（广东省云浮市云安区胜日路灯工程有限公司广东云浮527300）
摘要:照明节电是节能的重要方面，新能源在路灯中的应用是未来发展的一个趋势，其中，风光互补路灯就是一种可再生能源发电的路灯。为此，本文介绍了风光互补路灯系统的结构原理，对其实际应用可行性、与传统路灯对比进行了分析，并结合项目工程实例，对风光互补路灯的实际应用进行了研究。
关键词:风光互补路灯；可行性；对比分析；应用
引言
随着科技的逐步发展，以及人们环保意识的提高，风光互补路灯得到了广泛的应用。相较于太阳能与传统路灯，风光互补路灯系统具备了风能和太阳能产品的双重优点，它可以有效利用风能和太阳能在能量及时间上的互补性，通过两者各自的发电装置，在蓄电池中储存能源接而为光源提供电能，具有节能减排、方便管理、运行成本低等优点。风光互补路灯的出现不仅为全国节能减排创造了非常大的效应，而且也赢得了社会上广泛的关注与认可，具有广阔的应用前景。
1.风光互补路灯的结构原理
风光互补路灯通常基于离网型风光互补发电系统照明。相对于并网型风光互补发电系统，由于离网型风光互补发电系统无需并入电网，少了并网逆变环节，因此，其结构更加简单，主要由电能产生环节、电能变换控制环节和电能存储消耗环节三部分所组成。其中光伏电池阵列和风力发电机组是系统的电能产生部分，风光互补控制器是系统的电能变换控制部分，蓄电池和负载就是系统的能量存储消耗部分，其系统结构框架图如图1所示。
图1风光互补路灯系统结构框图
在太阳能光伏发电部分中，当光伏电池阵列接收到外界光照时，在光伏效应的作用下将光能转化为电能并且产生的是直流电，然后通过控制器对蓄电池进行充电，如果是交流负载还需要通过逆变器将系统发出的直流电转化为交流电对负载进行供电。风力发电部分涉及由风能———机械能———电能两次能量转换。当风力机收集到风能时，风能促使风力机旋转并且通过风力机将其转化为机械能，然后由机械能带动发电机将其转化为电能。风光互补控制器作为风光互补发电系统中的核心部件，在整个系统中发挥着重要作用，风光互补发电系统的运行寿命和稳定性与控制器的性能有着紧密联系，特别是蓄电池的使用寿命。风光互补发电系统中所发电能的调节和控制主要由控制器完成，该调节和控制过程主要体现在两个方面。其一，风光互补发电系统发出电能经过控制器调整后直接供给负载;其二，当外界光照强度及风力充足时系统发出电能过剩，此时系统除了给负载供电外，还要通过控制器将富余电能对蓄电池进行充电;当光照强度和风力比较微弱导致系统所发电量有限不能满足负载用电需求时，通过控制器执行蓄电池为负载供电。为了使蓄电池长期保持良好蓄电状态，必须要通过控制器给出相应控制信号避免蓄电池被过充电或者是过放电，从而延长其使用寿命。蓄电池作为系统的能量存储装置，其作用是调节能量和平衡负载。它将风光互补发电系统所发出的电能转化为化学能存储起来，当系统不能发电时给负载供电，保证了负载连续而又稳定地工作，这样就能实现路灯的正常工作。
2.风光互补路灯实际应用可行性
某地光能资源丰富，常年处于夏季，年平均气温在22～26℃之间，一年之中最冷的1、2月份温度仍达到16～21℃，年光照为1750～2750h。一年之中日长变化甚微，即使最长的夏至日与最短的冬至日之间也仅相差2h左右，且各年变化相差无几，太阳光照总辐射量大，年平均光照辐射量约为4600～5800MJ/m2，根据标准煤与热量的换算关系，1t标准煤按照2.93×104MJ来换算，则该地每年太阳总辐射量相当于0.16～0.20t/m2的煤。该地除了具有丰富的太阳光资源外，由于其地理位置的特殊性，地处典型的季风气候区域，在全国范围内属于风能资源丰富城市，属大风和多风热带季风气候。年平均风速普遍大于3m/s，海岸线附近4～5m/s，近海岛屿5～8m/s，根据相关气象资料显示，该地陆地风能资源总储量为828.38万kW，其中技术可开发用量达到128.4万kW。由此可以看出，该地具有丰富的太阳能和风能，保证了风光互补发电的能源供给。
一天之中，通常在白天太阳光照强烈，而风力较小，主要依靠光伏电池板吸收光能发电，夜晚太阳落山之后，光照强度会大大减少，地表温差增大，此时风力会加强，主要依靠风力发电;在炎热夏天，太阳光照强度相对较大而风力较小，而在冬季则刚刚相反，太阳光照强度较弱而风力相对较大(见图2)。太阳光和风力这种在一年之中季节上和一天之中时间段上此起彼伏相互补充的特性保证了风光互补发电系统在资源利用上的最佳匹配，可以确保道路照明的持续用电。因此，风光互补发电系统作为路灯的供电方式是切实可行的。
图2太阳能与风能互补图
3.风光互补路灯与传统路灯对比分析
