载体。基地景观功能分区和节点分布如图1 和图2 所示。

3 设计理念

紧扣“田园风光、生态观光”的主题，以高效、节能、科学的设计理念，打造“以人为本、功能优先、舒适品质”的和谐之光、“尊重自然、生态环保、防止光污染”的生态之光及“高新技术、智能控制、展现魅力”的科技之光。图3 和图4 分别为基地绿道分布和高压铁塔分布。

图1 基地景观功能分区

图2 基地景观节点分布

图3 基地绿道分布

图4 基地高压铁塔分布

4 设计原则

（1）功能优先原则

对河堤、桥梁、微景观、公共厕所、园区建筑、绿道、水系等进行功能性照明，使其符合国家标准的要求，为机动车、市民及游客的夜间出行创造良好的视觉环境，从而达到保障交通安全、提高交通运输效率、方便人民生活、满足治安防范需求和美化城市环境的目的。

（2）节约能源、保护环境、防止光污染原则

设计选用高效节能的产品和智能控制，结合超级电容技术，实施绿色照明；节约能源、保护环境、防止光污染，实现精明发展。

（3）突出重点、确保总体效果原则

合理分析照明载体，确定重点，点线面结合，舒适为宜，慎用彩色光，确保总体效果。

（4）使用安全、安装隐蔽原则

照明设施应安全可靠并便于维修管理，同时，灯具的开关有时段控制，不能影响植物的正常生长，安装应有相应措施，不应影响白天视觉效果。

5 技术实施

5.1 功能性照明

本项目实施关键技术点在于：一是将超级电容器高效储能技术与光伏技术完美结合，为城市功能照明和景观照明提供切实可行的“零电费”清洁能源解决方案；二是对配光科学合理、控光精准防眩的高效LED灯具的应用。

（1） 灯具设计

为充分展示晋江的城市人文和历史底蕴，在满足道路照明功能性的前提下，对九十九溪田园风光的景观照明框架道路及新建道路照明灯具设施风格进行统一规划设计，统一超级电容光伏灯杆供电，灯具风格应与周边环境相协调，灯体颜色应融入周边景观环境，清晰划分夜间道路景观层次，增强区域识别的系统性。

园区道路系统的照明灯具形式划分为4 类，具体如下。

灯型1：田园型——适用于展示田园风光形象的重要景观轴线二级园路，如图5 所示。

图5 田园型庭院灯（朗伯型配光）

灯型2：简约型——适用于园区二级、三级园路及新建二、三级园路等，如图6 所示。

图6 简约型庭院灯（朗伯型配光）

灯型3：简约功能型——适用于一级园路及非景观框架二级园路及新建一级园路等，如图7 所示。

图7 简约功能型庭院灯（路灯配光）

灯型4：栈道灯、草坪灯——适用田间小路，如图8 所示。

图8 栈道灯、仿石草坪灯

（2） 灯具选型

根据晋江九十九溪田园风光项目园区规划相关内容，对园区地块用地性质规划和园区交通规划，将园区道路功能照明分为4 个级别。一级4 m 以上园路、二级2-4 m 园路、三级2 m 以下园路及农机路，具体灯具选型见表1。

表1 功能性照明灯具造型表

（3）照度计算

本项目园区路网照明采用一体化超级电容光伏庭院灯。庭院灯布置间距统一采用20m，一级园路≥6m，采用灯杆H5.2 m 简约功能型庭院灯双侧布灯；一级园路＜6 m，采用灯杆H4.65 m 简约功能型庭院灯单侧侧布灯；二级三级园路采用灯杆H3.5 m 田园型、简约型庭院灯，或采用灯杆H 4.65 m 简约功能型庭院灯。

根据所选灯具配光曲线IES 文件，经模拟计算各级园路的照明水平满足城市道路照明设计标准CJJ 45——2015 的相关要求，如图9 所示。

图9 园路功能性照明模拟计算

5.2 景观照明供电方案

园区内景观照明采用电池型超级电容器作为储能电源，太阳能电池板发电，再加以智能、可靠的充放电控制系统使整个供电系统运行零电费、零污染、零排放。供电系统分多节点独立安装，不需要大面积挖沟埋管布线，不需要沿线分布变压器。图10 为系统安装示意图。按照安全可靠、技术先进、经济合理、节能环保、维修方便的原则进行产品设计和选型。坚持高水平、高标准、高起点与自然协调的原则，为晋江市九十九溪田园风光项目设计出有品位、有科技含量、结合自身特色的生态供电工程。

