风光互补系统设计

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！目录摘要121333344425557788934小结56结论致谢的171Abstract,..,,,.a,a;,a,.;;211.1可再生能源开发应用一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类型。再生能源包括太阳能、经过多年的发展，我国可再生能源的开发利用已取得了很大进展。从风电资源开发来看，2003年底，全国并网风力发电装机容量为5.69×10kW，风电装机容量位居世界5第10位，已经基本掌握单机容量7.5×10kW以下大型风力发电设备的制造能力，正在2开发兆瓦级的大型风力发电设备。从小水电发展来看，到2003年底，我国小水电装机容量为3.08×10kW，近年来年均增长量在1.5×10kW以上。我国小水电设计、施工、76管理及设备制造在国际上处于领先地位。从太阳能技术发展来看，到2003年底，全国太阳能热水器使用量达到5.0×10m，占全球使用量的40%以上。太阳能热水器生产量72达1.0×10m，全真空玻璃管热水器在世界市场上占据主导地位。从沼气利用来看，我27国的沼气技术开发始于上世纪50和80村居民生活用能。目前全国有户用沼气池1000多万口，年产沼气约3.0×10m。已建103成大中型沼气工程1900多处，年产沼气约1.2×10m。尽管我国可再生能源产业发展103取得了很大进展，但与发达国家相比还有很大的差距，还远远不能适应我国能源发展战略的要求。可再生能源发展缓慢客观上是风力发电、太阳能发电的成本难以与化石能源去竞争，但从国外的经验来看，关键是促进可再生能源发展的政策力度不够所至。发展可再生能源利在社会，意在长远，可再生能源很难与常规能源在市场上竞争，因此必须通过辅以特殊的能源政策，反映国家的意志，促进可再生能源的发展。[1]1.2风能资源现状我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。根据全国900多个气象站陆地上离地l0m高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100W每平方m，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53×10kW，近海可开发和利用的风9能储量有7.5×10kW，共计约1.0×10kW。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷2.0109×10h5.0×10kWh2.5×10h，3312每年可提供1.8×10kWh电量，合计2.3×10kWh电量。[2]1313由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。据资料显示，2004年全国在建项目的装机容量约1.5×10kW，其中正在施工的15约4.2×106.8×104.5×101.0141414×10kW特许权项目。141.3太阳能资源现状我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，全国各地太阳年辐射总量达3.3×10kJ/cm年，中值为5.86×10kJ/cm年。年日照时数在2200小时以上的地区约52223占国土面积的2/3以上。我国太阳能资源分布的主要特点有:太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22-35。这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部00地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30-40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度0。[3]1.4风光互补供电系统的优势图1-1是针对相同的天气数据、相同的风力发电和光伏发电模型，其中最下端曲线代表的是风光互补的结果，中间曲线表示风力发电的结果，最上端曲线表示的是太阳能发电的结果。由图1-1可清楚地看到在较高的可靠性（如LOLP=0.1）时，风光互补独立供电系统成本最小，其次是独立风力发电系统，而太阳能独立供电系统成本最高。从仿真的结果上看，采取风光互补独立供电系统是在这三种供电方式中最经济、最可靠的方式。[4]1.5存在问题期处于亏电状态。