風光互補系統(tǒng)設計

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡整理，如有侵權，請聯(lián)系刪除，謝謝！目錄摘要121333344425557788934小結(jié)56結(jié)論致謝的171Abstract,..,,,.a,a;,a,.;;211.1可再生能源開發(fā)應用一次能源可以進一步分為再生能源和非再生能源兩大類型。再生能源包括太陽能、經(jīng)過多年的發(fā)展，我國可再生能源的開發(fā)利用已取得了很大進展。從風電資源開發(fā)來看，2003年底，全國并網(wǎng)風力發(fā)電裝機容量為5.69×10kW，風電裝機容量位居世界5第10位，已經(jīng)基本掌握單機容量7.5×10kW以下大型風力發(fā)電設備的制造能力，正在2開發(fā)兆瓦級的大型風力發(fā)電設備。從小水電發(fā)展來看，到2003年底，我國小水電裝機容量為3.08×10kW，近年來年均增長量在1.5×10kW以上。我國小水電設計、施工、76管理及設備制造在國際上處于領先地位。從太陽能技術發(fā)展來看，到2003年底，全國太陽能熱水器使用量達到5.0×10m，占全球使用量的40%以上。太陽能熱水器生產(chǎn)量72達1.0×10m，全真空玻璃管熱水器在世界市場上占據(jù)主導地位。從沼氣利用來看，我27國的沼氣技術開發(fā)始于上世紀50和80村居民生活用能。目前全國有戶用沼氣池1000多萬口，年產(chǎn)沼氣約3.0×10m。已建103成大中型沼氣工程1900多處，年產(chǎn)沼氣約1.2×10m。盡管我國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展103取得了很大進展，但與發(fā)達國家相比還有很大的差距，還遠遠不能適應我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的要求?？稍偕茉窗l(fā)展緩慢客觀上是風力發(fā)電、太陽能發(fā)電的成本難以與化石能源去競爭，但從國外的經(jīng)驗來看，關鍵是促進可再生能源發(fā)展的政策力度不夠所至。發(fā)展可再生能源利在社會，意在長遠，可再生能源很難與常規(guī)能源在市場上競爭，因此必須通過輔以特殊的能源政策，反映國家的意志，促進可再生能源的發(fā)展。[1]1.2風能資源現(xiàn)狀我國幅員遼闊，海岸線長，風能資源比較豐富。根據(jù)全國900多個氣象站陸地上離地l0m高度資料進行估算，全國平均風功率密度為100W每平方m，風能資源總儲量約32.26億kW，可開發(fā)和利用的陸地上風能儲量有2.53×10kW，近?？砷_發(fā)和利用的風9能儲量有7.5×10kW，共計約1.0×10kW。如果陸上風電年上網(wǎng)電量按等效滿負荷2.0109×10h5.0×10kWh2.5×10h，3312每年可提供1.8×10kWh電量，合計2.3×10kWh電量。[2]1313由于風能非常豐富、價格非常便宜、能源不會枯竭，又可以在很大范圍內(nèi)取得，非風能資源豐富的地區(qū)主要集中在北部、西北和東北的草原、戈壁灘以及東部、東南部的夏季風速小，降雨多，風能和水能具有非常好的季節(jié)補償。目前我國的風能利用方面與國際水平還在一定差距，但是發(fā)展很快，無論在發(fā)展規(guī)模上還是發(fā)展水平上，都有很大提高。據(jù)資料顯示，2004年全國在建項目的裝機容量約1.5×10kW，其中正在施工的15約4.2×106.8×104.5×101.0141414×10kW特許權項目。141.3太陽能資源現(xiàn)狀我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，全國各地太陽年輻射總量達3.3×10kJ/cm年，中值為5.86×10kJ/cm年。年日照時數(shù)在2200小時以上的地區(qū)約52223占國土面積的2/3以上。我國太陽能資源分布的主要特點有:太陽能的高值中心和低值中心都處在北緯22-35。這一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太陽年輻射總量，西部00地區(qū)高于東部地區(qū)，而且除西藏和新疆兩個自治區(qū)外，基本上是南部低于北部；由于南方多數(shù)地區(qū)云霧雨多，在北緯30-40°地區(qū)，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度0。[3]1.4風光互補供電系統(tǒng)的優(yōu)勢圖1-1是針對相同的天氣數(shù)據(jù)、相同的風力發(fā)電和光伏發(fā)電模型，其中最下端曲線代表的是風光互補的結(jié)果，中間曲線表示風力發(fā)電的結(jié)果，最上端曲線表示的是太陽能發(fā)電的結(jié)果。