广西北海市风光互补储能及LED路灯照明方案A.doc

广西XX光电科技有限公司技 术 设 计 方 案项目名称：北海市风光互补LED路灯系统技术设计方案编号：LH-WS201007001版本：A.0日期：二零壹零年七月目 录一.设计依据31.沿用标准32.设计规范33.设计原则34.用户委托4二.用户概况 51北海市概况5 2. 北海市地型- 53北海市地貌54北海市气候类型55北海市基本气象资料56. 北海市位置57北海市使用风光互补发电系统的必要性58北海市使用风光互补发电系统的可行性69北海市使用风光互补发电系统的意义6三.设计与计算71. 道路的照明要求72用电量73风光互补发电系统构成73.1 风光互补LED路灯系统主要特点：73.2 风力发电机组：83.3 风叶93.4发电机93.5 太阳能电池组件：93.6 风光互补控制器：103.7 蓄电池：103.8 led路灯：104风光互补LED路灯工作原理115风光互补供电系统设计流程116风力发电机单元设计和选型117太阳能电池单元设计和选型138. 太阳能电池组件倾斜角度设计139. 风光互补发电系统方案设计14四.配置与要求：151. 风光互补LED路灯系统各个部分的要求151.1 LK-100W风力发电机参数表：151.2 120W太阳能电池组件参数表：151.3 90WLED灯参数表：151.4 12V/150Ah免维护铅酸电池恒电流、恒功率放电表：151.5 风光互补控制器技术指标：161.6 灯杆技术要求：161.7 控制柜技术要求:162. 设备间的连接电缆要求173. 市电补偿供电系统要求174. 基础要求175设计方案配置清单18五交货期及质量保证：191交货期及安装192质量及可靠性保证192.1可靠性设计：192.2.规范化生产19六安装、调试及维护：201 浇注地基202 穿线213 竖起灯杆214 安装照明单元215 安装太阳能电池单元226 组装风力发电机主机227 电气连接228 使用及维护23七服务承诺：23一.设计依据1.沿用标准本方案制订沿用下列标准：GB/T19115.1-2003离网型户用风光互补发电系统第1部分 技术条件GB/T19115.2-2003离网型户用风光互补发电系统第2部分 试验方法CCJ45-91 城市道路照明设计标准GB7000.1-2002 灯具一般安全要求与试验GB4706.1 离网型户风力发电机组用发电机第1部分 技术条件GB/T9535 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性GB/T10760.1 离网型风力发电机组用发电机 第1部分:技术条件JB/T10395-2003 离网型风力发电机组 安装规范JB/T6939.1 离网型风力发电机组用控制器第1部分:技术条件JB/T10398-2004 离网型风力发电系统售后技术服务规范2.设计规范CJJ45-1991 公路隧道通风照明设计标准3.设计原则3.1满足照度要求和照明时间要求；3.2风光互补发电系统最大程度地利用自然资源；3.3分布式供电，避免供电故障扩散、蔓延；3.4无需变压器、稳压器、日常维护、及后期大量电费支出；3.5灯型设计优雅美观与周围景色和谐统一。4.用户委托 设计委托单位；广西区北海市设计委托项目：风光互补储能及LED路灯照明系统设计设计单位：广西XX光电科技有限公司附件1为用户委托书。二.用户概况1北海市概况北海市位于广西壮族自治区南端，北部湾东北岸，是中国五个少数民族自治区中唯一的沿海开放城市。北海市辖一县三区，行政总面积3337平方公里，陆地面积3310平方公里，其中市区面积957平方公里（含涠洲、斜阳两岛），城区约40平方公里，海岸线长500.13公里，总人口135.4万人，其中市区人口47.95万人。2. 北海市地型 北海市三面环海，海产资源丰富。所产南珠、鱿鱼、对虾、海参、沙虫、虾米、鱼翅、鳝等驰名中外。