使得蓄电池组使用寿命降低。1.6主要内容通过介绍我国风能和太阳能资源情况，及风光互补研究进展，对风能、太阳能和风光互补进行了对比。确立了风光互补系统设计方案，为沈阳农业大学工程学院农业建筑环境与能源工程专业的专业科研楼（）的过道照明，立面亮化，路灯照明的用电进行风光互补发电的设计。在收集风能和太阳能资源的基础上，确定院内路灯、科布置。42光电系统的原理是将太阳能通过光电板转化成电能，在通过控制器充电至蓄电池，然后通过逆变器对荷载供电。其优点是系统的可靠性高、运行和维护成本低，缺点是造价成本高、部分地区的太阳辐射量较小，供能不足。[5]风电系统的原理是将风能通过小型风机转化为电能，再利用控制器对蓄电池充电，然后通过逆变器对荷载供电。其优点是系统单位时间发电量大，系统造价、运行和维护成本低，但是大部分地区风能供应量随季节和天气变化较大，可靠性不足。统在能量来源不足方面的问题。并且风电系统和光电系统整体原理相似，在电能存储和价要低，系统的建造和维护成本趋于合理。[6]2.1风光互补发电系统结构风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交直流负载等部分组成，如图2-1所示。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多大环节，即发电部分、储能部分、控制部分及逆变部分。图2.1.1发电部分5风能转换成机械能，再通过风力发电机将机械能转换成电能；光伏发电部分是利用太阳能电池板的光生伏打效应，将光能转换成电能。在风光互补发电系统中，风能和太阳能可以独立发电也可以混合共同发电，具体要采用哪种发电形式，主要取决于当地的自然资源条件和发电的综合成本。通常情况下，在风能资源较丰富的地区宜采用风能发电，而在光照较好的地区宜采用光伏发电。就成本而言，风能发电的综合成本要远低于太阳能光伏发电的综合成本。所以，根据风能和太阳能在时间和地域上的互补性，合理地将二者进行最佳匹配，既可实现供电的可靠性，又能降低发电系统的综合成本。[7]（1）风力发电原理风力发电机组进行发电时，要求输出电频率保持恒定。这不论对风力并网发电还是风光互补运行都是必要的。要保证风电的频率恒定，就要采取相应的措施。一种方式就是保证发电机的恒定转速，即恒速恒频的运行方式，因为发电机由风力机经过传动装置进行驱动运转，所以这种方式无疑要恒定风力机的转速，这肯定会影响到风能的转换效即变速恒频运行。前面提到的风力机风能利用系数(该系数跟叶尖速比(叶轮尖的线速[8]与风速的比值)有关)，根据贝兹极限，存在某一确定的叶尖速比使Cp达到最大值。因[9]此，在变速恒频的运行方式下，风力机和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输值，从而更大限度地利用风能。风力机的能量转化风轮从风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:为风轮输出的功率,W；C为风轮的功率系数为0.593；pA为风轮扫掠面积,m；2ρ为空气密度kg/m；3v为风速，m/s；R为风轮的半径，m。不动了，然而空气不可能完全停止，所以风力机的效率总是小于1。C量大小程度通过风能利用系数P的总能量之比，即WCWp(2-3)11WAV3210(2-4)W式中：是风轮吸收到的能量；W1为远前方风的总能量；6是风力机远前方风速。（1）光伏阵列发电原理V风光互补发电系统中，由光伏阵列负责将太阳光辐射转换成电能。光伏发电阵列是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳能直接转化为电能的。常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，两个区的连接处称为PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层减反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。光生伏打效应就是在这样的结构下产分离，于是一个外电场就产生了，将一个负载连接在太阳能电池的上、下两表面间时，将有电流流过负载，于是太阳能电池就产生了电流，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。[11]目前世界上有三种已经商品化的硅太阳能电池，即单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。