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1、风光互补太阳能路灯设 计 方 案设计单位： 乌鲁木齐旭日阳光太阳能 工程有限公司设计时间： 二 0 一一年三月 二十日 设计人员：姜广建电话：13565917600风光互补路灯设计方案现场效果图一、自然资源状况在跨入 21 世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的 重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为 全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏 不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污 染，温室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度 上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决 上述能源问题，实现
2、可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发 利用可再生洁净能源。太阳能和风能等清洁能源以其独具的优势，其 开发利用必将在 21 世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为 21 世纪后期的主导能源。1.1 化石能源带来的问题(1)能源短缺：由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成 了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从 长远来看，全球已探明的石油储量只能用到 2020 年，天然气也只能延续到 2040 年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。 因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石 燃料枯竭的危机局面。(2)环境污染：当
3、前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数 十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响 居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。(3)温室效应：化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排 放大量的温室气体而产生温室效应，引起全 球气候变化。这一问题 已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国 际组织已召开多次会议，限制各国 CO2 等温室气体的排放量。1.2 太阳能资源及其开发利用特点(1)储量的“无限性” ：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用 量巨大。太阳每秒钟放射
4、的能量大约是 1.61023kW，其中到达地球的 能量高达 81013kW，相当于 6109t 标准煤。按此计算，一年内到达 地球表面的太阳能总量折合标准煤共约 1.8921013 千亿 t，是目前世 界主要能源探明储量的一万倍。太阳的寿命至少尚有 40 亿年，相对 于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。 相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽， 用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、 枯竭的最有效途径。(2)存在的普遍性：虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成 了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上 绝大
5、多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏 的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。(3)利用的清洁性：太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。(4)利用的经济性：可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一 是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”， 可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用已具 经济性，如太阳能热水器一次投入较高，但其使用过程不耗能，而电 热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费。随着科技的发展以及人类开 发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。二、技
6、术方案设计说明：一、根据现场勘查情况，在风光互补路灯安装位置位于道路两旁绿化 带附近，而风光互补路灯的安装要求在安装位置无树荫、楼宇等遮挡， 如有遮挡，将大大降低风机和太阳能光伏组件的充电效率。因此我公 司建议风机和太阳能光伏组件的安装高度高于周围树高，以保证风机 和太阳能光伏组件的充电效率。故灯高设计为 10 米。二、1、根据城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）第 4.1.3 条采用普通截光型路灯按平面对称式配置灯具的高杆灯，其 间距和高度之比以 31 为宜，不应超过 41。2、此次风光互补路灯所选用 LED 光源光照半径为 15 米，为保证该路 段夜间的整体效果，无暗区，故设计灯间