这里需要说明的是：

（1）本项目气象数据采用晋江峰值日照时数3.95 h/d；

（2）景观照明节点分布散，负载功率不尽相同，供电系统容量分别为180 W、500 W、1 kW、2 kW 共4 种规格，具体配置见表2；

（3）景观照明时间为3 h/d，天黑自动开灯，3 h后自动熄灯，并可根据天气、季节实时变化，系统储能按3 倍单日负载用量计算。

5.3 灯具、配光和安装

由于园区地势平坦、视野开阔，行人移动有多视角可以看到灯具发光面，处理不好就会在视野中形成眩光，影响人的视觉和心理感受。所以，本项目对防眩光措施、灯具配光、安装方式有很高的要求：灯具应有多角度配光，能满足不同载体对配光的要求；灯具应设置防眩玻璃、灯具内置防眩器、格栅及外置防眩光配件等防眩光措施，使产品更具人性化；灯具可采用多头立杆安装方式，以实现多方向、多角度的照射，应用广泛。如图11 所示。

图11 灯具配光、防眩光措施及安装方式（图片由浙江欧锐杰提供）

5.4 超容光伏小功率灯具

本项目实施关键技术之一是独立超容小功率灯具的应用，对刻画空间或建（构）筑物细部结构照明，有着不可替代的作用。与集中式超容光伏基站供电的远距离投光方式相结合，能更好地表现夜晚的照明载体。图12 为超容光伏小功率灯具举例。

图12 超容光伏小功率灯具(图片由深圳技加科技、中山云朵提供）

5.5 大地景观灯光秀

本项目区域内地势平坦，沿G15 及迎宾路两侧分布着共29 座高压铁塔，其中规划范围内34 座。高压铁塔是区域内难得的高大载体，可作为大地景观灯光秀的表演载体。出于对高压铁塔的性质及安全因素考虑，只能采用独立超容光伏供电，避免远距离铺设线缆及破坏。以远距离投光的方式，利用先进的灯具设备和无线控制系统，精准的控光、染色、投影等情景照明的联动变化形成惊艳的视觉盛宴灯光秀（图13 为大地景观灯光秀实施方案），为九十九溪田园风光项目乃至整个晋江树立一个全新的文化灯光地标。图14 为大地景观灯光秀的试灯效果。

图13 大地景观灯光秀实施方案

图14 大地景观灯光秀试灯效果（图片由雅江光电提供）

6 项目功耗分析

本项目区域内园路功能照明、生态厕所及景观照明所消耗的电能，根据表3、表4 计算得出：

（1）园区路网近期建设总功耗为48.325 kW，每天以10 h 计算，一年用电为176 386 kW·h；

（2）园区生态厕所建设总功耗为10 kW，每天以10 h 计算，一年用电为36 500 kW·h；

（3）园区景观照明建设总功耗为61.121 kW，每天以3 h 计算，一年用电为66 927.5 kW·h。

表3 功能性照明功率分析表

表4 景观照明、生态厕所功率分析表

以上所消耗的电能均采用超容光伏储能系统所提供，真正做到切实可行的“零电费”清洁能源解决方案，整体光伏供电设计按10 年质保设计。

7 结束语

超级电容器作为一种技术成熟的能量存储系统，具有充放电速度快、使用寿命长、适用温度范围宽、安全可靠性高、能高效吸收存储光伏板在晴天（强电流）及阴雨天（弱电流）情况下所产生的电能等特点。结合光伏板与灯杆的一体化设计，解决了灯具美观问题，更使得其在功能性照明及景观照明领域有着巨大的应用前景。

超级电容器光伏储能技术的日臻成熟，使得在项目规划设计中解决了区域地势平坦、载体分布分散、管线敷设难度大等难点问题，为树立区域文化标杆，践行绿色照明的理念，推广可再生清洁能源的应用，做了有益的探索和实践。