单晶硅电池材料成本比较昂贵；多晶硅电池的效率一般要造价低廉，但是光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池，目前多用于弱光性电源，如手表、计算器等的电池。[12]太阳能电池单体是光电转换的最小单元，它的尺寸一般为4cm到100cm。太阳能电222将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串联、并联并封装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，它可以满足负载所要求的输出功率。[13]2.1.2控制部分控制部分主要是根据风力大小、光照强度及负载变化情况，不断地对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。风光互补控制器，是整个系统中最重要的核心部件，一般采用载，另一方面把多余的电能送往蓄电池组储存起来，当发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池储存的电能送给负载。在这一过程中，控制器要控制蓄电池不被过充或过放，从而保证蓄电池的使用寿命，同时也保证了整个系统工作的连续性和稳定性。2.1.3储能部分蓄电池在整个发电系统的作用：一是储能，由于自然风和日照是不稳定的，在风、日照充足的条件下，可以存储供给负载后多余的电能，在风力、日照不佳的情况下，可由于自然风的变化极大，随机性强，使得电压浮动范围很大，通过蓄电池调节，供电电压可以保持稳定；三是风光互补，风力发电与光伏发电是两个独立发电系统，它们在某个时刻的发电强度有很大差别，利用蓄电池可以将二者产生的电能结合起来，实现二者的互补。蓄电池容量配置是否合理，对小型风光互补发电的技术经济指标影响很大。铅酸蓄电池价格低廉、性能可靠、安全性高，且技术上又不断进步和完善。本文采用铅酸蓄电来，使用时再将化学能转化为电能释放出来外，还起到能量调节和平衡负载的作用。[14]7电，放电时电流从正极流出，经用电器流向负极。在蓄电池内部的电流方向则与上述方向相反，电流是从负极流向正极的。在电流的作用下，电解液内部处于电离状态，硫酸和正负极板上的活性物质反应形成硫酸铅，硫酸量逐渐减少，硫酸中的氢和正负极板上程度和确定放电终了的主要标志。必需注意在正常使用情况下，蓄电池不宜放电过度，否则，将使和活性物质在一起的细小硫酸铅结成较大的结晶，增大了极板电阻，影响充电时的还原。铅蓄电池的充电过程是电能转换成化学能的过程。若使铅蓄电池在放电终了后，使正负极板上的生成物质恢复为原来的活性物质，就必须具备一定的条件，这个条件是利用直流电源进行充电。充电的过程与放电过程正好相反，铅蓄电池内部电流方向是从正极流向负极，充电的电流即从负极流出，经过充电设备流向正极。在充电电流的作用下，正负极板上硫酸铅分形成二氧化铅和铅，硫酸反回电解液中，当电池充电后，两极板活性物质被恢复为原来的状态，而且电解液中的硫酸成份增加，水份减少。铅蓄电池充电终期可由电解液相对密度的大小来判断。充电终期时，由于正负极上的硫酸铅已大部分转变成二氧化铅和海绵状铅。如果再继续充电，充电电流只能起分解水的作用，结果在负极板便有氢气逸出,在正极板则有氧气逸出，形成强烈的冒气现象。因此充电终期，电流不宜过大，否则，产生气泡过于剧烈，易使极板活性物质脱落，所以充电电流应适当的减小。不发电或出现短路故障时，储能部件通过太阳能电池方阵放电，这种对太阳能电池的反它必须能承受足够大的电流，而且正向导通的电压降要小，反向饱和电流也要小。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。[15]2.1.4逆变部分逆变器的作用是把蓄电池中的直流电能变换成交流电，供交流负载设备的正常使用，可由一台或几台逆变器组成同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。[16]由于蓄电池输出的是直流电，因此只能给直流负载供电。而在实际生活和生产中，用电负载有直流负载和交流负载2种，当给交流负载供电时，必须将直流电转换成交流电提供给用电负载。逆变器就是将直流电转换为交流电的装置，也是风光互补发电系统的核心部件之一，系统对其要求很高。此外，逆变器还具有自动稳压的功能，可有效地改善风光互补发电系统的供电质量。直接关系到整个系统的运行经济性、有效性和可靠性。在并网式风光互补发电系统中，在时间上的互补性，而且由于光伏发电和风能发电各自的特点也很不相同，所以光伏发变系统，最后在当地电网处整合并网。