由圖1-1可清楚地看到在較高的可靠性（如LOLP=0.1）時，風光互補獨立供電系統(tǒng)成本最小，其次是獨立風力發(fā)電系統(tǒng)，而太陽能獨立供電系統(tǒng)成本最高。從仿真的結(jié)果上看，采取風光互補獨立供電系統(tǒng)是在這三種供電方式中最經(jīng)濟、最可靠的方式。[4]1.5存在問題期處于虧電狀態(tài)。使得蓄電池組使用壽命降低。1.6主要內(nèi)容通過介紹我國風能和太陽能資源情況，及風光互補研究進展，對風能、太陽能和風光互補進行了對比。確立了風光互補系統(tǒng)設計方案，為沈陽農(nóng)業(yè)大學工程學院農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)的專業(yè)科研樓（）的過道照明，立面亮化，路燈照明的用電進行風光互補發(fā)電的設計。在收集風能和太陽能資源的基礎上，確定院內(nèi)路燈、科布置。42光電系統(tǒng)的原理是將太陽能通過光電板轉(zhuǎn)化成電能，在通過控制器充電至蓄電池，然后通過逆變器對荷載供電。其優(yōu)點是系統(tǒng)的可靠性高、運行和維護成本低，缺點是造價成本高、部分地區(qū)的太陽輻射量較小，供能不足。[5]風電系統(tǒng)的原理是將風能通過小型風機轉(zhuǎn)化為電能，再利用控制器對蓄電池充電，然后通過逆變器對荷載供電。其優(yōu)點是系統(tǒng)單位時間發(fā)電量大，系統(tǒng)造價、運行和維護成本低，但是大部分地區(qū)風能供應量隨季節(jié)和天氣變化較大，可靠性不足。統(tǒng)在能量來源不足方面的問題。并且風電系統(tǒng)和光電系統(tǒng)整體原理相似，在電能存儲和價要低，系統(tǒng)的建造和維護成本趨于合理。[6]2.1風光互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交直流負載等部分組成，如圖2-1所示。該系統(tǒng)是集風能、太陽能及蓄電池等多大環(huán)節(jié)，即發(fā)電部分、儲能部分、控制部分及逆變部分。圖2.1.1發(fā)電部分5風能轉(zhuǎn)換成機械能，再通過風力發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能；光伏發(fā)電部分是利用太陽能電池板的光生伏打效應，將光能轉(zhuǎn)換成電能。在風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，風能和太陽能可以獨立發(fā)電也可以混合共同發(fā)電，具體要采用哪種發(fā)電形式，主要取決于當?shù)氐淖匀毁Y源條件和發(fā)電的綜合成本。通常情況下，在風能資源較豐富的地區(qū)宜采用風能發(fā)電，而在光照較好的地區(qū)宜采用光伏發(fā)電。就成本而言，風能發(fā)電的綜合成本要遠低于太陽能光伏發(fā)電的綜合成本。所以，根據(jù)風能和太陽能在時間和地域上的互補性，合理地將二者進行最佳匹配，既可實現(xiàn)供電的可靠性，又能降低發(fā)電系統(tǒng)的綜合成本。[7]（1）風力發(fā)電原理風力發(fā)電機組進行發(fā)電時，要求輸出電頻率保持恒定。這不論對風力并網(wǎng)發(fā)電還是風光互補運行都是必要的。要保證風電的頻率恒定，就要采取相應的措施。一種方式就是保證發(fā)電機的恒定轉(zhuǎn)速，即恒速恒頻的運行方式，因為發(fā)電機由風力機經(jīng)過傳動裝置進行驅(qū)動運轉(zhuǎn)，所以這種方式無疑要恒定風力機的轉(zhuǎn)速，這肯定會影響到風能的轉(zhuǎn)換效即變速恒頻運行。前面提到的風力機風能利用系數(shù)(該系數(shù)跟葉尖速比(葉輪尖的線速[8]與風速的比值)有關)，根據(jù)貝茲極限，存在某一確定的葉尖速比使Cp達到最大值。因[9]此，在變速恒頻的運行方式下，風力機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸值，從而更大限度地利用風能。風力機的能量轉(zhuǎn)化風輪從風中吸收的功率可以用下面的公式表示，即[10]1PCAV32(2-1)(2-2)pA=πR2P式中:為風輪輸出的功率,W；C為風輪的功率系數(shù)為0.593；pA為風輪掃掠面積,m；2ρ為空氣密度kg/m；3v為風速，m/s；R為風輪的半徑，m。不動了，然而空氣不可能完全停止，所以風力機的效率總是小于1。C量大小程度通過風能利用系數(shù)P的總能量之比，即WCWp(2-3)11WAV3210(2-4)W式中：是風輪吸收到的能量；W1為遠前方風的總能量；6是風力機遠前方風速。（1）光伏陣列發(fā)電原理V風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，由光伏陣列負責將太陽光輻射轉(zhuǎn)換成電能。