一种风光互补太阳能灯具在海上平台的应用

赵效赔，赵永明，朱小津，叶小刚，杨 亮

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津 300457)

1 风光互补太阳能路灯的组成

1.1 风力发电机

风力发电机可以把自然界的风能转换成能量，并把能量输送到蓄电池中贮存起来。风力发电机可以与太阳能电池板结合供电[1]。本次风光互补太阳能路灯对使用的风力发电机输出功率为30W，最大输出电流为12V。

1.2 太阳能电池板

太阳能电池板是风光互补太阳能路灯中的关键设备，其功能是把太阳光能转化为电能并输出至蓄电池。在各类太阳能电池板中，常见有单晶硅太阳能光伏电瓶、多晶硅太阳能光伏电瓶和非晶硅太阳能光伏电瓶[2]。太阳能电池板如图1所示。

图1 太阳能电池板Fig.1 Solar panel

1.3 太阳能控制器

为增加蓄电池的寿命，必须对它的充放电要求加以控制，避免蓄电池过充受损。优质的太阳能控制器在具有光控、时控的基础上还具有温度补偿功能以适应各种特殊环境，特别是可增加阴雨天气的照明 时间。

1.4 蓄电池

因为传统太阳能光伏发电系统的输送能源极不稳定，所以通常都需要配备充电系统。蓄电池容量的选取通常要遵循如下准则：在实现夜间光照的前提下将日间太阳能电池板收集的电能充分贮存，避免因连续阴雨天气而导致风光互补太阳能路灯失效[3]。蓄电池如图2所示。

图2 蓄电池实物图Fig.2 Physical drawing of battery

1.5 照明灯

考虑到海上平台所处的恶劣环境和风光互补太阳能路灯的安装位置，照明灯具应选用保护等级为IP66的低温环保灯。IP66指产品完全避免外界物质进入，且能完全避免尘埃进入，即使受到剧烈的海浪冲击也不会造成损害。照明灯如图3所示。

图3 照明灯具实物图Fig.3 Physical drawing of lighting fixtures

2 安装方法及注意事项

①安装蓄电池支架、蓄电池。将蓄电池支架固定在太阳能电池板后面，依次上好配套螺栓，再将蓄电池固定于支架上。安装操作如图4所示。

图4 安装操作示意图1Fig.4 Installation operation diagram 1

②组装风力发电机。将扇叶有序安装，并用配套螺栓紧固。安装操作如图5所示。注意事项：安装扇叶时注意扇叶方向，保证六片扇叶安装方向一致。

图5 安装操作示意图2Fig.5 Installation operation diagram 2

③安装蓄电池支架L型连接杆，并在路灯杆以及蓄电池支架连接杆内进行布线。用1m左右的细铁丝穿过L型连接杆内部后，将L型连接杆安装在路灯杆上，并调整至路灯杆预留口之前。将路灯黑色 接线从路灯杆预留口穿入，上述预留口处穿出。准备2根耐压220V以上的输电线从路灯杆顶部穿入，上述预留口处穿出。用绝缘胶带将路灯黑色接线头与 2根新增输电线捆在一起，再用细铁丝对接线头进行缠绕固定，随后调整好L型连接杆方向，缓慢移动到合适位置，拉动L型连接杆另一端铁丝直至黑色接线头与新增输电线从L型连接杆另一端口穿出，用活动扳手紧固L型连接杆上螺栓，使L型连接杆固定在路灯杆上。安装操作如图6所示。注意事项：用细铁丝穿过L型连接杆时，可将细铁丝一端系上螺母等重物，进而利用重力改变L型连接杆的位置，以实现螺母等重物带动铁丝穿过L型连接杆的操作。

图6 安装操作示意图3Fig.6 Installation operation diagram 3

④安装路灯、太阳能电池板模块和风力发电机。安装操作如图7所示。注意事项：将L型连接杆固定在太阳能电池板模块上时，注意先将新增导线穿过底部，以方便后续接线。

图7 安装操作示意图4Fig.7 Installation operation diagram 4

3 电气接线

3.1 风力发电机相关接线

将风力发电机的2根电源线接入新增电源线，新增电源线的另一端接入蓄电池模块。相关接线如图8所示。

图8 接线示意图1Fig.8 Wiring diagram 1

3.2 太阳能电池板相关接线

白色插头接太阳能板，黑色插头接LED路灯，黑色线接风车发电机(棕色对红色，蓝色对黑色)。相关接线如图9所示。

图9 接线示意图2Fig.9 Wiring diagram 2

4 日常维护

4.1 风力机发电机的维护

检查风力机叶片时着重检查叶片的形状，观察是否出现叶片断裂的问题；用手转动叶片，观察其旋转是否流畅，有无异响。叶片异常会导致叶片扫风面积不一致，进而导致叶片转动抖动、风力发电状态不理想。同时检查风光互补太阳能路灯上的螺丝是否存在松动、锈蚀情况，定期监测风力发电机输出段电压是否稳定可靠。

4.2 太阳电池组件的检查维护

定期检查电池板表面是否存在影响采光率的附着物。雨雪等恶劣天气后及时对太阳能电池板表面进行清洁，对于难清洁的污渍应配合专用电池板清洗剂小心擦拭，防止对太阳能电池板表面造成不可逆的损坏。同时应定期检查太阳能电池组件有无出现正常，如超白玻璃表面是否存在裂痕、电极有无破损掉落，并使用万用表测试开路电压值与短路保护电流，由于该灯具常年在室外使用，且海上环境恶劣，要日常检查灯具各连接部位的密封性，密封不良的部位及时用硅胶进行加强密封。

5 风光互补太阳能路灯的优势与推广价值

照明工程现场作业程序繁杂，通常需要敷设暗管、管内穿线、管道回填等基础设施和大批人工，且变压器设备、配电柜、配电板等大批量设备也要花费巨大成本。而风光互补路灯照明都是独立个体，无需铺缆和大批量设备，既省劳动力又省钱财，其中单一灯具损坏不影响全局，不受大规模停电事故的直接影响。由于常规路灯是线缆相连，会因为个体的各种实际问题而直接影响整体用电系统的运行。风光互补发电灯具就不会发生这个状况，其采用分布式单独发电控制系统，个体受损不会直接影响其余路灯的运行，即便遭遇大规模断电也不会直接影响照明系统，不可操控的经济损失可大为减少。同时，风光互补路灯照明由智慧控制器管理，可分成时控、光控2种自动方法，兼具安全和经济效益。其本身为独立一体的供电系统，不受大规模电路结构施工的干扰，工序简化、工期短，维修亦简便。

相比于传统路灯，风光互补太阳能路灯的能源为自然界中无污染的太阳光和风力，不消耗其他能源、不直接或间接地向环境中释放污染性气体，对自然环境的良好保护效果不言而喻，也避免了后期电力开支成本。