北海是中国著名的海滨旅游城市之一。3北海市地貌地势从北向南倾斜，东北、西北为丘陵，南部沿海为台地和平原。市区海滨平原土地占总面积70%以上，土质由砂质粘土、砂砾构成，地层结构稳定，承压力强，一般为1825吨/平方米。海洋滩涂约占市区土地总面积20%左右，这种土地耐力较低，为1216吨/平方米。平均海拔1015米。最高峰554米（五点梅），市区最高点120米（冠头岭）。4北海市气候类型 北海市属亚热带海洋性季风气候。年平均气温22.9，极端最高温度37.1，极端最低温度2。年平均降雨量1670毫米。年平均日照时数2009小时，年平均太阳总辐射111千卡/平方厘米。5北海市基本气象资料 北海平均每天有效日照时间5.5小时。年平均风速3.22米秒以上。 6. 北海市位置 北海地处广西南端，北部湾东北岸。位于东经10850451094728，北纬2129215534之间，西北距南宁206公里，东距湛江198公里，东南距海口市147海里。市区南北西三面环海，有涠洲（24.74平方公里）、斜阳（1.8平方公里）二个海岛，涠洲距市区大约20.2海里。7北海市使用风光互补发电系统的必要性7.1风光互补发电系统为绿色环保发电系统，不会对环境和周边地区产生任何噪音及污染；7.2省却后期大量电费支出；7.3大面积的地区停电，不会影响到道路照明；7.4自为独立发电储能供电系统，不受干扰；7.5施工简单，工期短，保证运行安全；8北海市使用风光互补发电系统的可行性平均年日照时数为2009小时，平均日照时数为5.5小时；年平均风速为：3.2米/秒以上，属亚热带海洋性季风气候区，可以满足离网型风光互补LED路灯供电系统的发电条件，同时可以在正常情况下满足路灯日常运行用电要求。9北海市使用风光互补发电系统的意义9.1符合构建和谐社会、节能型社会的倡导；9.2使用新能源，提升自身形象，社会效益好；9.3省却后期大量电费支出；9.4可以成为北海市的标志性景观，节能减排的标志性项目；9.5可以作为环保节能的科普教育题材；9.6成为节能型城市的典范。三.设计与计算1. 道路的照明要求根据CJJ 4591城市道路照明设计标准，平均亮度需为：1.0cd/m2;平均照度需为:15lx;采用单侧布置方式，灯具的悬挑长度不超过高度的1/4，灯具仰角不超过15。采用普通截光型灯具。 主干道总宽12米，人行道宽度3米，路面两边各宽15米，则： 灯具的安装高度为：H0.5Weff 即：安装高度0.515米（此方案用12米灯杆，灯具高度为9米） 灯具的安装间距为: s3.0-3.5H （即27米32米之间）其中H:为安装高度;Weff:为路面有效宽度;H：为安装高度 S:为安装间距；采用专用截光型高杆路灯，按平面对称式配置灯具，其间距和高度之比为3：1，即27-32米。2用电量以3公里路计，每相隔24-30米安装一支路灯，则双边需要安装灯 200 支,每天照明时间11小时，采用光控开关，晚上无阳光开始照明，时控熄灯。每天约亮灯11小时。前5小时全功率后6小时半功率。 满足6个连续阴雨天的供电需求。风光互补主路灯采用60W-90W直流led灯，主路灯相当于150W-250W金卤灯或高压钠灯的照度，则每盏灯需要用电前5小时0.45千瓦时，后6小时0.27千瓦时合计0.72千瓦时/天，用电由风光互补储能供电系统提供。3风光互补发电系统构成3.1 我公司风光互补储能LED路灯照明系统主要特点： 微风启动（0.5M/S）、无指向性（360度全风向受风）、低噪音、能量转换效率高（切入风速小于2.5M/S，额定风速7.1 M/S）、智能电子风力调节保护； 适用地域范围广岛屿、沿海、内陆地区，与太阳能、蓄电池配合作为城市LED路灯电源，客户可自由选择采用离网型或并网型机组。本方案采用离网型即可。（风光互补LED路灯图）风光互补LED路灯系统主要配置：风力发电机、太阳能电池、控制器、蓄电池、LED光源。