光伏發(fā)電陣列是利用以光生伏打效應原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴散層是N區(qū)，兩個區(qū)的連接處稱為PN結(jié)。PN結(jié)形成一個電場。太陽能電池的頂部被一層減反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。光生伏打效應就是在這樣的結(jié)構(gòu)下產(chǎn)分離，于是一個外電場就產(chǎn)生了，將一個負載連接在太陽能電池的上、下兩表面間時，將有電流流過負載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負載流至電池的頂端。太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。[11]目前世界上有三種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池，即單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。單晶硅電池材料成本比較昂貴；多晶硅電池的效率一般要造價低廉，但是光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多用于弱光性電源，如手表、計算器等的電池。[12]太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，它的尺寸一般為4cm到100cm。太陽能電222將太陽能電池單體進行串聯(lián)、并聯(lián)并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)并封裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，它可以滿足負載所要求的輸出功率。[13]2.1.2控制部分控制部分主要是根據(jù)風力大小、光照強度及負載變化情況，不斷地對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié)。風光互補控制器，是整個系統(tǒng)中最重要的核心部件，一般采用載，另一方面把多余的電能送往蓄電池組儲存起來，當發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池儲存的電能送給負載。在這一過程中，控制器要控制蓄電池不被過充或過放，從而保證蓄電池的使用壽命，同時也保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。2.1.3儲能部分蓄電池在整個發(fā)電系統(tǒng)的作用：一是儲能，由于自然風和日照是不穩(wěn)定的，在風、日照充足的條件下，可以存儲供給負載后多余的電能，在風力、日照不佳的情況下，可由于自然風的變化極大，隨機性強，使得電壓浮動范圍很大，通過蓄電池調(diào)節(jié)，供電電壓可以保持穩(wěn)定；三是風光互補，風力發(fā)電與光伏發(fā)電是兩個獨立發(fā)電系統(tǒng)，它們在某個時刻的發(fā)電強度有很大差別，利用蓄電池可以將二者產(chǎn)生的電能結(jié)合起來，實現(xiàn)二者的互補。蓄電池容量配置是否合理，對小型風光互補發(fā)電的技術經(jīng)濟指標影響很大。鉛酸蓄電池價格低廉、性能可靠、安全性高，且技術上又不斷進步和完善。本文采用鉛酸蓄電來，使用時再將化學能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來外，還起到能量調(diào)節(jié)和平衡負載的作用。[14]7電，放電時電流從正極流出，經(jīng)用電器流向負極。在蓄電池內(nèi)部的電流方向則與上述方向相反，電流是從負極流向正極的。在電流的作用下，電解液內(nèi)部處于電離狀態(tài)，硫酸和正負極板上的活性物質(zhì)反應形成硫酸鉛，硫酸量逐漸減少，硫酸中的氫和正負極板上程度和確定放電終了的主要標志。必需注意在正常使用情況下，蓄電池不宜放電過度，否則，將使和活性物質(zhì)在一起的細小硫酸鉛結(jié)成較大的結(jié)晶，增大了極板電阻，影響充電時的還原。鉛蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)換成化學能的過程。若使鉛蓄電池在放電終了后，使正負極板上的生成物質(zhì)恢復為原來的活性物質(zhì)，就必須具備一定的條件，這個條件是利用直流電源進行充電。充電的過程與放電過程正好相反，鉛蓄電池內(nèi)部電流方向是從正極流向負極，充電的電流即從負極流出，經(jīng)過充電設備流向正極。在充電電流的作用下，正負極板上硫酸鉛分形成二氧化鉛和鉛，硫酸反回電解液中，當電池充電后，兩極板活性物質(zhì)被恢復為原來的狀態(tài)，而且電解液中的硫酸成份增加，水份減少。