7、距为 30 米。风光互补路灯系统效果图风机太阳能光电池主路 LED 光源辅路 LED 光源锥型路灯灯杆风光互补控制器地下蓄电池放置风光互补路灯效果图三、设备选型3.1. 光源的选择光源选用路灯专用 LED 光源，该光源具有以下特点： 首创散热器与灯壳一体化设计， LED 直接与外壳紧密相接，通过外壳散热翼与空气对流散热，充分保证了 LED 路灯 50000 小时的使用寿命。按照每天工作 10 个小时计算，其寿命也在 12 年以上，维护 费用极低；灯壳采用铝合金压铸成型，可以有效的散热和防水、防尘。灯 具表面进行了耐紫外线抗腐蚀处理，整体灯具达到 IP65 标准；采用单体椭圆反射腔配合球状孤面来
8、设计，针对性地将 LED 发 出的光控制在需要范围内，提高了灯具出光效果的均匀性和光能的利 用率，更能凸显 LED 路灯节能优点。与传统的钠灯相比，可节电 60% 以上；无不良眩光、无频闪。消除了普通路灯不良眩光所引起的刺眼、 视觉疲劳与视线干扰，提高驾驶的安全性；启动无延时，通电即达正常亮度，无须等待，消除了传统路灯 长时间的启动过程；绿色环保无污染：不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污 染；与太阳能结合是绝好搭档，充分发挥 LED 直流低压工作与节能环保的优点，太阳能光伏板与 LED 光源相结合，为客户实现最佳性价比和高可靠性。3.2 风机的选型本系统选用 300W 磁悬浮风力发电机，风
9、机输 出三相交流电，经过风光智能控制器给蓄电池充电。全永磁悬浮风力发电机是专门为低风速区应 用而研发的，用全永磁悬浮推力轴承平衡由于风压 作用在叶轮上引起的轴向压力增加而产生的轴向摩 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 1.5 米/秒，明显优于普通风力发电机。a、在性能方面：采用新一代专利技术的径向磁路永磁转子结构， 无滑环，无励磁绕组，定、转子气隙大，使发电机具有中、低速发电 性能好，效率高、比功率大的特点，能适应
10、高转速的使用场合；b、在可靠性方面：使用全永磁悬浮轴承，使整个转子处于微摩 擦状态，辅助轴承则采用专用的宽系列双橡胶圈密封进口轴承（内含 长寿命、耐高温润滑脂）；以先进真空沉浸工艺使发电机具有可靠性 高、寿命长、结构简单、免维护的特点，同时能使发电机在极恶劣的 环境条件下可靠工作。以下为技术参数：型 号FD1.5-0.30/10C安全风速:50.0 米/秒叶片直径：1.5 米额定直流输12V / 24V起动风速:1.5 米/秒额定功率:300W切入风速:2.5 米/秒过风保护方式电磁制动额定风速:10 米/秒3.3 太阳能电池板对于较小型电站电池组件选型遵循以下原则：l 在兼顾易于搬运条件下，
11、选择大尺寸，高效的电池组件；l 选择易于接线的电池组件；l 组件各部分抗强紫外线（符合 GB/T18950-2003 橡胶和塑料管静 态紫外线心能测定）；3.4 风光互补智能控制器本系统选用的控制器为风光互补智能控制器， 具有高效充电及多种自我保护功能。具体的技术参数如下：l规格型号：EPFG24V-20l风机输入：三相 AC 50V，P300Wl光伏电池输入：DC 50.0Vpm，I15Al输出电压：DC 28.0Vl输入过压保护值：AC 505Vl输出过流保护值：DC 20A1Al蓄电池欠压保护启动电压：DC 21.00.3Vl蓄电池欠压保护恢复电压：DC 23.00.3Vl蓄电池充满保护
12、启动电压：DC 28.00.2Vl风机卸载箱功率：400Wl外形尺寸：310200120mml工作环境：环境温度45+65，相对湿度 090%。3.5 蓄电池蓄电池采用地表下安装方式。由于蓄电池在低温或高温环境 工作都会影响其工作性能，尤其是在低温下，其工作容量将会下 降很多，这是蓄电池特性所决定的。在地表下 1 米-1.5 米处，其 环境温度受地温的影响较明显，起到一定的“恒温”作用，使其 在冬季温度觉地表以上高，在夏季炎热时又比地表上温度低，有 利于蓄电池性能的发挥3.6 灯杆3.61、风光互补太阳能路灯 路灯杆设计要求及说明：灯杆必须满足抗 10 级风荷载的强度要求。本系统应用于公路及人
13、行道照明，光灯杆高度设计为 10 米，光源距地面 8.0 米，采用一杆双灯的款式；该款式可根据客户具 体要求作调整，或者使用客户指定的灯杆款式，下口径不小于 200mm,上管径不得小于 100 ，管壁厚度4 毫米（未镀锌前）， 优质钢材，必须热镀锌喷塑灯杆，寿命 10 年以上，杆体锥型、 样式和外观颜色符合结构要求。同时参照以下标准设计。CJJ45-9城市道路照明设计标准；CJJ89-2001城市道路照明工程施工及验收规程；由于风光互补路灯有其特殊性，风机安装在灯杆顶部，组件 安装在离地（路灯光）7 米以上；其等效垂直面会乘载风压，这 就对灯杆的整体构成一定的水平剪切力，灯杆的受剪切力强度。
14、由于风压的计算影响的参数多，计算复杂。参照我公司已使用的 实际运行经验，灯杆壁厚选用 4 毫米的。目前，我公司在新疆区 域安装的同等壁厚的灯杆，均经历过秋冬季的大风，没有一盏路 灯出现因大风损坏。在路灯结构设计中，除考虑强度因素外，还着重考虑抗腐蚀性，外观 的美观、新颖等，结合当地的自然环境。3.7 风光互补路灯配置路灯系统名称规格型号数量单位备注风机300W1台控制器风光互补1台太阳能板100W2块光源LED24V80W1盏光源LED24V20W1盏蓄电池12V150Ah2只蓄电池箱1个灯杆10 米（双灯）1套电缆附件1套安装运输1盏LED 灯与高压钠灯应用及节能比较太阳能 LED 路灯和传统的高压钠灯在
