風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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大小程度通過風(fēng)能利用系數(shù)P的總能量之比，即WCWp(2-3)11WAV3210(2-4)W式中：是風(fēng)輪吸收到的能量；W1為遠(yuǎn)前方風(fēng)的總能量；6是風(fēng)力機(jī)遠(yuǎn)前方風(fēng)速。（1）光伏陣列發(fā)電原理V風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，由光伏陣列負(fù)責(zé)將太陽光輻射轉(zhuǎn)換成電能。光伏發(fā)電陣列是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個(gè)晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴(kuò)散層是N區(qū)，兩個(gè)區(qū)的連接處稱為PN結(jié)。PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。太陽能電池的頂部被一層減反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。光生伏打效應(yīng)就是在這樣的結(jié)構(gòu)下產(chǎn)分離，于是一個(gè)外電場(chǎng)就產(chǎn)生了，將一個(gè)負(fù)載連接在太陽能電池的上、下兩表面間時(shí)，將有電流流過負(fù)載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負(fù)載流至電池的頂端。太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。[11]目前世界上有三種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池，即單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。單晶硅電池材料成本比較昂貴；多晶硅電池的效率一般要造價(jià)低廉，但是光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等的電池。[12]太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，它的尺寸一般為4cm到100cm。太陽能電222將太陽能電池單體進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)并封裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，它可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。[13]2.1.2控制部分控制部分主要是根據(jù)風(fēng)力大小、光照強(qiáng)度及負(fù)載變化情況，不斷地對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)。風(fēng)光互補(bǔ)控制器，是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的核心部件，一般采用載，另一方面把多余的電能送往蓄電池組儲(chǔ)存起來，當(dāng)發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池儲(chǔ)存的電能送給負(fù)載。在這一過程中，控制器要控制蓄電池不被過充或過放，從而保證蓄電池的使用壽命，同時(shí)也保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。2.1.3儲(chǔ)能部分蓄電池在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的作用：一是儲(chǔ)能，由于自然風(fēng)和日照是不穩(wěn)定的，在風(fēng)、日照充足的條件下，可以存儲(chǔ)供給負(fù)載后多余的電能，在風(fēng)力、日照不佳的情況下，可由于自然風(fēng)的變化極大，隨機(jī)性強(qiáng)，使得電壓浮動(dòng)范圍很大，通過蓄電池調(diào)節(jié)，供電電壓可以保持穩(wěn)定；三是風(fēng)光互補(bǔ)，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電是兩個(gè)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，它們?cè)谀硞€(gè)時(shí)刻的發(fā)電強(qiáng)度有很大差別，利用蓄電池可以將二者產(chǎn)生的電能結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)二者的互補(bǔ)。蓄電池容量配置是否合理，對(duì)小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大。鉛酸蓄電池價(jià)格低廉、性能可靠、安全性高，且技術(shù)上又不斷進(jìn)步和完善。本文采用鉛酸蓄電來，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來外，還起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用。[14]7電，放電時(shí)電流從正極流出，經(jīng)用電器流向負(fù)極。在蓄電池內(nèi)部的電流方向則與上述方向相反，電流是從負(fù)極流向正極的。在電流的作用下，電解液內(nèi)部處于電離狀態(tài)，硫酸和正負(fù)極板上的活性物質(zhì)反應(yīng)形成硫酸鉛，硫酸量逐漸減少，硫酸中的氫和正負(fù)極板上程度和確定放電終了的主要標(biāo)志。必需注意在正常使用情況下，蓄電池不宜放電過度，否則，將使和活性物質(zhì)在一起的細(xì)小硫酸鉛結(jié)成較大的結(jié)晶，增大了極板電阻，影響充電時(shí)的還原。鉛蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程。若使鉛蓄電池在放電終了后，使正負(fù)極板上的生成物質(zhì)恢復(fù)為原來的活性物質(zhì)，就必須具備一定的條件，這個(gè)條件是利用直流電源進(jìn)行充電。充電的過程與放電過程正好相反，鉛蓄電池內(nèi)部電流方向是從正極流向負(fù)極，充電的電流即從負(fù)極流出，經(jīng)過充電設(shè)備流向正極。在充電電流的作用下，正負(fù)極板上硫酸鉛分形成二氧化鉛和鉛，硫酸反回電解液中，當(dāng)電池充電后，兩極板活性物質(zhì)被恢復(fù)為原來的狀態(tài)，而且電解液中的硫酸成份增加，水份減少。鉛蓄電池充電終期可由電解液相對(duì)密度的大小來判斷。充電終期時(shí)，由于正負(fù)極上的硫酸鉛已大部分轉(zhuǎn)變成二氧化鉛和海綿狀鉛。