鉛蓄電池充電終期可由電解液相對密度的大小來判斷。充電終期時，由于正負極上的硫酸鉛已大部分轉(zhuǎn)變成二氧化鉛和海綿狀鉛。如果再繼續(xù)充電，充電電流只能起分解水的作用，結(jié)果在負極板便有氫氣逸出,在正極板則有氧氣逸出，形成強烈的冒氣現(xiàn)象。因此充電終期，電流不宜過大，否則，產(chǎn)生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質(zhì)脫落，所以充電電流應適當?shù)臏p小。不發(fā)電或出現(xiàn)短路故障時，儲能部件通過太陽能電池方陣放電，這種對太陽能電池的反它必須能承受足夠大的電流，而且正向?qū)ǖ碾妷航狄?，反向飽和電流也要小。一般可選用合適的整流二極管作為防反充二極管。[15]2.1.4逆變部分逆變器的作用是把蓄電池中的直流電能變換成交流電，供交流負載設備的正常使用，可由一臺或幾臺逆變器組成同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。[16]由于蓄電池輸出的是直流電，因此只能給直流負載供電。而在實際生活和生產(chǎn)中，用電負載有直流負載和交流負載2種，當給交流負載供電時，必須將直流電轉(zhuǎn)換成交流電提供給用電負載。逆變器就是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置，也是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，系統(tǒng)對其要求很高。此外，逆變器還具有自動穩(wěn)壓的功能，可有效地改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。直接關系到整個系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性、有效性和可靠性。在并網(wǎng)式風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，在時間上的互補性，而且由于光伏發(fā)電和風能發(fā)電各自的特點也很不相同，所以光伏發(fā)變系統(tǒng)，最后在當?shù)仉娋W(wǎng)處整合并網(wǎng)。2.1.5風光互補發(fā)電系統(tǒng)智能充電控制的設計在風光互補發(fā)電系統(tǒng)中逆變器輸入端的能量來源于蓄電池，而蓄電池中儲存的能量均用電量所決定。最大用電負荷是選擇系統(tǒng)逆變器容量的最根本依據(jù)，而平均日發(fā)電量8況也是確定光電板和風機容量的另一個依據(jù)。方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，也關系到蓄電池的使用壽命。選擇合理的充電控制方法尤為重要。本設計采用了基于單片機控制的三階段智能充電方法。所謂三階段智能充電是指充電過程中的3個階段，即主充電階段、限流充電階段、浮充階[17]段。第一階段主充電階段，由電壓采樣電路獲取蓄電池的電壓狀況，當電壓小于標準開路電壓時，由最大功率點跟蹤策略來找出風光互補系統(tǒng)的最佳工作點，以最大功率點電范圍之內(nèi)。保持大電流充電至后，進入第二階段。第一階段的充電程度可達70%～90%。蓄電池仍未充滿，但是為了避免充電電流過大而造成電池極化，要對充電電流進行逐漸充電流一般為0.015C）值時，第二階段結(jié)束。進入第三階段。第二階段的充電程度近100%。但為了防止蓄電池淺放電，并且使端電壓維持在相對穩(wěn)定的值域，要對其進行浮充電。即以浮充電流值對蓄電池進行涓流充電，直到蓄電池虧電，然后進行下一個周期的充電過程[18,19]2.1.6用電負載并網(wǎng)用風光互補發(fā)電系統(tǒng)的用電負載根據(jù)不同的系統(tǒng)布置會有一定的區(qū)別。在可調(diào)。度式系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)有蓄電池存在，因此可以同時滿足直流負載和交流負載的兩種負載形式，通過逆變控制器可以協(xié)調(diào)直流負載與交流負載同時工作且滿足并網(wǎng)需求；在不可調(diào)度式系統(tǒng)中，蓄電池不存在，光伏陣列和風力機組生產(chǎn)的電，主要通過逆變器轉(zhuǎn)化為交流電進入了電網(wǎng)，因此它的主要負載就是交流負載，為了滿足直流負載的需要，必此時風光互補生產(chǎn)的電能的使用方式等同于對當?shù)仉娋W(wǎng)電能的使用方式。[20]93123度15分至124度4542度42分至44度20分，位于中國東北地區(qū)南部，遼寧省中部，以平原為主，山地、丘陵集中在東南部，遼河、渾河、秀水河等途經(jīng)境內(nèi)。