风光互补路灯系统初始化设计方案

风光互补路灯系统初始化设计方案1.1当地气象数据资料（1）北京地区全年各月的月平均太阳辐射值单位：MJ/(m2•d)（2）北京地区年平均风功率密度色斑图单位：w/m21.2灯源及灯杆设计1.2.1照明方式的选择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：1.2.2灯杆高度及路灯间距的计算根据《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。1.2.3路灯灯源的选择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.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。1.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15lx,LED发光效率75lm/w15×H×S/（0.95×0.9×75）=39.47W取灯源功率为40W1.2.4灯杆强度根据《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。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=0.7MPac)整基杆风振系数取1.3d)设计计算依据：①、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001②、《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002③、《钢结构设计规范》GB50017-2003④、《高耸结构设计规范》GBJ135-90(2)设计条件基本数据：170W硅铁模块距地面高度10m，面积1.34,每块重量45kg,220W硅铁模块距地面高度7m，面积1.74,每块重量30kg,灯杆截面为圆形，灯杆上口径直径d为120mm，底部下口径直径D为260mm，厚度δ=5mm。法兰厚度为20mm,直径500mm。材料为Q235钢，屈服强度为f屈=240N/，灯杆高度为10m，路灯含模块灯头总重为380kg。(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=0.8μr=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=0.6μr=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·=1.3×0.6×1.38×1.2×0.7=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最大剪力V=γQ××+γQ××=5.05kN式中γQ---载荷组合系数(5)灯柱根部应力灯柱根部最大应力应小于灯柱材料的许应力即ξmax=M/W+P/ψA+2V/A式中M/W—弯曲应力P/ψA—轴向应力2V/A—剪应力由前面计算出灯柱总弯矩为M=34.25kN·mW—抗弯截面系数W=I/yI为截面惯性矩y为应力点到中性轴的距离截面惯性矩I=∏(-)/64d------灯柱根部内径D------灯柱根部外径I=1.14×[-]/64=0.32×108弯曲应力бmax=M×y/I=35.5×106N·mm×130mm/0.32×108=144.2N/=144.2MPa轴向应力---P/ψAP—轴向负荷P=路灯总重=380kgψ—稳定系数A—灯杆根部截面积。当长细比λ=2L/i=(2x10000)/(0.707x130)=218时查表得ψ=0.103式中:L—灯杆高度10000mmi—0.707R.R=260/2=130轴向应力P/ψA=(380×9.8)/(0.103×4.08×103)=8.86N/=8.86MPa最大剪应力τmax=2V/A=(2×5.05×103N)/4.08×103=2.47N/=2.47MPa式中V----最大剪力灯柱根部最大应力为ξmax=144.2+8.86+2.47=155.53MPa由于ξmax=155.53MPa<屈服强度是安全的。1.3蓄电池的选择1.1.1蓄电池的选择应当优先选用储能用铅酸蓄电池和其他适合风光互补发电使用的新型蓄电池；蓄电池组的串联电压必须与风力发电机组的输出电压相匹配，同时也必须与太阳能电池组件输出电压相一致；蓄电池的容量是由日最低耗电量，设定的连续阴天的天数，最长无风期的天数和蓄电池的技术性能，如自放电率、充放电效率和放电深度等因素共同确定的。1.1.2蓄电池的计算系统设计目标为40W/24V的负载说明计算。假定负载满负荷工作的情况下，按每天使用12小时计算，要求蓄电池在满充后至少可以持续提供负载2天的电力,现有的蓄电池标称功率均以Ah来计。设：x为负载功率值，y为蓄电池容量值，1.2是预留系数：xW×12h×2d×1.2＝24V×yAhy＝96Ah取蓄电池容量100Ah，选用2块12V/100Ah蓄电池串联即足够满足要求。1.4风力发电机组设计1.4.1风力发电机组的选择由当地的年平均风速，最低月平均风速，无有效风速期时间的长短和年度总用电电量，月平均最低用电电量计算风力发电机组的功率。由年内最低的月平均风速，选择风力发电机组额定风速值。1.4.2风力发电机组功率的确定应用于路灯系统的风力发电机组通常功率为300W-500W。根据北京市昌平区的风力资源状况，选择300W的风力发电机组。1.5太阳能电池组件设计1.5.1太阳能电池组件功率的选择太阳能电池组的峰值功率由系统日平均最低耗电电量、当地峰值日照小时数和系统损失因子来确定.在一般正常状态下，系统的太阳电池组件的最小功率应能保证提出供出系统日平均最低发电电量，并且是日平均最低耗电量的1.8倍以上。1.5.2太阳能电池组件功率的确定充电时间（小时）=充电电池容量（Ah）×1.5/充电电流（A）变型得：充电电流（A）=充电电池容量（Ah）×1.5/充电时间（小时）设太阳能电池组件功率为xW,每日平均有效日照小时为5h，每日平均有效风速小时为1.5h，则（xW×5h+300W×1.5）/24V=100Ah×1.5/5h应用于路灯系统的太阳能电池组件通常功率为60W-120W，现选取x=80W，代入数据得：左边=35.42A>右边=30A，符合要求。所以选择80W太阳能电池组件。1.6方阵倾斜角设计根据前人的经验及大量的实践，在确定最佳倾角有下面两个要点：(1)板面的最佳倾角大致等于应用所在地的纬度。(2)为