(完整版)风光互补路灯设计

最终选定的灯杆厚度为5mm，强度校核如下：
(1)计算依据
a)风速V=120km/h(十二级风)
b)基本风压 =0.7MPa
c)整基杆风振系数取1.3
d)设计计算依据：
①、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
②、《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002
③、《钢结构设计规范》GB50017-2003
落实环境保护政策、风光互补新能源技术的加紧开发利用为应对全球气候变化，我国政府承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%，节能提高能效的贡献率要达到85%以上，这也给节能减排工作带来巨大挑战。为此，2004年7月3日科技部、信息产业部等6部委和14个地方政府共同实施的“国家半导体照明工程”首批50个项目正式启动。2011年中国政府斥资400亿元用于LED路灯采购，对LED路灯使用者提供30%的财政补贴。截至2009年底，我国共有LED企业3000余家，其中，年产值上亿的有140家。产业研究所预测，2012年全球LED照明市场可望达到110亿美元，比去年增长26%；2015年至192亿美元，未来四年复合成长率近20%。在十届人大四次会议的政府工作报告中，提出了建设资源节约型社会，发展循环经济的任务和政策措施，这标志我国进入了可持续发展的新阶段，也为可再生能源产品在国家建设发展中应用创造了机遇。推广风光互补路灯系统将为社会节约巨大资源。发展当地经济，解决社会治安及交通问题提供方案，也是对全社会普及可再生能源知识的最有成效的宣传，更是促进可再生能源技术应用最有效的途径，有利于当地经济及交通的发展。
（3）结合北京风力和光照情况使路灯能实现夜间照明2天需求。
（4）风光互补路灯系统在以下环境中运行时，应由生产厂家和用户共同商定技术要求和使用条件
a)室外温度范围超出－25℃~＋45℃的地区；b)室内温度范围超出0℃~＋40℃的用户；c)海拔高度超过1000m的地区；d)盐雾或沙尘严重地区。
3
3.1
（1） 北京地区全年各月的月平均太阳辐射值单位：MJ/(m2•d)
1.1.4
路灯，作为便民工程，也是耗电大户。在能源紧张的今天，风光互补路灯解决了这一难题，但风电互补路灯原理并不为人所知。其实风电互补路灯原理在国外早已普及，了解风电互补路灯原理才能更好的在国内将此项技术进行推广。
风光互补发电系统是一种风能和光能转化为电能的装置，风光互补路灯工作原理是利用自然风作为动力，风轮吸收风的能量，带动风力发电机旋转，把风能转变为电能，经过控制器的整流，稳压作用，把交流电转换为直流电，向蓄电池组充电并储存电能。利用光伏效应将太阳能直接转化为直流电，供负载使用或者贮存于蓄电池内备用。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。风光互补发电站风光互补发电站采用风光互补发电系统，将电力并网送入常规电网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。适用于道路照明、农业、牧业、种植、养殖业、旅游业、广告业、服务业、港口、山区、林区、铁路、石油、部队边防哨所、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站及其它用电不便地区。
2.太阳能照明系统中的光源要满足以下2个条件：a.寿命要长，光衰要低，这样才能体现高品质照明系统，太阳能照明系统一般也是提供长时间质保期的。b.为尽可能的降低初期投入成本，事必要减小晶硅片面积和蓄电池容量，这是由电流来决定的。所以相同功率的光源实际工作电流越小越好，这样整体造价就会下降。光源的价格在整个太阳能照明系统中所占的比例很小很小。
3)环境效益
每套常规路灯10年消费1825KWh电能，按火力发电标准煤耗400g/KWh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吨标准煤,增加二氧化碳排放万吨,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。
3.适用场所：城市道路，人行道，广场，学校，公园，庭院，居住区，厂区以及其他需要室外照明的场所。
4.功率选择：光源照度15 lx, LED发光效率75lm/w
15×H×S/（0.95×0.9×75）=39.47W
取灯源功率为40W
3.2.4
根据《城市道路照明工程施工及验收规范》和《小型风力发电机技术条件》的相关要求，灯杆应与风力机组的自振频率相差很大，可以抗12级台风。
离网光伏系统
设计报告书
设计题目：
风光互补路灯设计
设计人姓名：向枘1121560119
班级：能自1201班
1
1.1
能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去的200 多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。
=1.3×0.6×1.38×1.2×0.7=0.90kN/
d)太阳能板及灯杆迎风面积
=(1.34+1.34)×Sin22°=0.96㎡
=1.74×Sin22°=0.63㎡
=(0.12+0.26)×10/2=1.9㎡
(4)内力计算
弯矩设计值：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
μr=1.2
整基杆风振系数βz取1.3
灯盘风载荷系数WK1=βz·μs·μz·ur·
=1.3×0.8×1.38×1.2×0.7=1.2kN/
c)灯杆：简化为均布荷载
风压高度变化系数μz取1.38
风荷载体型系数μs =0.6
μr=1.2
整基杆风振系数βz取1.3
灯杆风载荷系数WK2=βz·μs·μz·μr·
1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。
灯杆的高度应根据安装地点的地理环境来决定，保证风力机组的使用不受影响。太阳能电池组件的安装一般以不与风力机组的风叶相干涉为准，同时要注意保证太阳能电池组件不被灯杆遮挡。所以灯源的高度为7.5m，灯杆的高度为10m。
3.2.3
1.材质：高纯度铝质反射器、灯壳及散热体；高强度钢化玻璃罩；大功率LED光源；高效率进口恒流源。
（2）北京地区年平均风功率密度色斑图单位：w/m2
3.2
3.2.1
根据机动车交通道路照明标准值。
路灯位置选择设置在昌平区的次干路上。选取截光型路灯。且不用太高等级的照明条件，同时考虑到成本问题，最终选择单侧照明方案。路灯排列方式如图：
3.2.2
根据《城市道路照明标准》
截光型路灯的高度最小为路面宽度，即7.5米；路灯间距最大为三倍灯杆高度，即22.5米。所以最终参数选定为：H=7.5m，S=22.5m
风光互补路灯是由小型风力发电机、太阳能电池板、蓄电池组、灯具以及灯杆等组成。他的工作原理是：当有风的时候，风能通过叶轮带动发电机旋转产生电能；当有阳光的时候，太阳能通过光硅片将光能转换成电能，两路电能通过电缆引到蓄电池组加以储存，在晚上的时候为灯具发光提供电能。风光互补路灯，是一种新能源路灯的合理应用，在经历了多年的努力后，风光互补路灯已被越来越多的人认可和应用，市场出现了欣欣向荣的局面。
2)经济效益
每套500W、12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1500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。
(3)灯柱强度计算
a)风载荷系数
=βz·μs·μz·μr·
式中： —风荷载标准值（kN/ ）；
βz—高度z处的风振系数；
μs—风荷载体型系数；
μz—风压高度变化系数；
μr—高耸结构重现期调整系数，对重要的高耸结构取1.2。
b)太阳能板：高度为10m和7m
风压高度变化系数μz取1.38
风荷载体型系数μs =0.8
最大剪力V=γQ× × +γQ× ×
=5.05kN
式中γQ---载荷组合系数