风光互补发电技术在路灯照明中的应用

清洁能源与新能源
风光互补发电技术在路灯照明中的应用
韦禄民,熊伟建
(广西职业技术学院,南宁530226)
摘　要:风光互补发电系统是由风力发电机、光伏组件、控制器、蓄电池、负载等组成的微型发电系统。

系统以控制器为核心,由风力发电机、光伏组件把风能和光能转变为电能并储存于蓄电池中供负载使用。

风光互补发电技术在路灯供电方面的应用,能充分利用绿色环保的可再生能源,具有深远的社会效益和长远的经济效益。

关键词:风光互补;发电技术;再生能源;路灯
中图分类号:T K8;T K51 文献标志码:B 文章编号:100527439(2009)0320162202
Application of H ybrid Photovoltaic 2Wind G eneration T echnology to Street Light
WEI Lu 2min ,XIONG Wei 2jian
(Guangxi Vocational and Technical College ,Nanning 530226,China )
风力资源和阳光资源在不同的地域、季节、天气条件分布不同,在时间上和地域上都有很强的互补性:白天太阳光最强时风很小,晚上太阳落山后光照很弱但由于地表温差变化大而风能加强;夏季太阳光强度大而风小,冬季太阳光强度弱而风大。

风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统各自在资源上的缺陷;风光互补发电技术应用在路灯照明有着广阔的应用前景。

本文介绍风光互补发电技术在广西职业技术学院路灯照明中的试验和应用情况,半年多时间的使用结果表明,学院设计和安装的两套风光互补发电路灯照明系统运行稳定,取得了令人满意的节能减排效果。

根据估算,一套风光互补发电路灯在寿命期20年中总费用比传统路灯减少3400元。

1　风光互补发电系统的设备选型
风光互补发电系统主要由风力发电机、光伏组件、控制器、蓄电池、卸荷器、负载等组成:风力发电机将风能转换成三相交流电能,经过整流后对蓄电池充电;光伏组件将太阳能转换成电能,经防反充二极管隔离后对蓄电池充电;L ED 是高效节能绿色光源,具有功耗低、寿命长、光效高、直流低压工作安
全可靠、环保(废弃物可回收、无污染)等优点。

系统
采用高亮度白光L ED 自行设计成电功率为30W 的照明路灯,路灯每夜亮12h ,平均每天耗电量0.36kWh ,风力发电机和风力发电机按这个用电选
择容量。

1.1　风力发电机
根据学院气象站的测量数据,近年来全年的日均有风时间为8h ,平均风速4m/s 。

根据风力发电机功率曲线,在4m/s 的风速下额定功率100W 的风力发电机输出功率为32.6W ,日均发电量0.26kWh ,选用AAB 北京亚盟研制生产的FM 2F H100型风力发电机可满足要求。

该机组的风轮
直径 1.80m ,额定转速400r/min ,额定功率100W ,额定工作电压28V ,额定风速8m/s ,重量30kg ,启动风速为2.5m/s ,安全风速30m/s ,立架
高度6～10m ,采用电磁限速调速方式。

1.2　光伏组件
风力发电机发电不足部分由太阳能发电补充,系统所需光伏组峰值功率由以下公式计算:
P m =W s /(K m ・H t )式中:P m 为太阳电池板的峰值功率,W ;W s 为负载日均所需电能,本案为0.36kWh ;H t -日均光照时数,学院地处四类太阳能资源地区,取4.3h ;K m 是与各部件的效率以及环境温度等因素有关的系数,
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261・第30卷第3期2009年6月
能源技术
EN ER GY TECHNOLO GY
Vol.30　No.3J un.　2009
本文取0.9。

将有关数据代入可以得到计算得太阳电池板的峰值功率P m要求为93W,选用AAB北京亚盟研制生产的YM2PV100型单晶硅光伏组件可满足要求。

该组件的峰值功率100W,峰值电压18.2V,峰值电流5.88A,开路电压21.6V,短路电流6.35A,功率偏差±5%。

学院所处地点纬度22.82°,组件安装的最佳倾角比纬度大5°,取27.82°。

1.3　蓄电池
原则上铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池等都可以与设计的系统配套使用,但考虑到价位和维护方便,本案选用了普通铅酸蓄电池。