下图为风光互补LED路灯系统各设备之间连线示意图：3.2 风力发电机组：风力发电机组以自然风作为动力，带动风轮及风力发电机旋转，将风能转换为三相交流电能，再经过控制器变换为直流电能，储存进蓄电池组。蓄电池组中储存的电能可以直接供直流LED灯使用。3.3 风叶采用高分子碳氢聚合物柔性搞韧度材料，S型螺旋花蕾状，无指向性360度受风，独特的阻力、升力复合型叶面设计，使之对不同风速的适应性显著增强,有效提高了风能转换效率；自动随风速变化而调整旋转速度，避免风速过高时损坏系统；对紊流有很好的抑制作用；安全性好，风叶撞击到人畜不会对其产生致命伤害；3.4发电机采用完全自主知识产权技术，静态力矩小，极低风速启动，无铁芯损耗小，高性能永磁，轴向磁场外转子全密封结构，温升低及有效防止腐蚀性气体侵入发电机内部，显著提高了发电量，并延长发电机使用寿命。3.5 太阳能电池组件：通过硅片把光能转换为电能。由于发电的电压较高，而且电流不是稳定的，需要经过风光互补控制器，把电压和电流稳压、稳流向蓄电池组充电。3.6 风光互补控制器：在风力发电机发电时，将所发的交流电整流变换为直流电对蓄电池充电；太阳能电池将所发的电能对蓄电池充电； 智能化管理电池组，当蓄电池充满电后自动停止给蓄电池充电，直供电给负载设备或智能电子调节控制保护风力发电机；蓄电池过充电、过放电保护；蓄电池开路保护、负载过电压保护、输出过载保护，输出短路保护、太阳能电池接反保护；通过太阳能板的电压控制开关，智能控制亮灯时间及发光状态，控制系统采用单片机智能化精确控制，工业级器件，适应高温、寒冷、潮湿及盐雾工作环境。3.7 蓄电池：储存风力发电机和太阳能电池所发的电能并可随时向负载供电。由于蓄电池自身是直流电源，所以都需要通过风光互补控制器来进行电源管理，避免充放电过程中对电池造成损坏。3.8 led路灯：通过半导体元件来产生能量的新生代光源。灯体结构简单合理，所以寿命比传统的路灯长很多，达50，000小时以上，并且可短时间内反复开关；光效可以超过100lm/W，灯即使在极端温度-40+120变化仍有稳定的光性能。4风光互补LED路灯工作原理风光互补供电产品具备了风能和太阳能产品的双重优点，没有风能的时候可以通过太阳能电池组件来发电并储存在蓄电池，有风能，没有光能的时候可以通过风力发电机来发电，储存在蓄电池。风光都具备时，可以同时发电，在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电的单一性，使供电系统更具保障性和可靠性。亮灯的时候通过蓄电池向光源放电，达到照明效果。开关方式采用太阳能板的电压来控制。5风光互补供电系统设计流程 根据用户委托，了解的现场情况和照明要求，作出路灯分布计划，选取符合照明要求的光源，结合每天的照明时间和当地的自然资源情况设计路灯的配置和确定发电设备的规格。6风力发电机单元设计和选型 根据气象资料显示，北海市年平均风速为：3.4米/秒以上，目前国内水平轴的风力发电机都必须3.5米/秒以上的风速才能启动，切入风速超过4.0米/秒,且如果是气流不稳及紊流严重地区不适用安装水平轴风机（会对风机的风向尾舵造成损害），也就是说要超过4.0米/秒的风速才可以发出有效往蓄电池充电的电能；XX科技的新型垂直轴风力发电机，是全向360受风，启动风速0.5米/秒，切入风速大于2.5米/秒的高性能永磁发电系统，明显优于普通水平轴风力发电机，可以非常可靠满足年平均风速3.2米/秒的地区的应用条件，且在气流不稳及紊流严重的地方也可以安装使用。风力发电机采用高品质冷轧板冲压成主体外壳，风机叶片材料为高韧度柔性高分子碳氢聚合物，整体采用专用不锈钢龙骨塑形固定成S型螺旋花蕾状，除外形美观外，还可以有效地抵御海边的暴雨、大风及盐雾等自然灾害。由于北海市各个月份的风速不同，应该选用100W风力发电机，下图为100W风力发电机在各风速下的功率曲线：北海市年平均风速3.2m/s以上, 根据风力统计规律，风速取Rayleigh(k=2)分布，结合我司垂直轴风力发电机实测功率曲线特性，以4m/s风速计，按每天16小时计，最保守计算每天可发电192w；以5m/s风速计，每天可发电432w(保守计算)。