2.1.5风光互补发电系统智能充电控制的设计在风光互补发电系统中逆变器输入端的能量来源于蓄电池，而蓄电池中储存的能量均用电量所决定。最大用电负荷是选择系统逆变器容量的最根本依据，而平均日发电量8况也是确定光电板和风机容量的另一个依据。方法的优劣影响到铅酸蓄电池的荷电量的大小，也关系到蓄电池的使用寿命。选择合理的充电控制方法尤为重要。本设计采用了基于单片机控制的三阶段智能充电方法。所谓三阶段智能充电是指充电过程中的3个阶段，即主充电阶段、限流充电阶段、浮充阶[17]段。第一阶段主充电阶段，由电压采样电路获取蓄电池的电压状况，当电压小于标准开路电压时，由最大功率点跟踪策略来找出风光互补系统的最佳工作点，以最大功率点电范围之内。保持大电流充电至后，进入第二阶段。第一阶段的充电程度可达70%～90%。蓄电池仍未充满，但是为了避免充电电流过大而造成电池极化，要对充电电流进行逐渐充电流一般为0.015C）值时，第二阶段结束。进入第三阶段。第二阶段的充电程度近100%。但为了防止蓄电池浅放电，并且使端电压维持在相对稳定的值域，要对其进行浮充电。即以浮充电流值对蓄电池进行涓流充电，直到蓄电池亏电，然后进行下一个周期的充电过程[18,19]2.1.6用电负载并网用风光互补发电系统的用电负载根据不同的系统布置会有一定的区别。在可调。度式系统中，由于系统有蓄电池存在，因此可以同时满足直流负载和交流负载的两种负载形式，通过逆变控制器可以协调直流负载与交流负载同时工作且满足并网需求；在不可调度式系统中，蓄电池不存在，光伏阵列和风力机组生产的电，主要通过逆变器转化为交流电进入了电网，因此它的主要负载就是交流负载，为了满足直流负载的需要，必此时风光互补生产的电能的使用方式等同于对当地电网电能的使用方式。[20]93123度15分至124度4542度42分至44度20分，位于中国东北地区南部，辽宁省中部，以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。年平均气温平均气温8.3℃，全年降水量500mm，全年无霜期183天。受季风影响、降水集中、温差较大、四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少；夏季时间较短，多雨。春秋两季气温变化迅速，持续时间短：春季多风，秋季晴朗。沈阳地区的年平均风速2.9m/s左右，其中第二季度平均风速最大，各月平均风速可达月较小。受季风环流控制，风向有明显季节变化。秋冬季节主导风向为偏北风，平均风速较小，春夏季节主导风向为偏东南风，平均风速较大。年极大风速13.4m/s～22.4m/s。的年平均风速要高于沈阳市年平[22]均风速。通过对沈阳地区，特别是的风光资源条件的综合调查和分析。可以知道具有年日照时间2060小时。我国对不同太阳能辐射量的区域分为五类，沈阳地区属于四类地区，全年日照时数为1400-2200小时，每年辐射量在419-502kJ/cm，太阳能资源基2本符合光伏发电条件，但是如果只是利用光伏太阳能板发电供电，显然不具备优势。风为推广风光互补服务提供了极好的自然条件。因此在明系统具有可行性。123度的道路照明中建设风光互补照30分，纬度为43度5分，常年平均风速2.9m/s，月有效太阳辐射平均值为430MJ/m，2本工程占地面积为778.66m3176.61m标高为72.60m建筑物长51.4m宽2214.4m高18.6m,本工程为框架结构，地上四层。正厅左侧为秸秆研究室右侧为生物质油研究室。主要用于科研研究共有各类实验室14间，会议室2间，其它一些配套房间16层有过道需要过道照明每层楼需要照明灯7盏，共21盏。基地入口右侧为东北地区农村沼气科技创新示范基地高7m宽5长25m。基地路面宽5m入口30m处有个90°的拐弯，然后有个直路长100m。图图3.1风能资源根据查阅文献得出沈阳地区多年来每天风速变化如表3-1和每月平均风速如表3-2。表13579表123445637893.2太阳能资源根据查阅文献得出沈阳地区多年来每月平均辐射值如表3-4和每天辐射变化值如表3-5。表123456789）2表103057900）023.3气象数据根据查阅文献得出沈阳地区多年来每月每月阴天天数如表3-6。表12735485766768697767644.1路灯灯源的选择4.1.1高压钠灯与LED对比分析高压钠灯作为传统的路灯灯源所以下面主要对高压钠灯和半导体LED光源在道路照明中的应用进行对比分析，相关数据来自当地LED照明生产企业的调研数据，主要对比其光效，色温，寿命，维护等方面的参数。