年平均氣溫平均氣溫8.3℃，全年降水量500mm，全年無霜期183天。受季風影響、降水集中、溫差較大、四季分明。冬寒時間較長，近六個月，降雪較少；夏季時間較短，多雨。春秋兩季氣溫變化迅速，持續(xù)時間短：春季多風，秋季晴朗。沈陽地區(qū)的年平均風速2.9m/s左右，其中第二季度平均風速最大，各月平均風速可達月較小。受季風環(huán)流控制，風向有明顯季節(jié)變化。秋冬季節(jié)主導風向為偏北風，平均風速較小，春夏季節(jié)主導風向為偏東南風，平均風速較大。年極大風速13.4m/s～22.4m/s。的年平均風速要高于沈陽市年平[22]均風速。通過對沈陽地區(qū)，特別是的風光資源條件的綜合調(diào)查和分析?？梢灾谰哂心耆照諘r間2060小時。我國對不同太陽能輻射量的區(qū)域分為五類，沈陽地區(qū)屬于四類地區(qū)，全年日照時數(shù)為1400-2200小時，每年輻射量在419-502kJ/cm，太陽能資源基2本符合光伏發(fā)電條件，但是如果只是利用光伏太陽能板發(fā)電供電，顯然不具備優(yōu)勢。風為推廣風光互補服務提供了極好的自然條件。因此在明系統(tǒng)具有可行性。123度的道路照明中建設風光互補照30分，緯度為43度5分，常年平均風速2.9m/s，月有效太陽輻射平均值為430MJ/m，2本工程占地面積為778.66m3176.61m標高為72.60m建筑物長51.4m寬2214.4m高18.6m,本工程為框架結(jié)構(gòu)，地上四層。正廳左側(cè)為秸稈研究室右側(cè)為生物質(zhì)油研究室。主要用于科研研究共有各類實驗室14間，會議室2間，其它一些配套房間16層有過道需要過道照明每層樓需要照明燈7盞，共21盞。基地入口右側(cè)為東北地區(qū)農(nóng)村沼氣科技創(chuàng)新示范基地高7m寬5長25m?；芈访鎸?m入口30m處有個90°的拐彎，然后有個直路長100m。圖圖3.1風能資源根據(jù)查閱文獻得出沈陽地區(qū)多年來每天風速變化如表3-1和每月平均風速如表3-2。表13579表123445637893.2太陽能資源根據(jù)查閱文獻得出沈陽地區(qū)多年來每月平均輻射值如表3-4和每天輻射變化值如表3-5。表123456789）2表103057900）023.3氣象數(shù)據(jù)根據(jù)查閱文獻得出沈陽地區(qū)多年來每月每月陰天天數(shù)如表3-6。表12735485766768697767644.1路燈燈源的選擇4.1.1高壓鈉燈與LED對比分析高壓鈉燈作為傳統(tǒng)的路燈燈源所以下面主要對高壓鈉燈和半導體LED光源在道路照明中的應用進行對比分析，相關數(shù)據(jù)來自當?shù)豅ED照明生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)，主要對比其光效，色溫，壽命，維護等方面的參數(shù)。4.1.2光源性能對比分析LED燈的燈具光效要略優(yōu)于鈉燈，隨著LED技術的發(fā)展和成熟，燈具光效會再大大的提高。小功率照明路燈，如果采用高壓鈉燈，其整燈有效光效只有為45~60Lm/W，而LED路燈可達到80~85Lm/W。從光20%以上。但是對于大功率的路燈，高壓鈉燈的發(fā)光效率可以達到70-75Lm/W，而LED路燈目前的功率應用最多的還是250W以下級別。因此簡單的認為LED路燈比高壓鈉燈路燈具有優(yōu)勢是不客觀的。路燈是采用半導體元件激發(fā)光子，因此在正常使用條件下其理論壽命都比較長，其壽命可達了50000小時。照明燈具行業(yè)70%的使用時間規(guī)定一般裝飾燈為15000小時，其它燈為25000小時。但是路燈的運行壽命還要考慮燈具透鏡，密封配件，電源配件等元件的影響，一般以所有部件的最短壽命為燈具壽命。一般LED路燈在正常運行條件下能達到35000小時左右，而金屬鹵化物燈的壽命在6000-12000小時，高壓鈉燈的使用壽命在20000小時左右?？梢奓ED路燈在使用壽命上大大超出傳統(tǒng)氣體放電光源燈具，具有很強的實用性。LED燈具的色溫在3500-7000K之間，顯色指數(shù)可以達到80～95。而傳統(tǒng)高壓鈉燈的色溫范圍在1900-2100KRa在數(shù)較低，顯色性較差，對物體原有色彩的還原性較差，不利于周邊環(huán)境色彩的還原和藝術的表現(xiàn)；LED光源顯色指數(shù)比較高，顯色性比高壓鈉燈好，能很好的還原被照物體的色彩。但是色溫偏冷，高壓鈉燈的色溫比較接近自然光。發(fā)光量的調(diào)節(jié)對燈具具有重要的意義，半導體燈具有較完美的調(diào)光性能。因為半導LED燈還可以采用PWMLED的特殊的發(fā)光結(jié)構(gòu)，可以通過調(diào)節(jié)電壓占空比和電壓頻率等參數(shù)來有效的調(diào)節(jié)半導體光源的強度。