風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)初始化設(shè)計(jì)方案

風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)初始化設(shè)計(jì)方案1.1當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)資料（1）北京地區(qū)全年各月的月平均太陽(yáng)輻射值單位：MJ/(m2?d)（2）北京地區(qū)年平均風(fēng)功率密度色斑圖單位：w/m21.2燈源及燈桿設(shè)計(jì)1.2.1照明方式的選擇根據(jù)機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值。路燈位置選擇設(shè)置在昌平區(qū)的次干路上。選取截光型路燈。且不用太高等級(jí)的照明條件，同時(shí)考慮到成本問(wèn)題，最終選擇單側(cè)照明方案。路燈排列方式如圖：1.2.2燈桿高度及路燈間距的計(jì)算根據(jù)《城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)》截光型路燈的高度最小為路面寬度，即7.5米；路燈間距最大為三倍燈桿高度，即22.5米。所以最終參數(shù)選定為：H=7.5m，S=22.5m燈桿的高度應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)的地理環(huán)境來(lái)決定，保證風(fēng)力機(jī)組的使用不受影響。太陽(yáng)能電池組件的安裝一般以不與風(fēng)力機(jī)組的風(fēng)葉相干涉為準(zhǔn)，同時(shí)要注意保證太陽(yáng)能電池組件不被燈桿遮擋。所以燈源的高度為7.5m，燈桿的高度為10m。1.2.3路燈燈源的選擇1.材質(zhì)：高純度鋁質(zhì)反射器、燈殼及散熱體；高強(qiáng)度鋼化玻璃罩；大功率LED光源；高效率進(jìn)口恒流源。2.太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中的光源要滿足以下2個(gè)條件：a.壽命要長(zhǎng)，光衰要低，這樣才能體現(xiàn)高品質(zhì)照明系統(tǒng)，太陽(yáng)能照明系統(tǒng)一般也是提供長(zhǎng)時(shí)間質(zhì)保期的。b.為盡可能的降低初期投入成本，事必要減小晶硅片面積和蓄電池容量，這是由電流來(lái)決定的。所以相同功率的光源實(shí)際工作電流越小越好，這樣整體造價(jià)就會(huì)下降。光源的價(jià)格在整個(gè)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中所占的比例很小很小。1.適用場(chǎng)所：城市道路，人行道，廣場(chǎng)，學(xué)校，公園，庭院，居住區(qū)，廠區(qū)以及其他需要室外照明的場(chǎng)所。4.功率選擇：光源照度15lx,LED發(fā)光效率75lm/w15×H×S/（0.95×0.9×75）=39.47W取燈源功率為40W1.2.4燈桿強(qiáng)度根據(jù)《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和《小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》的相關(guān)要求，燈桿應(yīng)與風(fēng)力機(jī)組的自振頻率相差很大，可以抗12級(jí)臺(tái)風(fēng)。最終選定的燈桿厚度為5mm，強(qiáng)度校核如下：(1)計(jì)算依據(jù)a)風(fēng)速V=120km/h(十二級(jí)風(fēng))b)基本風(fēng)壓=0.7MPac)整基桿風(fēng)振系數(shù)取1.3d)設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)：①、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001②、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2002③、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003④、《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ135-90(2)設(shè)計(jì)條件基本數(shù)據(jù)：170W硅鐵模塊距地面高度10m，面積1.34,每塊重量45kg,220W硅鐵模塊距地面高度7m，面積1.74,每塊重量30kg,燈桿截面為圓形，燈桿上口徑直徑d為120mm，底部下口徑直徑D為260mm，厚度δ=5mm。法蘭厚度為20mm,直徑500mm。材料為Q235鋼，屈服強(qiáng)度為f屈=240N/，燈桿高度為10m，路燈含模塊燈頭總重為380kg。(3)燈柱強(qiáng)度計(jì)算a)風(fēng)載荷系數(shù)=βz·μs·μz·μr·式中：—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）；βz—高度z處的風(fēng)振系數(shù)；μs—風(fēng)荷載體型系數(shù)；μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μr—高聳結(jié)構(gòu)重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù)，對(duì)重要的高聳結(jié)構(gòu)取1.2。