4.1.2光源性能对比分析LED灯的灯具光效要略优于钠灯，随着LED技术的发展和成熟，灯具光效会再大大的提高。小功率照明路灯，如果采用高压钠灯，其整灯有效光效只有为45~60Lm/W，而LED路灯可达到80~85Lm/W。从光20%以上。但是对于大功率的路灯，高压钠灯的发光效率可以达到70-75Lm/W，而LED路灯目前的功率应用最多的还是250W以下级别。因此简单的认为LED路灯比高压钠灯路灯具有优势是不客观的。路灯是采用半导体元件激发光子，因此在正常使用条件下其理论寿命都比较长，其寿命可达了50000小时。照明灯具行业70%的使用时间规定一般装饰灯为15000小时，其它灯为25000小时。但是路灯的运行寿命还要考虑灯具透镜，密封配件，电源配件等元件的影响，一般以所有部件的最短寿命为灯具寿命。一般LED路灯在正常运行条件下能达到35000小时左右，而金属卤化物灯的寿命在6000-12000小时，高压钠灯的使用寿命在20000小时左右。可见LED路灯在使用寿命上大大超出传统气体放电光源灯具，具有很强的实用性。LED灯具的色温在3500-7000K之间，显色指数可以达到80～95。而传统高压钠灯的色温范围在1900-2100KRa在数较低，显色性较差，对物体原有色彩的还原性较差，不利于周边环境色彩的还原和艺术的表现；LED光源显色指数比较高，显色性比高压钠灯好，能很好的还原被照物体的色彩。但是色温偏冷，高压钠灯的色温比较接近自然光。发光量的调节对灯具具有重要的意义，半导体灯具有较完美的调光性能。因为半导LED灯还可以采用PWMLED的特殊的发光结构，可以通过调节电压占空比和电压频率等参数来有效的调节半导体光源的强度。在灯具效率方面，高压钠灯灯具是360空间发光，灯具需要将半空间的出射光线°通过反射投射另一个方向的空间，这就会由于光的吸收和对自身挡光而降低灯具效率。LED灯具的光通量损失比较小，因为与传统灯具不同，半导体发光有定向的特性，使用发光二极管作为光源的灯具，光效损失比较小，光线的利用率比也较传统灯具高。高压钠灯的色温2000－2500K之间，主要是黄光，色温偏暖，对穿雾性较强。半导体LED路灯的色温在5300K左右，色温偏冷，但是显色性好。整体来说在有雾、多尘的条件下，高压钠灯在机动车导向方面有优点。4.1.3光源电气特性比较高压钠灯的不足之处就是无法通过电压来调整发光量，不仅如此，高压钠灯对供电启需要10min-15min缺失。而LED灯的开关性能好，不需要预热，在通电的时候可以同步点亮或者关闭。可以通过控制器的PWM（脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控调节来调整灯具光亮，调整灯具的发光功率等参数，工程实用性和可靠性要由于传统高压钠灯。LED路灯采用发光二极管作为光源，具有功耗低的特点，采用低压供电，需要相应的整流和变压设备，但是运行问题，寿命长，且不含有害金属汞。相反，高压钠灯的发光气管中含有汞金属等有害元素，在收到破坏，老化和废品处理时都会产生环境污染。4.1.4光源对比分析结论4-1所示：表1234567891通过调研和上文的分析，由于近年来LED行业的迅速发展，使前几年LED光源光效低，灯具整体功率低的问题得到改善，目前的LED光源国内行业可以制作100-120Lm/W甚至更高的小功率发光二极管，LED行业的前景非常广阔，因此在园区路灯选用LED光源是一种节能，绿色，应用新科技的综合考虑，更是长期运行较为经济的策略。4.2道路照明方式方式。本工程应用中采用的是灯具安装在高度＜15m的灯杆上进行照明的常规（杆）照明。根据《城市道路照明设计标准》CJJ45--2006的照明标准如表4-2所示对有地理位置分布，选择道路所需的照度。[22]表级别平面照UT比SRE1L）度U最匀度UE2值oLⅠⅡⅢ上表中表中所列的平均照度仅适用于沥青路面。在计算水泥混凝土路面时，路面的平均照度值可同级别降低约30%设计。5m双向机动车道属于的是城市次干路，所以选择低一档平均照度为10LX。4.3路灯分布方式采用常规照明方式时，应根据道路横断面形式、宽度及照明要求进行选择，并应符图4-1所示要求：图置具的仰角在一般情况下不得大于15°，本工程应用中选择仰角5°的常规路灯结构，悬梁长度按照规范中不宜超过安装高度1/4的规定，选择厂家符合规定的尺寸型号。[23]根据的道路使用情况，道路为一级道路5m宜采用单侧布置方式。4.4道路的有效宽度计算相同。W=Ws-XLeff（4-1）式中：W为单侧排列路面有效宽度，m；effW—路面实际宽度，m；sXL—悬挑长度，m；路面宽5m，悬梁约0.75m，有效宽度为W-XL=5-0.75=4.25ms4.5路灯的安装高度与间距4-3所示进行选取设计。