参考：考虑北海市属亚热带海洋性季风气候区，而且季风显著，按宽松条件估算平均每天有6小时可达额定功率，即风力发电机发电量可达600W，系统完全可以有效运行并及时补充每天亮灯所耗的80%多的电能。其他的由太阳能发电提供。以下为100W风力发电机的外形和技术参数：叶片直径：0.75米;叶面高度:1.5米;启动风速:0.5米/秒切入风速:2.5米/秒额定风速:7.1米/秒额定电压:10.5ACV额定功率:100W叶片材质:高韧度柔性高分子碳氢聚合物7太阳能电池单元设计和选型 常用太阳能电池有：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。其中以单晶硅太阳能电池的光能转换电能效率最高，比较如下表：电池类别最高转换率单晶硅太阳能电池14.016.0%多晶硅太阳能电池13.0%非晶硅太阳能电池8.6%可见，为达到良好的转换效率和性价比，应当选用单晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池组件有如下特点：1)树脂封装晶体硅技术和一流的封装工艺 ；2)采用进口溶面玻璃，具有极高的透光性 ；3)电池组件背面采用TEDLAR封固，能抵抗潮气及海水侵蚀 ；4)接线盒内置旁路二极管，有效防止暗斑效应对电池片的局部损坏 ；5)工作温度：-45-+80 ；6)相对湿度:0-100% ；7)抗风最大风速200公里/小时。附太阳能电池组件技术指标：开路电压Voc(V)41.5最佳工作电压Vm(V)33.8短路电流Iso(A)4,26最佳工作电流Im(A)3,35峰瓦Wp(W)120外型尺寸 长宽高（mm）1250*808*35组数2依据北海市全年日照时间2009小时，推算出其日平均日照时间：2534小时365天=5.5小时/天；即是120瓦的太阳能电池组件2组，每天平均可以发电120*2*5.5小时，每天太阳能发电量为660w。8. 太阳能电池组件倾斜角度设计在最佳倾角时,冬天和夏天辐射量的差异应尽可能小，而全年总辐射量尽可能大，二者应当兼顾。因此安装太阳能电池时，太阳能电池受光面向南安放。所以太阳能电池组件应按九台的纬度+1-2安装。9. 风光互补发电系统方案设计 根据设计要求，90W路灯每天亮灯11小时，前5小时全功率后6小时半功率共耗电720w/天，结合气象资料，最长的连续6天阴雨天，做风光互补LED路灯系统的配置设计：每支90W路灯每天亮灯11小时，24V蓄电池（两个12V电池串联）供电，则每天耗电量为：(90W5)+(456)小时24V=30Ah连续6天阴雨天则需要：30Ah6=180Ah的电量；蓄电池容量配置：原则上是以日最低耗电量、无功天数、铅酸电池自放电率、充放效率、放电深度、系统效能等因素共同决定的。因此选用2组24V蓄电池。平均每天风光互补发电系统的发电量为：风力发电机：12瓦16小时=192瓦时.（最保守值）太阳能电池: 120瓦25.5小时=1320瓦时.风力发电机+太阳能电池=192+1320=1512瓦时.由以上可以得出结论，风光互补供电系统可以有效地补充每天所耗电能。完全满足照明要求。由于风力发电机的额定电压为：10.5V(AC)太阳能电池组件工作电压为：40.5V(DC)根据设备之间等电压原则,必须选用24V控制器、24V的蓄电池（两个12V电池串联）。太阳能电池组件和风力发电机可以经过控制器稳压为24V，向蓄电池充电。四.配置与要求：1. 