b)太陽(yáng)能板：高度為10m和7m風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz取1.38風(fēng)荷載體型系數(shù)μs=0.8μr=1.2整基桿風(fēng)振系數(shù)βz取1.3燈盤風(fēng)載荷系數(shù)WK1=βz·μs·μz·ur·=1.3×0.8×1.38×1.2×0.7=1.2kN/c)燈桿：簡(jiǎn)化為均布荷載風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz取1.38風(fēng)荷載體型系數(shù)μs=0.6μr=1.2整基桿風(fēng)振系數(shù)βz取1.3燈桿風(fēng)載荷系數(shù)WK2=βz·μs·μz·μr·=1.3×0.6×1.38×1.2×0.7=0.90kN/d)太陽(yáng)能板及燈桿迎風(fēng)面積=(1.34+1.34)×Sin22°=0.96㎡=1.74×Sin22°=0.63㎡=(0.12+0.26)×10/2=1.9㎡(4)內(nèi)力計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值：M=+M=γQ×××10m+γQ×××5m=1.4×1.2×0.96×10+1.4×1.2×0.63×7+1.4×0.90×1.9×5=35.5kN·m最大剪力V=γQ××+γQ××=5.05kN式中γQ---載荷組合系數(shù)(5)燈柱根部應(yīng)力燈柱根部最大應(yīng)力應(yīng)小于燈柱材料的許應(yīng)力即ξmax=M/W+P/ψA+2V/A式中M/W—彎曲應(yīng)力P/ψA—軸向應(yīng)力2V/A—剪應(yīng)力由前面計(jì)算出燈柱總彎矩為M=34.25kN·mW—抗彎截面系數(shù)W=I/yI為截面慣性矩y為應(yīng)力點(diǎn)到中性軸的距離截面慣性矩I=∏(-)/64d------燈柱根部?jī)?nèi)徑D------燈柱根部外徑I=1.14×[-]/64=0.32×108彎曲應(yīng)力бmax=M×y/I=35.5×106N·mm×130mm/0.32×108=144.2N/=144.2MPa軸向應(yīng)力---P/ψAP—軸向負(fù)荷P=路燈總重=380kgψ—穩(wěn)定系數(shù)A—燈桿根部截面積。當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比λ=2L/i=(2x10000)/(0.707x130)=218時(shí)查表得ψ=0.103式中:L—燈桿高度10000mmi—0.707R.R=260/2=130軸向應(yīng)力P/ψA=(380×9.8)/(0.103×4.08×103)=8.86N/=8.86MPa最大剪應(yīng)力τmax=2V/A=(2×5.05×103N)/4.08×103=2.47N/=2.47MPa式中V----最大剪力燈柱根部最大應(yīng)力為ξmax=144.2+8.86+2.47=155.53MPa由于ξmax=155.53MPa<屈服強(qiáng)度是安全的。1.3蓄電池的選擇1.1.1蓄電池的選擇應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池和其他適合風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電使用的新型蓄電池；蓄電池組的串聯(lián)電壓必須與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓相匹配，同時(shí)也必須與太陽(yáng)能電池組件輸出電壓相一致；蓄電池的容量是由日最低耗電量，設(shè)定的連續(xù)陰天的天數(shù)，最長(zhǎng)無(wú)風(fēng)期的天數(shù)和蓄電池的技術(shù)性能，如自放電率、充放電效率和放電深度等因素共同確定的。1.1.2蓄電池的計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為40W/24V的負(fù)載說(shuō)明計(jì)算。假定負(fù)載滿負(fù)荷工作的情況下，按每天使用12小時(shí)計(jì)算，要求蓄電池在滿充后至少可以持續(xù)提供負(fù)載2天的電力,現(xiàn)有的蓄電池標(biāo)稱功率均以Ah來(lái)計(jì)。設(shè)：x為負(fù)載功率值，y為蓄電池容量值，1.2是預(yù)留系數(shù)：xW×12h×2d×1.2＝24V×yAhy＝96Ah取蓄電池容量100Ah，選用2塊12V/100Ah蓄電池串聯(lián)即足夠滿足要求。1.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)1.4.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的選擇由當(dāng)?shù)氐哪昶骄L(fēng)速，最低月平均風(fēng)速，無(wú)有效風(fēng)速期時(shí)間的長(zhǎng)短和年度總用電電量，月平均最低用電電量計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率。由年內(nèi)最低的月平均風(fēng)速，選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速值。1.4.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的確定應(yīng)用于路燈系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常功率為300W-500W。根據(jù)北京市昌平區(qū)的風(fēng)力資源狀況，選擇300W的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。1.5太陽(yáng)能電池組件設(shè)計(jì)1.5.1太陽(yáng)能電池組件功率的選擇太陽(yáng)能電池組的峰值功率由系統(tǒng)日平均最低耗電電量、當(dāng)?shù)胤逯等照招r(shí)數(shù)和系統(tǒng)損失因子來(lái)確定.在一般正常狀態(tài)下，系統(tǒng)的太陽(yáng)電池組件的最小功率應(yīng)能保證提出供出系統(tǒng)日平均最低發(fā)電電量，并且是日平均最低耗電量的1.8倍以上。1.5.2太陽(yáng)能電池組件功率的確定充電時(shí)間（小時(shí)）=充電電池容量（Ah）×1.5/充電電流（A）變型得：充電電流（A）=充電電池容量（Ah）×1.5/充電時(shí)間（小時(shí)）設(shè)太陽(yáng)能電池組件功率為xW,每日平均有效日照小時(shí)為5h，每日平均有效風(fēng)速小時(shí)為1.5h，則（xW×5h+300W×1.5）/24V=100Ah×1.5/5h應(yīng)用于路燈系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池組件通常功率為60W-120W，現(xiàn)選取x=80W，代入數(shù)據(jù)得：左邊=35.42A>右邊=30A，符合要求。所以選擇80W太陽(yáng)能電池組件。1.6方陣傾斜角設(shè)計(jì)根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)及大量的實(shí)踐，在確定最佳傾角有下面兩個(gè)要點(diǎn)：(1)板面的最佳傾角大致等于應(yīng)用所在地的緯度。(2)為