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    风光互补太阳能路灯实际应用的问题

    2019/2/1 21:15:47??????点击:

            近些年,风光互补节能路灯逐步走进城市和农村,其安装简单、外形美观、靠风力发电和太阳能无须耗费电网电能的特点着实引起了人民的关注,被冠以“风光路灯”的美誉。

            几年过去了,实际使用效果如何呢?根据我们的调查和实际观察,农村地区普遍反馈故障率高、噪音大、灯光亮度低、人为损坏严重、维修不及时等较为严重的问题,而城市里面很多风光互补节能路灯上面的风机要么不转,要么“自由散漫”的乱转,其太阳能电池板也是风尘仆仆,使用效果很不理想。

    那么是什么原因导致这些“光明使者”故障频频、放不出光明呢?

    一、前言

            中国风资源:中国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW,其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW。

            中国太阳能:中国陆地面积每年接收的太阳辐射总量为3.3×103~8.4×103MJ/m2,相当于2.4×104亿吨标准煤的储量。

            上面是可利用的可再生能源规模,我们再来看路灯的数量。

            前瞻产业研究院发布的《中国风光互补路灯行业市场调研与投资预测分析报告》显示,中国现有城乡路灯总数,大约在4亿盏,并以每年20%(4000万盏/年)的速度增长。如此巨大数量的路灯若按照400瓦或250瓦高压钠灯计算,每年消耗3000亿度电,相当3个三峡水电站的年发电量。若其中有1/3的城市郊区和乡镇等非高可靠性要求的地区路灯改成改成150瓦或100瓦风光互补LED路灯,在1年内将节约1000亿度电,相当于多出一个三峡电站。

    二、风光互补节能路灯的原理

            要弄清楚风光互补节能路灯现在出现问题的原因,首先要清楚其工作原理。

            风光互补节能路灯是一种将风能和光能转化为电能的装置,而不需要从电网拉电缆用电,可单个使用。风光互补路灯工作原理是利用自然风和太阳能作为能量来源,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;太阳能电池板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。


    具体的能量导向是这样的:分白天和黑夜

    ① 白天,在有风和有阳光的时候,此时风力发电机和太阳能电池板同时工作,两者发出的电能经过控制器的整流逆变,将电压变成蓄电池的额定电压充电;

    如果白天只有风,没有阳光,此时只有风力发电装置通过控制器给蓄电池供电;如果白天没有风,只有阳光,此时只有太阳能电池板通过控制器给蓄电池供电;如果白天既没有风也没有阳光,那这种情况下只能利用之前蓄电池的剩余电量给灯具供电

    ② 黑夜,此时给灯具供电的要么是风力发电机发电,要么只能靠蓄电池的存电。

    上述的若干种情况,不管是哪一种,都要保证6-12小时/天的照明,极端阴雨天连续工作3-7天的设计要求。

    风光互补节能路灯的主要部件有:太阳能电池板、风力发电机、:灯具、风光互补控制器、免维护蓄电池等部件,接下来详细介绍:

    风力发电机:风力发电机是将自然的风转换成电能的设施,将电能通过控制器送到蓄电池中存储起来,它和太阳能电池板配合共同为路灯提供能源。

    太阳能电池板:太能电池板是太阳能路灯中的核心部分,其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送至蓄电池中存储起来。

    风光互补控制器:控制器是整个路灯的中枢核心,一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充电放电条件加以限制,防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能 ,具有光控、时控功能 ,并应具有夜间自动切控负载能 ,便于阴雨天延长路灯工作时间。

    蓄电池:由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定 ,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作,为了安装方便,使用12V、24V、36V的胶体(Gel)电池,使用寿命长,更环保。

    灯具:采用何种光源是风光互补路灯是否能够长时间保证照明亮度的重要指标 , 一般灯具采用低压节能灯、低压纳灯、无极灯、LED光源。



    三、风光互补节能路灯问题及方案

    上面分析了风光互补的原理和主要部件,那接下来我们分析最开始的那些问题就好解释了,故障率高、噪音大、灯光亮度低、人为损坏严重、维修不及时等问题该如何解决呢?

    灯光亮度低

    这个是最常见的问题,也是最能直观感受到的,灯光亮度低最直接的原因是灯具选择问题,选择的功率太低或者同等功率情况下光效较低都有可能,这种情况下在蓄电池容量允许的情况下,选择更亮的LED灯具替代。另外一种原因就是蓄电池的选择问题,这种情况一般由于蓄电池容量计算错误或者区域温度低导致容量变小,电池无法使灯具保持额定功率,影响亮度,此时更换容量更大,性能更好的电池就能解决问题。最后一种可能就是安装的地方自然条件并不好,比如常年风不大或者光照条件不好等等,此时的电池一直处于亏电状态,影响蓄电池寿命的同时,还无法保证灯具的照明,此时可以采用的方法有改用启动风速更低的垂直型的风力发电机,太阳能电池板采用单晶硅太阳能电池为好,因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。

    噪音大

    整个风光互补路灯唯一产生噪音的部位就是位于路灯顶部的风力发电机,如下图样式的风力发电机是典型的水平轴迎风向型发电机,其叶片为螺旋桨型,额定转速一般在400r/min左右,功率在300w,输出电压一般为14或28V。

    这种发风力电机的特点就是价格便宜,缺点:转速大噪音响、安装不方便,轴承由于长期处于偏心转态,受力不均衡轴承卡塞异响等。

    对于安装在城市马路上的情况,这个风力发电机影响不大,如果是安装在人员居住地附近的乡村,这种噪音将影响人们晚上的睡眠。

    上述情况建议改成垂直型的风力发电机,这种发电机受力均衡,叶片转速低,产生的噪音小。

    维修不及时,维护成本高

    关于这个问题,我觉得可以借鉴大型风电机组的运维方式。

    大型风电机组一般以风电场为单位建设,在风机建设完成之后的2-3年内,风机的一切维护问题由厂家负责,出质保之后,风电场的投资方可以选择自己维护或者承包给专业的运维团队。

    所以,风光互补路灯也可以采用类似的方案,在质保期内,由厂家负责质保,厂家可以以县为单位设置维护网点,定期进行维护,现场要是有损坏也可直接联系网点前来维修的方式。

    出质保之后,以乡镇或者县有关部门牵头,选择招投标的方式,把整个地区的风光互补路灯的维护择优承包出去,同时建立完善的考评机制,保证路灯维护成本最低,实际使用效果和效率最好。

    四、结语

    尽管风光互补路灯存在一定的现有问题,但是节能减排是我国大力倡导的一个方向,风光互补路灯依然广受青睐,相信风电光伏发电行业内人士的努力下,目前存在的问题将逐步解决。

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