风光互补LED路灯系统各个部分的要求1.1 LH-100W风力发电机参数表：叶片直径m页面高度m启动风速m/ s切入风速m/s额定风速m/s额定电压V（AC）额定功率W叶片材质0.751.50.5小于2.57.110.5100高韧度柔性高分子碳氢聚合物1.2 120W太阳能电池组件参数表：开路电压Voc(V)41.5最佳工作电压Vm(V)33.8短路电流Iso(A)4,26最佳工作电流Im(A)3,35峰瓦Wp(W)120外型尺寸 长宽高（mm）1250*808*351.3 90WLED灯参数表：显色指数CRI光通量lm长度mm接口尺寸mm电压范围DCV工作环境温度75580065005506024-25+451.4 12V/150Ah免维护铅酸电池恒电流、恒功率放电表：恒电流放电表 （单位：安培）电池规格放电时间（分钟）放电时间（小时）1510153045123581020PM150760509333286196153127756041272312恒功率放电表 （单位：瓦特）电池规格放电时间（分钟）放电时间（小时）1510153045123581020PM1501254860576504349543272135106734941211.5 风光互补控制器技术指标：技术指标ZYA（B）风机输入电压（V）三相AC5V19V太阳能电池输入电压（V）DC17.2V50V输出电压（V）DC21.8V28V额定输出电流（A）20A稳压精度1%稳流精度1%纹波系数0.5%蓄电池低电压保护值（V）21.8V断开/22V恢复蓄电池过电压保护值（V）28V断开/22V恢复控制功能通过单片机及软件编辑，智能控制电池的充电、接通、断开。保护功能太阳能电池、蓄电池反接保护、蓄电池电压过低断开保护、输入输出过、欠压保护、输入输出过流保护等.使用环境温度-4055； 1.6 灯杆技术要求：材质Q235A高度12M壁厚不小于3.5mm工艺经内外热镀锌处理后喷氟碳漆抗风等级不小于12级1.7 控制柜技术要求:由于控制柜是整个系统储能和放电部件的装载件，所以对其防水防盗要求很高，控制柜使用加厚钢板，在柜门内加装防盗门，用非标内六角开启。防盗门采用内嵌式，有效防止雨水渗入保证柜内部件的安全性。2. 设备间的连接电缆要求风力发电机与控制器连接电缆铜芯塑料绝缘线：BV-2.5控制器与蓄电池连接电缆铜芯塑料绝缘线：BV-6蓄电池间连接电缆铜芯塑料绝缘线：BV-6控制器与灯体连接电缆铜芯塑料绝缘线：BV-1.5灯体连接电缆铜芯塑料绝缘线：BV-1.5太阳能电池与控制器连接电缆铜芯塑料绝缘线：BV-1.53. 市电补偿供电系统要求适合而且满足负载用电需求，有需要时才配置。本方案应用条件不需要市电补偿。4. 基础要求道路灯基础要求：砼C20，内埋钢筋。基础深度不小于100cm。5设计方案配置清单项目规格数量单位单价(元/RMB)总价(元/RMB)风力发电机LK-100最大输出120w1台太阳能电池组件单晶硅， 120W2组灯杆Q235A，灯杆体经内外热镀锌处理后喷氟碳漆，高度12米，89mm,壁厚3.5mm1支LED灯具24V,90w1支控制器24V1支蓄电池150Ah/12V*2,铅酸阀控免维护2组控制箱密封，自排水1只太阳能板支撑架1套合计元（RMB）备注以上报价不含税、安装费、运费五交货期及质量保证：1交货期及安装1.1产品的交货期为合同生效后1-60天（依据不同的产品需求方式定）。1.2付款方式：合同签订生效后预付 50 %的货款，产品在工厂制作完成后、发货前付 50 %的工程款。1.3工程基础设施及安装由客户负责完成，依据客户要求和应用产品特性我公司会提供相关技术资料，安装期间我公司派出技术人员协助施工调试。2质量及可靠性保证为保证产品质量，提高系统的可靠性，我们在产品设计、材料筛选、工艺、整机老化各个阶段都严格遵守“高质、可靠”的宗旨。2.1可靠性设计：2.1.1冗余设计所有电路元器件均有使用冗余，以增强系统对本身动态环境适应性及对使用环境的耐冲击能力。2.1.2容错设计在数据通信、处理及存贮过程中，采用有效的容错技术，迅速纠正偶然错误，保证数据的正确无误。2.1.3标准化设计l 软件接口设计标准化l 电气安全设计标准化l 模块电路设计标准化l 工程施工设计标准化2.2.