风光互补太阳能路灯设计方案(天煌照明)

风光互补太阳能路灯设计方案设计单位：江苏天煌照明集团有限公司风光互补路灯设计方案现场效果图现场效果图一、自然资源状况在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能和风能等清洁能源以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。1.1化石能源带来的问题(1)能源短缺：由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。(2)环境污染：当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。(3)温室效应：化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。1.2太阳能资源及其开发利用特点(1)储量的“无限性”：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。(2)存在的普遍性：虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。(3)利用的清洁性：太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。(4)利用的经济性：可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。1.3风光互补路灯特点风光互补路灯照明系统是解决道路照明的一种理想自供电系统。系统兼具风能和太阳能产品的双重优点，由风/光能协同发电，电能储存于蓄电池中，开关智能控制，自动感应外界光线变化，无需人工操作。主要适用于城市道路供电以及景观照明。风光互补系统由风力发电机组、太阳能电池板、LED路灯、蓄电池组、控制器等几部分组成。风光互补系统的混合功率——风力发电机组的额定功率加光伏电池的峰值功率，它们共同向蓄电池组充电。控制器控制着风力发电机组和光伏电池最大程度地发挥各自的效能，同时又保证不会对蓄电池过充电，能稳定电压，使系统在恒压充电状态下工作。该系统无污染、无噪音、不产生废弃物，是一种自然、清洁的可再生能源。二、技术方案设计说明：一、根据现场勘查情况，在风光互补路灯安装位置位于道路两旁绿化带附近，而风光互补路灯的安装要求在安装位置无树荫、楼宇等遮挡，如有遮挡，将大大降低风机和太阳能光伏组件的充电效率。因此我公司建议风机和太阳能光伏组件的安装高度高于周围树高，以保证风机和太阳能光伏组件的充电效率。故灯高设计为15米。二、1、根据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）第4.1.3条采用普通截光型路灯按平面对称式配置灯具的高杆灯，其间距和高度之比以3∶1为宜，不应超过4∶1。2、此次风光互补路灯所选用LED光源光照半径为20米，为保证该路段夜间的整体效果，无暗区，故设计灯间距为40米。风光互补路灯系统效果图三、设备选型3.1.光源的选择光源选用路灯专用LED光源，该光源具有以下特点：散热器与灯壳一体化设计，LED直接与外壳紧密相接，通过外壳散热翼与空气对流散热，充分保证了LED路灯50000小时的使用寿命。按照每天工作10个小时计算，其寿命也在10年以上，维护费用极低；灯壳采用铝合金压铸成型，可以有效的散热和防水、防尘。灯具表面进行了耐紫外线抗腐蚀处理，整体灯具达到IP65标准；针对性地将LED发出的光控制在需要范围内，提高了灯具出光效果的均匀性和光能的利用率，更能凸显LED路灯节能优点。与传统的钠灯相比，可节电60%以上；无不良眩光、无频闪。消除了普通路灯不良眩光所引起的刺眼、视觉疲劳与视线干扰，提高驾驶的安全性；启动无延时，通电即达正常亮度，无须等待，消除了传统路灯长时间的启动过程；绿色环保无污染：不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染；与太阳能结合是绝好搭档，充分发挥LED直流低压工作与节能环保的优点，太阳能光伏板与LED光源相结合，为客户实现最佳性价比和高可靠性。LED灯具外壳：高压铸铝材质，外形线条需流畅，并能有效降低风阻；表面处理：能适应气候变化，能耐腐蚀，机械强度高；灯罩：耐热防破坏强化玻璃罩，弧面可自行清洁，高强度、透明度高的安全玻璃；防护等级：IP65；电气绝缘等级：I级发光效率：110Lm/W；结构：灯具结构应设计科学合理，无需工具开启，便于维护及更换光源；3.2风机的选型本系统选用400W磁悬浮风力发电机，风机输出三相交流电，经过风光智能控制器给蓄电池充电。