首先，由于区域经济发展的不平衡以及地域限制等因素，在偏远山区、道路等市政电网没有覆盖的区域住户比较分散，需要架设更多的电网线路，不仅电能损耗大，而且增加了电网线路的维护保养费用，导致线路运营成本高，风光互补路灯系统省去了繁琐的电网线路，可以随装随用，施工周期短，尤其是在山区道路及一些抢险工程中，风光互补路灯发挥了重要作用。其次，风光互补路灯是一个独立供电系统，不仅施工工艺简单，而且路灯与路灯之间相互独立、互不干扰，当其中一路出现故障，不影响其他回路灯具的正常工作。而传统市政电网供电路灯系统中，当其中一路或主干回路中出现故障，与该回路上的相连所有灯具都将受影响。再次，在建设工程项目施工中，不同的施工内容或者同一项目不同标段可能会由不同的施工单位完成，这样就避免不了工作面交叉，需要花费大量人力时间去协调现场管理，例如，传统路灯工程施工中的线缆敷设、地下埋管与市政道路工程施工中的地基夯实、路面浇灌存在交集，为了避免不必要的返工及资源浪费，需要施工单位相互协调配合，必须遵循先地下埋管、线缆敷设，然后地基夯实、路面浇灌的施工工序。而风光互补路灯施工中与市政道路工程施工不存在交集，可以节省大量的沟通协调工作，提高施工效率，保证施工进度。
最后，风光互补路灯与传统路灯相比，后期运行维护更加简单方便。风光互补路灯是点对点独立供电网络，而传统路灯供电线路大多是采用手拉手的线缆连接方式，一旦线路出现故障不易排除，并且传统路灯的线路敷设采用的是地下暗埋，有时甚至需要破坏市政道路。
4.项目工程实例
4.1项目背景
某沿江大道项目规划红线宽度30m,设计车速40km/h,全长约10.3km,是以“景观功能为主,交通功能为辅”的城市景观路。该项目区内地势低平,地面标高大致在5.2m～11.6m范围内变化,途经地区既有丰富的水资源、湿地和野生动物栖息地,又有名胜古迹,还是观潮的极佳地区。为建造一条具有滨海特色的优美道路，该道路灯照明系统均采用风光互补发电系统供电。
4.2照明设计理念
道路照明设计主要以环保节能、实用美观、安全可靠及兼顾效益为出发点，主要体现在以下几个方面:
(1)所有灯具均采用风光互补发电系统供电，系统电压等级为DC24V;
(2)特殊天气，7个连续阴雨天每天可靠工作10h;
(3)灯具按区域、按功能(普通照明、增强普通照明、景观效果照明，特效照明)划分，以达到按需开启;
(4)灯具按功能采用定时控制，分手动控制和自动控制，分长夜亮、半夜亮;
(5)水下灯具防水、防尘型，防护等级不应低于IP68，埋地灯不低于IP67，其他灯具防护等级不低于IP54;
(6)加设防台风、防雷击保护装置。
4.3风光互补路灯系统设备选型
照明灯具既要满足国家相关规范标准的照度要求，又要保证其使用美观性。为了减少路灯系统的前期投入资金及后期运行维护成本，道路风光互补路灯系统中选用的均为节能型LED光源，DC24V供电，由于不同功能区域对光源照度要求不一样，因此实际工程应用中灯具型号繁多，现以P=80W的LED光源为例，每天工作10h，电能消耗W=80W×10h=800W•h，虽然道路的地理位置优越，风能和太阳能资源较丰富，考虑到光伏发电相对风力发电更稳定，本系统中太阳能与风能承担的发电比例为6:4，即光伏发电承担60%的发电量，风机发电承担40%的发电量，分别为480kW•h与320kW•h。
4.3.1光伏电池板的选型
根据该地的气象资料及项目所在地的自然环境，该地区额定光照强度可以达到3.5h/d，选用2块额定输出功率为120W光伏电池板进行串联，则光伏电池的全天发电量为P光伏=120W×2×3.5h×70%=588W•h，其中70%为光伏电池板发电有效利用系数，选型符合设计要求。
4.3.2风力发电机的选型
同样根据气象资料显示及项目所在地的自然环境，该地区平均风速为4～5m/s，选用额定功率为200W的风力发电机，根据风力发电机的相关特性曲线参数，该风速下对应的输出功率为额定功率的10%，则风力发电机的发电量为P风机=200W×24h×0.1=480W•h，选型符合设计要求。
4.3.3蓄电池选型
在极端恶劣条件，无风无太阳的情况下由蓄电池为路灯供电，为了满足设计要求的7个连续阴雨天每天可靠工作10h，即80W×10h×7&pide;24V&pide;0.75=311Ah，所以选用2组160Ah/12V免维护铅酸蓄电池串联即可满足要求，其中上述式中0.75为铅酸蓄电池的放电深度，防止电池过放电造成不可逆损害，缩短蓄电池的使用寿命。
4.4调试测试
安装完成后，分别对风光互补路灯系统的各项参数包括照度、防护等级等进行测试，符合国家相关规范标准，其分时段、分区域自动开关灯等控制功能也符合设计要求，并且模拟极端恶劣环境下的照明持续时间也均能到达预期目标效果，实现了风光互补路灯在景观道路照明中的应用。
5.结语
综上所述，风光互补路灯作为风光互补系统的一种实现方式，可有效节约能源，保证照明供电的持续性和安全性，同时也能够减少环境污染，降低环境压力。通过在某景观道路照明中应用风光互补路灯，在实现道路照明作用的基础上，既降低了能源消耗，减少了道路的用电负荷，节约成本开支，具有显著的节能效益，又可产生极大的生态效应和社会效应，有助于风光互补路灯的推广应用。
参考文献:
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[2]胡郴龙.风光互补路灯在大型科技园区的应用研究[J].数字技术与应用,2013(2):82-82.