蓄电池的容量Q计算公式为:
Q=I Tη/[1+0.008(t-25)]
式中:Q为蓄电池的计算容量,Ah;I为放电时最大负荷电流,取1.5A;T为放电小时数,考虑最长连续阴雨天数为4天,每天用电4h,取48h;η为蓄电池容量系数,取1;t为最低平均温度,取0℃。

代入数据可以得到蓄电池的容量为90Ah。

选用广西梧州电池厂研制生产的天鹅牌12V/100Ah 铅酸蓄电池组可满足系统要求。

2　风光互补发电系统的运行控制
控制器选用AAB北京亚盟研制生产的YM2 CO800/24型。

该控制器是基于高速数据处理(DSP)和工业级微处理器并行设计的产品,集风机、太阳能充放电控制功能为一体,并具有风力发电机的速度限制电子刹车机构和蓄电池防反充电、过放和过压保护、过热、过载、短路保护功能,控制系统主要完成蓄电池和负载的运行进行控制,还可以对风力机进行限速控制。

(1)路灯开关的控制和有否过载短路的判断,所需要的信号由光传感器和检流电阻检测,根据光传感器的信号光控开关夜晚接通负载,白天断开负载,当输出电路出现过载或短路时,检流电阻给出信号由控制开关断开负载。

(2)对蓄电池的过充、过放和过热保护的控制信号,通过对蓄电池电压进行的检测得到。

在正常的充电范围,风电、光电系统给蓄电池充电;一旦蓄电池过充,断开蓄电池的充电回路,接通卸荷器,不再给蓄电池充电;若蓄电池过放,则断开负载,不再为负载供电。

当充电过程蓄电池的温度超过85℃时,断开蓄电池的充电回路,接通卸荷器,不再给蓄电池充电。

(3)对风力发电机电磁限速调速的控制。

当风力超出额定风速,输出电压达电压32V时,接通电磁调速电路,限制发电机转速的进一步增大。

3　效益分析
一套风光互补发电路灯的配置及费用见表1,设备投资约9400元,风光互补发电路灯20年寿命期内的维护费按3000元估算总费用为12400元。

在这个寿命期间如果采用传统路灯,一年360天每天用电12h,电价按.0.5元/kWh计算,20年电费10800元,一套传统路灯一次投资包含灯杆、灯具、灯泡、电缆、配电箱、变压器等平均费用约为4000元,加上20年的维护费2000元总费用16800元,见表2。

可以看到一套风光互补发电路灯20年的总体费用比一套传统路灯节约3400元。

表1　一套风光互补发电LE D路灯配置及费用
名称型号价格/元风力发动机FM2F H1001800
太阳能电池M Y21003200
控制器M Y2CO800/241950
泻荷器M Y2IN600400
蓄电池12V/100A H铅酸电池(2只)850
灯高亮L ED电功率30W200
灯杆6m高喷漆钢管,含灯罩800
线材4mm国标线150
配电箱150
总计9400
　注:太阳能电池使用寿命25年,蓄电池使用寿命2～3年
表2　两种路灯20年总体费用对比/元
开支项目名称风光互补发电路灯传统路灯
一次性投资94004000
20年的维护费30002000
20年的电费费010800
合计1240016800
4　结束语
发光互补发电技术在广西职业技术学院路灯照明中的应用实践,说明太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有较好的匹配性。

风光互补路灯一次性造价高于传统路灯,但能耗和污染排放始终为零,节能减排效果十分明显,具有深远的社会效益和长远的经济效益。

L ED路灯光照度较低,光线穿透力较差,辐射面较小,适合机关单位、学校等园区路灯使用。

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韦禄民等:风光互补发电技术在路灯照明中的应用。