在燈具效率方面，高壓鈉燈燈具是360空間發(fā)光，燈具需要將半空間的出射光線°通過反射投射另一個方向的空間，這就會由于光的吸收和對自身擋光而降低燈具效率。LED燈具的光通量損失比較小，因為與傳統(tǒng)燈具不同，半導體發(fā)光有定向的特性，使用發(fā)光二極管作為光源的燈具，光效損失比較小，光線的利用率比也較傳統(tǒng)燈具高。高壓鈉燈的色溫2000－2500K之間，主要是黃光，色溫偏暖，對穿霧性較強。半導體LED路燈的色溫在5300K左右，色溫偏冷，但是顯色性好。整體來說在有霧、多塵的條件下，高壓鈉燈在機動車導向方面有優(yōu)點。4.1.3光源電氣特性比較高壓鈉燈的不足之處就是無法通過電壓來調(diào)整發(fā)光量，不僅如此，高壓鈉燈對供電啟需要10min-15min缺失。而LED燈的開關性能好，不需要預熱，在通電的時候可以同步點亮或者關閉?？梢酝ㄟ^控制器的PWM（脈沖寬度調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控調(diào)節(jié)來調(diào)整燈具光亮，調(diào)整燈具的發(fā)光功率等參數(shù)，工程實用性和可靠性要由于傳統(tǒng)高壓鈉燈。LED路燈采用發(fā)光二極管作為光源，具有功耗低的特點，采用低壓供電，需要相應的整流和變壓設備，但是運行問題，壽命長，且不含有害金屬汞。相反，高壓鈉燈的發(fā)光氣管中含有汞金屬等有害元素，在收到破壞，老化和廢品處理時都會產(chǎn)生環(huán)境污染。4.1.4光源對比分析結(jié)論4-1所示：表1234567891通過調(diào)研和上文的分析，由于近年來LED行業(yè)的迅速發(fā)展，使前幾年LED光源光效低，燈具整體功率低的問題得到改善，目前的LED光源國內(nèi)行業(yè)可以制作100-120Lm/W甚至更高的小功率發(fā)光二極管，LED行業(yè)的前景非常廣闊，因此在園區(qū)路燈選用LED光源是一種節(jié)能，綠色，應用新科技的綜合考慮，更是長期運行較為經(jīng)濟的策略。4.2道路照明方式方式。本工程應用中采用的是燈具安裝在高度＜15m的燈桿上進行照明的常規(guī)（桿）照明。根據(jù)《城市道路照明設計標準》CJJ45--2006的照明標準如表4-2所示對有地理位置分布，選擇道路所需的照度。[22]表級別平面照UT比SRE1L）度U最勻度UE2值oLⅠⅡⅢ上表中表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。在計算水泥混凝土路面時，路面的平均照度值可同級別降低約30%設計。5m雙向機動車道屬于的是城市次干路，所以選擇低一檔平均照度為10LX。4.3路燈分布方式采用常規(guī)照明方式時，應根據(jù)道路橫斷面形式、寬度及照明要求進行選擇，并應符圖4-1所示要求：圖置具的仰角在一般情況下不得大于15°，本工程應用中選擇仰角5°的常規(guī)路燈結(jié)構(gòu)，懸梁長度按照規(guī)范中不宜超過安裝高度1/4的規(guī)定，選擇廠家符合規(guī)定的尺寸型號。[23]根據(jù)的道路使用情況，道路為一級道路5m宜采用單側(cè)布置方式。4.4道路的有效寬度計算相同。W=Ws-XLeff（4-1）式中：W為單側(cè)排列路面有效寬度，m；effW—路面實際寬度，m；sXL—懸挑長度，m；路面寬5m，懸梁約0.75m，有效寬度為W-XL=5-0.75=4.25ms4.5路燈的安裝高度與間距4-3所示進行選取設計。表截光型半截光型非截光型置置常規(guī)車行道燈根據(jù)配光分為截光、半截光、非截光三種類型，截光型燈具的最大光強方向是065°，半截光型的最大光強度是075°。在指定的角度方向上所發(fā)出的光~~強最大允許值，截光型車行道燈超過了90°，而非截光最大只能達到80°，快速路主干道及迎賓路、通向政府機關和大型公共建筑的主要道路、市中心或商業(yè)中心的道路、大型交通樞紐等干道嚴禁采用非截光車行道燈，在次干道支路、主要供行人機動車通行的居住區(qū)道路不得采用非截光車行道燈。[24]根據(jù)表4-3，路面宜采用半截光型燈具并選定相應的間距和高度，根據(jù)LED燈具的特性和景觀照明需要，均選用半截光型燈具，并做如下分析計算。道路寬5m采用單側(cè)布置所以安裝高度H大于或者等于1.2×5=6m，可選擇某廠6m高風光互補路燈，光源高約5m，間距S小于或者等于3.5×5=16.5m。設計選擇路燈間距16m。4.6道路照明照度設計計算4.6.1利用系數(shù)法路面平均照度，本文采用利用系數(shù)法進行設計計算，利用系數(shù)表是由燈具生產(chǎn)商提供，可以通過相關的系數(shù)對照明平均照度進行計算。Eav（4-2）式中：μ為路燈的利用系數(shù)取0.7；N為路燈的光源數(shù)量單側(cè)道取1；K為路燈維護系數(shù)取0.74；S路燈間距，m；W為路面實際寬度，m；及照明要求選用的均為安裝仰角的一級道路5m人行機動車寬路段利用系數(shù)為0.74。