风光互补设计方法

前言 路灯是我们日常生活中最常见的，它给我们夜晚的生活带来光明。美观的路灯把道路的夜晚装点的多姿多彩。但路灯是一个高耗能产品，由于路灯的低压输电线路长，不仅路灯耗电，输电线路上的耗电也很大，以至于很多市郊公路和高速公路都没有安装路灯，给人们的出行带来了许多不便。 建设风光互补路灯的意义社会效益 风光互补路灯处处体现了现代建美化环境、保护环境的理念。风光互补路灯是一种造型美观的高科技环保产品，安装风光互补路灯，不仅与政府的环保理念相符，而且能向国民进行新能源利用和生态环保知识的直观教育。迎风飞转的风车可给道路一种动感的点缀，更能突显我国人民崇尚环保、重视节能和跟踪高新技术的理念。推广风光互补路灯对美化当地环境有非常积极的意义。经济效益 每套500W、10米高的常规路灯设备报价4000元/套（含灯杆、灯具、光源）输变配送设施每套摊入9000元，安装施工费用2000元/套，一次性投资大约为15000元/套。每年的灯具维护费用为120元/年，每年耗电1825KW.h，折合电费约为1300元/年。按10年使用寿命，其间更换一次输配电设施和灯具耗费6000元，总费用为35200元/套。 风光互补路灯设备报价20000元（含风力发电系统、太阳能发电系统、储能系统、控制系统和灯杆照明系统），采用专业安装，费用计入报价，每年的维护费用为80元，不消耗电能，其间更换两次储能和照明装置约5000元，按10年计算总费用为25800元/套。 相比风光互补路灯节省费用为9400元。按一段3000米长的城市道路安装200套路灯每10年可以节约费用188万元。按一座中等城市拥有12万套路灯可节约11.28亿元。 随着化石能源资源的减少，常规能源的价格不断升高，以及对排放污染进行环保处理，常规能源的价格又进一步升高趋势，届时风光互补路灯的经济效益比常规路灯将更具优势。环境效益每套常规路灯10年消费1825KW.h电能，按火力发电标准煤耗400g/KW.h计算，共消费标准煤7.3吨,一座中等城市仅路灯一项10年消耗87.6万吨标准煤,增加二氧化碳排放300万吨,二氧化硫1.75万吨,二氧化氮1.3万吨,杂质、粉末15.5万吨。杂质、粉末直接污染环境；二氧化碳的排放会使地球表面升温，产生“温室效应”；二氧化硫和二氧化氮随着雨水排放到地面形成“酸雨”会使水库、河流、湖泊的酸度增加影响植物生长，鱼类繁殖，引起建筑物、材料、文化资源的腐蚀，影响人体健康。风光互补路灯的能源消耗和环境污染始终为“零”。可作为普及新能源知识的好教材.风光互补路灯能最直接的向人们展示太阳能和风能这种清洁和自然能源的应用，展示人类如何利用可再生能源保护地球的生态环境，可作为普及新能源知识的好教材。风光互补路灯设计方案 依据我国城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）风光路灯的配置方案如下。 配置方案 (1)路灯配置设计 路灯配置采用一台400W风力发电机、一片150W太阳能电池板、一套55W低压钠灯或无极灯以及2只150AH/12V铅酸阀控蓄电池，组成一支独立的风光互补路灯。可每天可靠亮灯10小时。(2)配置清单 (3)发电量计算以III类太阳能资源，每年风速3m/s以上时间超过3500小时地区为例来计算，这样的资源状况在我国普遍达到。 太阳能资源属III类可利用区（1KW太阳能电池板转换太阳能辐射量为4500-5500 MJ/year），为安全计，取转换太阳能辐射总量为4500 MJ/year，配置的太阳能板的日均发电量应为： Q1=4500/365/3.6*0.15*0.8=0.411KWH (式中0.8为安全系数) 由于公路装灯点的障碍物状况不确定性，装灯点的年平均风速低估为4m/s，配置的风力发电机的日均发电量应为: Q2=223/365/3.6*0.8=0.489KWH (式中0.8为安全系数) 风光路灯配置的日均总发电量为0.9KWH 鉴于风能与太阳能的良好互补性，以年均资源换算而得的日均资源的可靠性良好，加之风光发电的计算值均取低值，并各考虑了0.8的安全系数，所得的日均发电量数据是安全可靠的。(4)用电量计算 配置选用55W低压钠灯或无极灯，以每天亮灯10小时计算，灯具每天耗用电量为0.55 KWH。设计的配置方案能够满足路灯每天可靠亮灯10小时。工程设计方案 (1)风光互补路灯电路设计方案 系统电路原理图: 系统性能特点： 智能充、放电控制，可相对延长蓄电池的使用寿命； 工作模式：24小时定时模式； 负载开路及短路保护，并具有自动恢复功能； 采用专用芯片对钠灯进行恒功率、启动控制，既有流、过电保护，灯泡开路、短路保护； 防频闪双频工作模式，灯温补偿； 采用工业级芯片低功耗设计，可在高温、寒冷、潮湿的环境下可靠工作； 使用、维护简单方便，全自动控制。(2)路灯杆的设计方案 风力发电机和太阳能电池是风光互补路灯的标号性组合，要保证风发电机和太阳能电池能平稳、安全的运行，同时也配合路灯灯杆的多样化造型，我们将风光互补路灯灯杆设计为自立式路灯灯杆。风力发电机位于灯杆的顶端，太阳能电池板位于灯杆的中部，见下图：路灯灯具布置设计实例 13米宽道路的路灯设计 根据这种道路一般为人车混用的支路，车流少、车速低和路面是13米宽的水泥混凝土路面，可以选用单侧布置。 灯具高度H=8米，间距S=30米，灯具悬挑长1.5米则有效路宽为11.5米，根据国家照明标准要求其照明平均照度Eav不低于3.5Lx，平均照度均匀度Emin/Eav不小于3.5。 灯具采用截光型P44照明灯具，55W低压钠灯来做光电源，其光通量为8000Lm，其等高8米道路平面等照度曲线图为: 选用路灯利用系数U=0.32(国际照明委员会推荐0.3),维护系数K=0.8;则其路面平均照度为： Eav=U*N*K/W*S=0.32*8000*1*0.8/11.5*30=5.93lx； 根据灯具的等照度曲线可以得出其最小照度值Emin不小于3 lx则其平均均匀度为：Emin/Eav=3/5.93=0.5。 所以该安装方案路面平均照度Eav=5.93lx,平均均匀度Emin/Eav=0.5符合国家标准要求。 30米宽道路的路灯设计 根据这种道路一般为次于干路，车流较多、车速较快和路面是30米宽的水泥混世魔王凝土路面，可以选用比侧对称布置: 灯具高度H=8米，间距S=25米，灯具悬挑长2米则有效路宽为26米，根据国家照明标准要求其照明平均照度Eav不低于5.6Lx,照度均匀度Emin/Eav不小于0.35。 灯具采用截光型P44照明灯具，55W低压钠灯做光电源，其光通量为8000Lm，其灯高8米道路平面等照度曲线图为： 选用路灯利用系数U=0.32(国际照明委员会推荐0.3)，维护系数K=0.8;则其路面平均照度为： Eav=U*N*K/W*S=0.32*8000*1*0.8/13*25=6.3Lx 根据灯具的等照度曲线图可以得出其最小照度值Emin不小于3Lx则其平均均匀度为:Emin/Eav=36.3=0.47 所以该安装方案路面平均照度Eav=6.3Lx，平均均为度Emin/Eav=0.47符国家标准要求。