磁悬浮风力发电机是专门为低风速区应用而研发的，用磁悬浮推力轴承平衡由于风压作用在叶轮上引起的轴向压力增加而产生的轴向摩擦力，以减少传统风机因叶轮在超大风速作用下旋转时的轴向摩擦力，这对提高风机旋转速度，减小轴向摩擦，增加发电量，意义重大；同时风机转子系统在旋转时的径向摩擦力可减小70%以上，极大地减少了摩擦阻力，起动风速为1.5米/秒，明显优于普通风力发电机。a、在性能方面：采用新一代专利技术的径向磁路永磁转子结构，无滑环，无励磁绕组，定、转子气隙大，使发电机具有中、低速发电性能好，效率高、比功率大的特点，能适应高转速的使用场合；b、在可靠性方面：使用磁悬浮轴承，使整个转子处于微摩擦状态，辅助轴承则采用专用的宽系列双橡胶圈密封进口轴承（内含长寿命、耐高温润滑脂）；以先进真空沉浸工艺使发电机具有可靠性高、寿命长、结构简单、免维护的特点，同时能使发电机在极恶劣的环境条件下可靠工作。以下为技术参数：型号FD1.5-0.30/10C安全风速:50.0米/秒叶片直径：1.5米额定直流输12V/24V起动风速:1.5米/秒额定功率:400W切入风速:2.5米/秒过风保护方式电磁制动额定风速:10米/秒3.3太阳能电池板对于电池组件选型遵循以下原则：在兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸，高效的电池组件；选择易于接线的电池组件；组件各部分抗强紫外线（符合GB/T18950-2003橡胶和塑料管静态紫外线心能测定）。太阳能电池技术型号和规格要求1）太阳能电池组件采用单晶硅太阳能电池组件，太阳能电池组件使用寿命15年以上，采用高强度、高透光太阳能专业进口钢化玻璃，耐紫外线辐射的膜层封装。2）寿命：≥25年；转换效率：≥15%3）安装形式：与灯杆一体；4）抗风能力：可抗风速≥30m/S5）使用寿命25年太阳能电池组件符合以下标准GB/T9535地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型标准（IEC1215：1993）3.4风光互补智能控制器本系统选用的控制器为风光互补智能控制器，具有高效充电及多种自我保护功能。具体的技术参数如下：规格型号：EPFG24V-20风机输入：三相AC≤50V，P≤300W光伏电池输入：DC50.0Vpm，I≤15A输出电压：DC28.0V输入过压保护值：AC50±5V输出过流保护值：DC20A±1A蓄电池欠压保护启动电压：DC21.0±0.3V蓄电池欠压保护恢复电压：DC23.0±0.3V蓄电池充满保护启动电压：DC28.0±0.2V风机卸载箱功率：400W外形尺寸：310×200×120mm工作环境：环境温度－45℃～+65℃，相对湿度0～90%3.5蓄电池蓄电池采用地表下安装方式。由于蓄电池在低温或高温环境工作都会影响其工作性能，尤其是在低温下，其工作容量将会下降很多，这是蓄电池特性所决定的。在地表下1米-1.5米处，其环境温度受地温的影响较明显，起到一定的“恒温”作用，使其在冬季温度觉地表以上高，在夏季炎热时又比地表上温度低，有利于蓄电池性能的发挥。3.6灯杆风光互补太阳能路灯路灯杆设计要求及说明：灯杆必须满足抗10级风荷载的强度要求。本系统应用于公路及人行道照明，光灯杆高度设计为15米，光源距地面13.0米，采用一杆双灯的款式；该款式可根据客户具体要求作调整，或者使用客户指定的灯杆款式，下口径不小于320mm,上管径不得小于160㎜，管壁厚度≥6毫米（未镀锌前），优质钢材，必须热镀锌喷塑灯杆，寿命10年以上，杆体锥型、样式和外观颜色符合结构要求。同时参照以下标准设计。CJJ45-9《城市道路照明设计标准；》；CJJ89-2001《城市道路照明工程施工及验收规程》；由于风光互补路灯有其特殊性，风机安装在灯杆顶部，组件安装在离地（路灯光）15米以上；其等效垂直面会乘载风压，这就对灯杆的整体构成一定的水平剪切力，灯杆的受剪切力强度。由于风压的计算影响的参数多，计算复杂。参照我公司已使用的实际运行经验，灯杆壁厚选用6毫米的。目前，我公司在新疆区域安装的同等壁厚的灯杆，均经历过秋冬季的大风，没有一盏路灯出现因大风损坏。在路灯结构设计中，除考虑强度因素外，还着重考虑抗腐蚀性，外观的美观、新颖等，结合当地的自然环境。3.7风光互补路灯配置名称规格型号数量单位备注风机400W1台控制器风光互补1台太阳能板200W4块光源LED24V120W1盏光源LED24V40W1盏蓄电池12V180Ah4只蓄电池箱2个灯杆15米（双灯）1套电缆附件1套安装1盏运输1盏