表截光型半截光型非截光型置置常规车行道灯根据配光分为截光、半截光、非截光三种类型，截光型灯具的最大光强方向是065°，半截光型的最大光强度是075°。在指定的角度方向上所发出的光~~强最大允许值，截光型车行道灯超过了90°，而非截光最大只能达到80°，快速路主干道及迎宾路、通向政府机关和大型公共建筑的主要道路、市中心或商业中心的道路、大型交通枢纽等干道严禁采用非截光车行道灯，在次干道支路、主要供行人机动车通行的居住区道路不得采用非截光车行道灯。[24]根据表4-3，路面宜采用半截光型灯具并选定相应的间距和高度，根据LED灯具的特性和景观照明需要，均选用半截光型灯具，并做如下分析计算。道路宽5m采用单侧布置所以安装高度H大于或者等于1.2×5=6m，可选择某厂6m高风光互补路灯，光源高约5m，间距S小于或者等于3.5×5=16.5m。设计选择路灯间距16m。4.6道路照明照度设计计算4.6.1利用系数法路面平均照度，本文采用利用系数法进行设计计算，利用系数表是由灯具生产商提供，可以通过相关的系数对照明平均照度进行计算。Eav（4-2）式中：µ为路灯的利用系数取0.7；N为路灯的光源数量单侧道取1；K为路灯维护系数取0.74；S路灯间距，m；W为路面实际宽度，m；及照明要求选用的均为安装仰角的一级道路5m人行机动车宽路段利用系数为0.74。4.6.2道路的光通量计算有1个主要路段在前文中进行了路面照度的分析，根据利用系数法我们可以计算出各路段灯具的光通量需求：Eav（4-3）E式中：为根据规范和道路选择的最低平均照度；avµ为路灯的利用系数；K为路灯维护系数；S路灯间距，m；W为路面实际宽度，m；5m道路照明光源光通量Φ=（5×5×16）÷(0.74×1×0.7)=772Lm4.6.3道路照明光源设计根据本章的选择分析和计算，对的道路照度和分布设计进行计算，同时根据相关数据结论选定LED70-80Lm/W选取如表4-4所示：表宽置源距道置4.7设计要求负载：每盏路灯20W，按照沈阳的日照情况，风光互补路灯及太阳能路灯的照明时间应该满足每天1012小时的工作时间。以每天10小时进行估算；其日用电量为：~W=20×10=200Wh日蓄电池：根据沈阳的气象数据，设计保证连续5个阴雨天路灯都可以正常工作所以设计总用电为1kWh；对系统一般采用冗余设计，估算的日用电总量按照计算负荷用电量的1.2倍计算，因此根据式4-4，式4-5进行总量估算。WW120%（4-4）总日WQ（4-5）总ULLW；总Q；LUV。LWW120%=240Wh总日24024WQ10Ah总ULL4.8蓄电池的容量的确定根据具体的路灯型号、功率、路灯盏数和每日用电时间确定负载月用电量。显然路灯的用电量为一恒定值，即是均衡负载。蓄电池的容量C主要由蓄电池备用天数n和系统日耗电容量Q确定。LQnC(4-6)LCB式中：—蓄电池容量，Ah；CBγ—安全系数；τ—温度修正系数；C—蓄电池最大放电深度；n为蓄电池连续供电的天数；其中安全系数选1.11.2本文取1.1；蓄电池备用天数选择最长阴天数5天；沈阳~地区地下1m深度温度均在式4-6可算出，20WLED的路灯的系统的蓄电池容量为：1.11051QnC73.3AhLC0.75通过测算，20WLED风光互补路灯选用100Ah铅酸蓄电池；B4.9太阳能电池板发电能力测算及计算太阳能电池板主要是由硅元素组成，目前单晶硅电池板转换效率较高，多晶硅在弱光环境下较为有效。本工程应用的太阳能电池板的配置选择是单晶太阳能电池组件，转换率10%以上，寿命2025年。同时，光伏元件受温度、日照强度、阴影遮挡、晶体结~构及负载阻抗等诸多因素的影响。[25]果，一般需将电池板面与入射阳光垂直。所以可根据季节的变化，选取适当的倾斜角，以达到最大的效率。查资料得沈阳在14点18分的时候为一天的负荷峰值。[17]倾斜角＝（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）－12）×15＋（经度－116）倾斜角=（14.3-12）×15+（123.2-116）=41.69°所以安装角取41.69°时太阳能利用效率最高太阳能电池板月发电量的数学公式：HFFFFFAE（4-7）mtipso式中：—太阳电池组合板第i月发出的电能，kWh；EsiH—组合板平面第i月单位面积上接受的辐射量，MJ/m；2Tiη—组件的转换效率,通常为8%～16%；mF—第i月组件转换效率的温度修正因子；tiF—组件的封装因子,有效电池面积与组件总面积之比,通常F＞0.8；ppF—积尘因子,组件表面积尘时的发电量与表面完全清洁时的发电量之比，对于s户用系统F取1；sFμμ=0.95；F—由于材料老化、性能下降等其它因素影响组件输出功率的修正因子，一般F00取0.98；A—太阳能电池板的总面积，m。