4.6.2道路的光通量計算有1個主要路段在前文中進行了路面照度的分析，根據(jù)利用系數(shù)法我們可以計算出各路段燈具的光通量需求：Eav（4-3）E式中：為根據(jù)規(guī)范和道路選擇的最低平均照度；avμ為路燈的利用系數(shù)；K為路燈維護系數(shù)；S路燈間距，m；W為路面實際寬度，m；5m道路照明光源光通量Φ=（5×5×16）÷(0.74×1×0.7)=772Lm4.6.3道路照明光源設計根據(jù)本章的選擇分析和計算，對的道路照度和分布設計進行計算，同時根據(jù)相關數(shù)據(jù)結(jié)論選定LED70-80Lm/W選取如表4-4所示：表寬置源距道置4.7設計要求負載：每盞路燈20W，按照沈陽的日照情況，風光互補路燈及太陽能路燈的照明時間應該滿足每天1012小時的工作時間。以每天10小時進行估算；其日用電量為：~W=20×10=200Wh日蓄電池：根據(jù)沈陽的氣象數(shù)據(jù)，設計保證連續(xù)5個陰雨天路燈都可以正常工作所以設計總用電為1kWh；對系統(tǒng)一般采用冗余設計，估算的日用電總量按照計算負荷用電量的1.2倍計算，因此根據(jù)式4-4，式4-5進行總量估算。WW120%（4-4）總?cè)誛Q（4-5）總ULLW；總Q；LUV。LWW120%=240Wh總?cè)?4024WQ10Ah總ULL4.8蓄電池的容量的確定根據(jù)具體的路燈型號、功率、路燈盞數(shù)和每日用電時間確定負載月用電量。顯然路燈的用電量為一恒定值，即是均衡負載。蓄電池的容量C主要由蓄電池備用天數(shù)n和系統(tǒng)日耗電容量Q確定。LQnC(4-6)LCB式中：—蓄電池容量，Ah；CBγ—安全系數(shù)；τ—溫度修正系數(shù)；C—蓄電池最大放電深度；n為蓄電池連續(xù)供電的天數(shù)；其中安全系數(shù)選1.11.2本文取1.1；蓄電池備用天數(shù)選擇最長陰天數(shù)5天；沈陽~地區(qū)地下1m深度溫度均在式4-6可算出，20WLED的路燈的系統(tǒng)的蓄電池容量為：1.11051QnC73.3AhLC0.75通過測算，20WLED風光互補路燈選用100Ah鉛酸蓄電池；B4.9太陽能電池板發(fā)電能力測算及計算太陽能電池板主要是由硅元素組成，目前單晶硅電池板轉(zhuǎn)換效率較高，多晶硅在弱光環(huán)境下較為有效。本工程應用的太陽能電池板的配置選擇是單晶太陽能電池組件，轉(zhuǎn)換率10%以上，壽命2025年。同時，光伏元件受溫度、日照強度、陰影遮擋、晶體結(jié)~構(gòu)及負載阻抗等諸多因素的影響。[25]果，一般需將電池板面與入射陽光垂直。所以可根據(jù)季節(jié)的變化，選取適當?shù)膬A斜角，以達到最大的效率。查資料得沈陽在14點18分的時候為一天的負荷峰值。[17]傾斜角＝（一天中負荷的峰值時刻（24小時制）－12）×15＋（經(jīng)度－116）傾斜角=（14.3-12）×15+（123.2-116）=41.69°所以安裝角取41.69°時太陽能利用效率最高太陽能電池板月發(fā)電量的數(shù)學公式：HFFFFFAE（4-7）mtipso式中：—太陽電池組合板第i月發(fā)出的電能，kWh；EsiH—組合板平面第i月單位面積上接受的輻射量，MJ/m；2Tiη—組件的轉(zhuǎn)換效率,通常為8%～16%；mF—第i月組件轉(zhuǎn)換效率的溫度修正因子；tiF—組件的封裝因子,有效電池面積與組件總面積之比,通常F＞0.8；ppF—積塵因子,組件表面積塵時的發(fā)電量與表面完全清潔時的發(fā)電量之比，對于s戶用系統(tǒng)F取1；sFμμ=0.95；F—由于材料老化、性能下降等其它因素影響組件輸出功率的修正因子，一般F00取0.98；A—太陽能電池板的總面積，m。2此次取最低輻射值月份的輻射值為設計參數(shù)具體如表4-5所示，4-6為根據(jù)最低輻射值所算出的該類型的電池板所發(fā)的電量。表123456789）4.10風力發(fā)電機組發(fā)電能力的測算本系統(tǒng)選用300W永磁風力發(fā)電機，風機輸出三相交流電，經(jīng)過風光智能控制器給蓄電池充電。具體參數(shù)如表4-7所示，該型號風力發(fā)電機輸出功率如圖4-2和表4-8所摩擦力，以減少傳統(tǒng)風機因葉輪在超大風速作用下旋轉(zhuǎn)時的軸向摩擦力，這對提高風機旋轉(zhuǎn)速度，減小軸向摩擦，增加發(fā)電量，意義重大；同時風機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)時的徑向摩擦力可減小70%以上，極大地減少了摩擦阻力，起動風速為2m/s，明顯優(yōu)于普通風力發(fā)電機。[26]表型號500W400300率功20010001234567891011風速（m/s）圖表3458930W。