规范化生产在系统产品实现过程中的每个环节均直接影响系统效果和功能的正常发挥。我公司在产品生产过程严格遵守以下原则：2.2.1供应商资格核定：必须通过ISO9000质量管理体系认证。2.2.2来料检验（IQC）即使世界名牌厂家的元器件，其性能参数也具有一定的分布形态，必须对其进行科学的检测，才能保证产品质量一致性，我公司在元器件入库前进行严格检测，充分保证其性能符合应用需求。2.2.3过程检验(QC)在产品实现过程全工序实时检测，杜绝不良品流入下道工序。 2.2.4最终检验(QA) 产品交付前须经过严格的系统测试及验证，标示合格才能出货。六安装、调试及维护：1 浇注地基安装照明系统之前，应当浇注混凝土地基，并将预先制作好的钢筋地脚埋入混凝土地基中。混凝土地基埋入地下的深度应当根据安装地的土壤地质条件决定。地基表面应当用水平尺校正，使之水平，以保证灯杆竖起后，与地面垂直。2 穿线将灯杆运至安装现场。将风力发电机的法兰与灯杆顶端法兰对接，并紧固。将风力发电机连接电缆，太阳能电池板连接电缆，光源连接电缆，分别从灯杆上部穿入，从灯杆底部引出。可以使用铁丝等物辅助穿线。灯杆上部的引线应留出足够长度，以利于风力发电机、太阳能电池板和灯具的接线。将太阳能电池板连接电缆在灯杆底部那一侧的线头分别用绝缘胶布封住，以防止太阳能电池板短路。将风力发电机连接电缆在灯杆底部那一侧的三根线头短路连接。3 竖起灯杆将灯杆上部的风力发电机连接电缆、太阳能电池板连接电缆和光源连接电缆固定在灯杆上，以防起吊时电缆滑落。用吊车将灯杆徐徐吊起，使灯杆的底板定位螺孔落入地基的钢筋地脚螺杆中，然后用螺帽将灯杆底板紧固在地基上。用高空作业车将安装人员升至作业高度，进行后续安装。4 安装照明单元4.1将灯具安装在灯杆的支撑杆上。这一工作也可预先在地面完成，以减少高空作业的不便。4.2将灯杆上部引出的光源连接电缆穿过灯臂，然后将灯臂固定在灯杆上（如果灯臂与灯杆为一体化结构，则无需此步骤）。4.3将穿过灯臂的光源连接线与灯具连接好。5 安装太阳能电池单元5.1太阳能电池板支架安装在灯杆上，安装时以灯臂作为参照物，调整太阳能电池板支架的方向，确保太阳能电池板安装后朝向正南方向。方向调整完毕后，将太阳能电池板支架固定在灯杆上。5.2太阳能电池板安装在支架上，调整太阳能电池板的仰角，使之等于安装地点的纬度。5.3灯杆上部引出的太阳能电池板连接电缆与太阳能电池板连接好。6 组装风力发电机主机 见用户手册7 电气连接7.1将蓄电池、控制器等装入控制箱。7.2如果是24V系统，需先将两台12V蓄电池串联起来。7.3将风力发电机连接电缆的三根线分别与控制器接线端子标有风力发电机接线A、B、C的三孔连接。连接时无顺序要求。7.4将太阳能电池连接电缆的两根线与控制器接线端子标有光伏电池输入的两孔连接。7.6将光源连接电缆的两根线与 输出端连接（对于不需要 的光源，跳过此步）。7.7将输入端与控制器的输出端连接，连接时注意正负极性。对于不需要 的光源，将光源与控制器的输出连接，连接时注意正负极性。7.8将蓄电池组的正极与控制器接线端子的蓄电池正极孔相连；再将蓄电池组的负极与控制器接线端子的蓄电池负极孔相连。8 使用及维护8.1风力发电机运行中，严禁打开或更换保险，以避免人员被电击伤或损坏本机。8.2切勿在蓄电池极性接反的情况下，启动风力发电机，以免烧坏控制器。8.3详细的维护及使用见用户手册。七服务承诺：1派销售工程师负责实地考察地形、地理位置、风光资源、气候状况，设计最佳的技术方案；2派销售工程师现场指导土建施工，提高施工质量，缩短施工周期；3派销售工程师现场指导安装，务求每个环节高效、安全进行；4派销售工程师对路灯进行调试和试运行，确保路灯正常安全照明。5对用户、操作人员进行培训，熟练掌握系统的维护和操作。6定期进行回访，随时提供服务。按用户意见24小时内作出回复，接到产品故障信息，48小时内赶到现场处理；方案设计： 日期：方案审核： 日期：方案批准： 日期：