2此次取最低辐射值月份的辐射值为设计参数具体如表4-5所示，4-6为根据最低辐射值所算出的该类型的电池板所发的电量。表123456789）4.10风力发电机组发电能力的测算本系统选用300W永磁风力发电机，风机输出三相交流电，经过风光智能控制器给蓄电池充电。具体参数如表4-7所示，该型号风力发电机输出功率如图4-2和表4-8所摩擦力，以减少传统风机因叶轮在超大风速作用下旋转时的轴向摩擦力，这对提高风机旋转速度，减小轴向摩擦，增加发电量，意义重大；同时风机转子系统在旋转时的径向摩擦力可减小70%以上，极大地减少了摩擦阻力，起动风速为2m/s，明显优于普通风力发电机。[26]表型号500W400300率功20010001234567891011风速（m/s）图表3458930W。W=K×P×24（4-8）风均V均式中：—风力发电机组日平均风速发电总量，Wh；W风均K—修正系数，取1.2；P—年平均风速值时发电机组输出功率，W。V均根据上面的公式，可得日平均风速发电总量W=K×P×24=864Wh风均V均200W风力发电机和LNGF-85W太阳能电池5天的无风阴天极限天气照明需求。4.11风光互补路灯系统控制器的选择的电能，而且还要负责对系统的控制和保护作用。通过充放电的控制可以同时利用太阳能和风能,提高风能和太阳能的综合利用效率。控制器必须具有风力发电充电电路和光伏充电电路,两充电通道要各自独立和有效隔离。[27]由于风光互补路灯是离网式路灯，因此每个系统均为独立电源和独立控制系统，要做到统一调度比较困，因此现在不少厂家都开发出可以通过RJ（各种不同接头的一种类型）接口或是扩展联网模块的控制器，为了工程的经济性，本工程应用中不采用这种新型的控制器。4.12防雷击配置使用在户外严酷天候条件下，容易遭受雷电天气，其使用环境普遍存在感应雷，有时甚至存在直击雷，而且LED路灯中使用了大量的电子元器件和芯片，这些元件对雷电的抵应根据GB_50057-2010《建筑物防雷设计规范》相关条目进行配置。安装避雷短针，通过路灯灯杠钢结构作为引下线，如果接地电阻不达标可以独立设置引的接地极应该按照符合建筑防雷设计规范预留不小于1.5m间隔距离。4.13小结在路灯照明应用方案中采用采用半截光型的风光互补LED路灯和太阳能供电LED景观路灯。其中一级道路5m双向机动车车道路段选用的路灯为：灯架高为6m，光源距地面直线距离约5m。按照道路总长进行配置，一级道路5m行人和机动车宽路段的安装路灯间距16m，道路总长约200m，配置20WLED太阳能景观路灯约12盏，交汇处按实际工程需要进行配置，路灯按单侧布置。光源6m高的风光互补路灯配置100Ah在路灯基座下，另设控制箱在灯杠底部，配置相应的风光互补控制器，并做防雷配件。选用峰值功率LNGF-85W太阳能发电板负责为路灯发电供电。55.1设计要求负载：每盏过道灯5W，每层共7盏，只有2、3、4层有过道总共21盏。每天平均工作6h×5W×21盏=630Wh；立面亮化每天用电2kWh。所以过道和立面亮化一天总用电为0.63+2=2.63kW取3kW；蓄电池：保证连续5个阴雨天可以工作。5.2蓄电池容量的确定蓄电池组件容量根据（4-4,5，6）计算：U取24vLWQ125Ah总ULL1.112551QnC916AhLC0.75B5.3发电机型号选择尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。(1)水平轴风力发电机水平轴风力发电机科分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这种对风装置采用。[28]机。水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。风力水平轴风力发电机的叶片在旋转一周的过程中，受惯性力和重力的综合作用，惯性力的方向是随时变化的，而重力的方向始终不变，这样叶片所受的就是一个交变载荷，这对于叶片的疲劳[29][30]强度是非常不利的。另外，水平轴的发电机都置于几十米的高空，这给发电机的安装和维护检修带来了很多的不便。(2)垂直轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻型风车，具有部分升力，但主要