风光互补发电系统应用于路灯照明

1.前言

随着化石能源的扩大利用，有限的化石能源终将耗尽，而燃烧化石能源后的排放带来的环境污染问题日益受到各国政府的重视并正想法遏制污染。我们知道，对于治理化石能源燃烧后的烟气排放，已取得一些效果，但治理过程，本身又是一个逆环境工程，即耗能工程，可以说环境治理过程又是一个污染过程。联合国《京都议定书》签订后，世界各国相继将发展新能源列为重要目标，最近几年风能、太阳能等新能源的飞速发展正是得益于各国政府的大力推广。

新能源主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。有关研究显示：照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费；全球可利用的风能资源为200亿千瓦，约是可利用水力资源的10倍。如果利用1%的风能能量，可产生世界现有发电总量8%～9%的电量。近几年国内风力发电和太阳能发电发展非常迅猛，风能和太阳能将是今后替代能源主流。新能源太阳能和风能已经逐渐走入我们寻常的生活。风光互补路灯照明系统正是新能源利用的一个典型，本文将介绍某项目中风光互补技术利用的一些情况。

2.技术特点

本项目中对风能和太阳能的利用主要考虑采用示范性的风光互补路灯照明系统，解决公共区域行车道的照明。

风光互补发电系统是将太阳能和风能转化为电能的应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。

风光互补路灯系统主要由风力发电机、太阳能电池板、风光互补路灯控制器、风光互补专用蓄电池与LED风光互补路灯光源几个主要部件和灯杆，太阳能电池板支架等相关配件组合而成。

风能因空气流做功产生能量，利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电风力发电。太阳能电池板将太阳辐射能力转换为电能完成风-电；光-电的转换，并且通过充电控制器与直流中心完成给蓄电池组自动充电的工作。风光互补路灯控制器向LED光源发出亮灯指令，LED路灯光源通过蓄电池所储存的电能自动点亮，当LED光源亮灯时间到达控制器预先设定的时间，LED光源自动熄灭，由充电到亮灯到最后关灯，整个过程完全由风光互补路灯控制器自动完成，无需人工干预。

风光互补路灯采用高性能大容量免维护铅酸电池，为风光互补路灯提供充足的电能，保证了阴雨天时LED风光互补路灯光源的亮灯时间，大大提升了系统持续使用性。

风光互补路灯系统光源采用作为第四代环保型光源产品-LED光源采用低压直流供电、具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，同亮度下，耗电是白炽灯的十分之一，荧光灯的三分之一，而寿命却是白炽灯的50倍，荧光灯的20倍。节能效果显著。

利用风能和太阳能环保能源作为动力的风光互补路灯系统具有以下技术特点：

1） 可再生能源利用；绿色清洁能源，无污染；无空气污染、无噪音、不产生废弃物；

2） 零耗电、零排放、零污染；

3） 不需铺设输电线路，不需开挖路面埋管，施工工程量小。

由于太阳能与风能的互补性强，晴天光照强，阴雨天风力较大；夏天太阳照射强，冬天风力较大，通过风光互补路灯系统的太阳能和风能发电设备集成系统供电，白天储存电能，晚上通过智能控制系统实现风光互补路灯供电照明。在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。

这种合理性表现在资源配置合理，技术方案合理，性能价格合理。正是这种合理性保证了风光互补发电系统的高可靠性。

3、系统的组成

1、风力发电机

风力发电机是将风力机的机械能转化为电能的设备。风力发电机分为直流发电机和交流发电机。由于直流发电机固有的结构特点加之价格昂贵，本系统使用三相永磁同步交流发电机。三相永磁同步发电机一般体积较小、效率较高、而且价格便宜。永磁同步发电机的定子结构与一般同步电机相同，转子采用永磁结构，由于没有励磁绕组，不消耗励磁功率，因而有较高的效率。另外，由于永磁同步发电机省去了换向装置和电刷，可靠性高，定子铁耗和机械损耗相对较小，使用寿命长。

2、太阳能光伏电池原理

光伏电池是直接将太阳能转换为电能的器件，其工作原理是：当太阳光辐射到光伏电池的表面时，光子会冲击光伏电池内部的价电子，当价电子获得大于禁带宽度eg的能量，价电子就会冲出共价键的约束从价带激发到导带，产生大量非平衡状态的电子-空穴对。被激发的电子和空穴经自由碰撞后，在光伏电池半导体中复合达到平衡。

3、蓄电池

蓄电池作为风光互补发电系统的储能设备，在整个发电系统中起着非常重要的作用。首先，在风力、光照过剩的情况下，存储负载供电多余的电能，在风力、光照欠佳时，储能设备蓄电池可以作为负载的供电电源；其次，蓄电池具有滤波作用，能使发电系统更加平稳的输出电能给负载；另外，风力发电和光伏发电很容易受到气候、环境的影响，发出的电量在不同时刻是不同的，也有很大差别。作为它们之间的“中枢”，蓄电池可以将它们很好的连接起来，可以将太阳能和风能综合起来，实现二者之间的互补作用。本项目智能型风光互补发电系统采用铅酸蓄电池作为储能设备。

4.结论

本系统弥补了独立风力发电和太阳能光伏发电的不足，通过风能和太阳能发电系统的智能调节，充分发挥风、光资源的互补优势，实现资源最大程度的整合。风光互补路灯系统是最合理的独立电源系统，充分利用风力和太阳能资源为用户提供负荷需求，实现零耗电、零排放、零污染，其独特的产品优势在城市道路建设、园林绿化等市政照明领域十分突出，全国各地已将风光互补照明系统纳入了市政道路照明设计范畴，并开始应用推广。

参考资料

・ 1、 《风光互补发电解决方案》 AAB国际--风光互补发电 [引用日期2013-05-9] .

・ 2. 《我国首个大型风光互补电站并网发电》电缆网 [引用日期2014-03-12]

・ 3.《风光互补发电系统分析》大比物商务网 [引用日期2013-06-26] .

・ 4.国家能源局最新《分布式发电项目管理暂行办法》.分布式发电 [引用日期2014-02-20] .