W=K×P×24（4-8）風均V均式中：—風力發(fā)電機組日平均風速發(fā)電總量，Wh；W風均K—修正系數(shù)，取1.2；P—年平均風速值時發(fā)電機組輸出功率，W。V均根據(jù)上面的公式，可得日平均風速發(fā)電總量W=K×P×24=864Wh風均V均200W風力發(fā)電機和LNGF-85W太陽能電池5天的無風陰天極限天氣照明需求。4.11風光互補路燈系統(tǒng)控制器的選擇的電能，而且還要負責對系統(tǒng)的控制和保護作用。通過充放電的控制可以同時利用太陽能和風能,提高風能和太陽能的綜合利用效率?？刂破鞅仨毦哂酗L力發(fā)電充電電路和光伏充電電路,兩充電通道要各自獨立和有效隔離。[27]由于風光互補路燈是離網(wǎng)式路燈，因此每個系統(tǒng)均為獨立電源和獨立控制系統(tǒng)，要做到統(tǒng)一調(diào)度比較困，因此現(xiàn)在不少廠家都開發(fā)出可以通過RJ（各種不同接頭的一種類型）接口或是擴展聯(lián)網(wǎng)模塊的控制器，為了工程的經(jīng)濟性，本工程應用中不采用這種新型的控制器。4.12防雷擊配置使用在戶外嚴酷天候條件下，容易遭受雷電天氣，其使用環(huán)境普遍存在感應雷，有時甚至存在直擊雷，而且LED路燈中使用了大量的電子元器件和芯片，這些元件對雷電的抵應根據(jù)GB_50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》相關條目進行配置。安裝避雷短針，通過路燈燈杠鋼結(jié)構(gòu)作為引下線，如果接地電阻不達標可以獨立設置引的接地極應該按照符合建筑防雷設計規(guī)范預留不小于1.5m間隔距離。4.13小結(jié)在路燈照明應用方案中采用采用半截光型的風光互補LED路燈和太陽能供電LED景觀路燈。其中一級道路5m雙向機動車車道路段選用的路燈為：燈架高為6m，光源距地面直線距離約5m。按照道路總長進行配置，一級道路5m行人和機動車寬路段的安裝路燈間距16m，道路總長約200m，配置20WLED太陽能景觀路燈約12盞，交匯處按實際工程需要進行配置，路燈按單側(cè)布置。光源6m高的風光互補路燈配置100Ah在路燈基座下，另設控制箱在燈杠底部，配置相應的風光互補控制器，并做防雷配件。選用峰值功率LNGF-85W太陽能發(fā)電板負責為路燈發(fā)電供電。55.1設計要求負載：每盞過道燈5W，每層共7盞，只有2、3、4層有過道總共21盞。每天平均工作6h×5W×21盞=630Wh；立面亮化每天用電2kWh。所以過道和立面亮化一天總用電為0.63+2=2.63kW取3kW；蓄電池：保證連續(xù)5個陰雨天可以工作。5.2蓄電池容量的確定蓄電池組件容量根據(jù)（4-4,5，6）計算：U取24vLWQ125Ah總ULL1.112551QnC916AhLC0.75B5.3發(fā)電機型號選擇盡管風力發(fā)電機多種多樣，但歸納起來可分為兩類：①水平軸風力發(fā)電機，風輪的旋轉(zhuǎn)軸與風向平行；②垂直軸風力發(fā)電機，風輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。(1)水平軸風力發(fā)電機水平軸風力發(fā)電機科分為升力型和阻力型兩類。升力型風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)速度快，阻力型旋轉(zhuǎn)速度慢。對于風力發(fā)電，多采用升力型水平軸風力發(fā)電機。大多數(shù)水平軸風力發(fā)電機具有對風裝置，能隨風向改變而轉(zhuǎn)動。對于小型風力發(fā)電機，這種對風裝置采用。[28]機。水平軸風力發(fā)電機的式樣很多，有的具有反轉(zhuǎn)葉片的風輪，有的再一個塔架上安裝多個風輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本，還有的水平軸風力發(fā)電機在風輪周圍產(chǎn)生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。風力水平軸風力發(fā)電機的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所受的就是一個交變載荷，這對于葉片的疲勞[29][30]強度是非常不利的。另外，水平軸的發(fā)電機都置于幾十米的高空，這給發(fā)電機的安裝和維護檢修帶來了很多的不便。(2)垂直軸風力發(fā)電機是一大優(yōu)勢，它不僅使結(jié)構(gòu)設計簡化，而且也減少了風輪對風時的陀螺力。利用阻力旋轉(zhuǎn)的垂直軸風力發(fā)電機有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風輪，這是一種純阻型風車，具有部分升力，但主要