如果再繼續(xù)充電，充電電流只能起分解水的作用，結(jié)果在負(fù)極板便有氫氣逸出,在正極板則有氧氣逸出，形成強(qiáng)烈的冒氣現(xiàn)象。因此充電終期，電流不宜過大，否則，產(chǎn)生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質(zhì)脫落，所以充電電流應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p小。不發(fā)電或出現(xiàn)短路故障時(shí)，儲(chǔ)能部件通過太陽能電池方陣放電，這種對(duì)太陽能電池的反它必須能承受足夠大的電流，而且正向?qū)ǖ碾妷航狄。聪蝻柡碗娏饕惨?。一般可選用合適的整流二極管作為防反充二極管。[15]2.1.4逆變部分逆變器的作用是把蓄電池中的直流電能變換成交流電，供交流負(fù)載設(shè)備的正常使用，可由一臺(tái)或幾臺(tái)逆變器組成同時(shí)還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。[16]由于蓄電池輸出的是直流電，因此只能給直流負(fù)載供電。而在實(shí)際生活和生產(chǎn)中，用電負(fù)載有直流負(fù)載和交流負(fù)載2種，當(dāng)給交流負(fù)載供電時(shí)，必須將直流電轉(zhuǎn)換成交流電提供給用電負(fù)載。逆變器就是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的裝置，也是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，系統(tǒng)對(duì)其要求很高。此外，逆變器還具有自動(dòng)穩(wěn)壓的功能，可有效地改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、有效性和可靠性。在并網(wǎng)式風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，在時(shí)間上的互補(bǔ)性，而且由于光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電各自的特點(diǎn)也很不相同，所以光伏發(fā)變系統(tǒng)，最后在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)處整合并網(wǎng)。2.1.5風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)智能充電控制的設(shè)計(jì)在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器輸入端的能量來源于蓄電池，而蓄電池中儲(chǔ)存的能量均用電量所決定。最大用電負(fù)荷是選擇系統(tǒng)逆變器容量的最根本依據(jù)，而平均日發(fā)電量8況也是確定光電板和風(fēng)機(jī)容量的另一個(gè)依據(jù)。方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，也關(guān)系到蓄電池的使用壽命。選擇合理的充電控制方法尤為重要。本設(shè)計(jì)采用了基于單片機(jī)控制的三階段智能充電方法。所謂三階段智能充電是指充電過程中的3個(gè)階段，即主充電階段、限流充電階段、浮充階[17]段。第一階段主充電階段，由電壓采樣電路獲取蓄電池的電壓狀況，當(dāng)電壓小于標(biāo)準(zhǔn)開路電壓時(shí)，由最大功率點(diǎn)跟蹤策略來找出風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)，以最大功率點(diǎn)電范圍之內(nèi)。保持大電流充電至后，進(jìn)入第二階段。第一階段的充電程度可達(dá)70%～90%。蓄電池仍未充滿，但是為了避免充電電流過大而造成電池極化，要對(duì)充電電流進(jìn)行逐漸充電流一般為0.015C）值時(shí)，第二階段結(jié)束。進(jìn)入第三階段。第二階段的充電程度近100%。但為了防止蓄電池淺放電，并且使端電壓維持在相對(duì)穩(wěn)定的值域，要對(duì)其進(jìn)行浮充電。即以浮充電流值對(duì)蓄電池進(jìn)行涓流充電，直到蓄電池虧電，然后進(jìn)行下一個(gè)周期的充電過程[18,19]2.1.6用電負(fù)載并網(wǎng)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的用電負(fù)載根據(jù)不同的系統(tǒng)布置會(huì)有一定的區(qū)別。在可調(diào)。度式系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)有蓄電池存在，因此可以同時(shí)滿足直流負(fù)載和交流負(fù)載的兩種負(fù)載形式，通過逆變控制器可以協(xié)調(diào)直流負(fù)載與交流負(fù)載同時(shí)工作且滿足并網(wǎng)需求；在不可調(diào)度式系統(tǒng)中，蓄電池不存在，光伏陣列和風(fēng)力機(jī)組生產(chǎn)的電，主要通過逆變器轉(zhuǎn)化為交流電進(jìn)入了電網(wǎng)，因此它的主要負(fù)載就是交流負(fù)載，為了滿足直流負(fù)載的需要，必此時(shí)風(fēng)光互補(bǔ)生產(chǎn)的電能的使用方式等同于對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電能的使用方式。[20]93123度15分至124度4542度42分至44度20分，位于中國東北地區(qū)南部，遼寧省中部，以平原為主，山地、丘陵集中在東南部，遼河、渾河、秀水河等途經(jīng)境內(nèi)。年平均氣溫平均氣溫8.3℃，全年降水量500mm，全年無霜期183天。受季風(fēng)影響、降水集中、溫差較大、四季分明。冬寒時(shí)間較長，近六個(gè)月，降雪較少；夏季時(shí)間較短，多雨。春秋兩季氣溫變化迅速，持續(xù)時(shí)間短：春季多風(fēng)，秋季晴朗。沈陽地區(qū)的年平均風(fēng)速2.9m/s左右，其中第二季度平均風(fēng)速最大，各月平均風(fēng)速可達(dá)月較小。受季風(fēng)環(huán)流控制，風(fēng)向有明顯季節(jié)變化。秋冬季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，平均風(fēng)速較小，春夏季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|南風(fēng)，平均風(fēng)速較大。年極大風(fēng)速13.4m/s～22.4m/s。的年平均風(fēng)速要高于沈陽市年平[22]均風(fēng)速。通過對(duì)沈陽地區(qū)，特別是的風(fēng)光資源條件的綜合調(diào)查和分析?？梢灾谰哂心耆照諘r(shí)間2060小時(shí)。我國對(duì)不同太陽能輻射量的區(qū)域分為五類，沈陽地區(qū)屬于四類地區(qū)，全年日照時(shí)數(shù)為1400-2200小時(shí)，每年輻射量在419-502kJ/cm，太陽能資源基2本符合光伏發(fā)電條件，但是如果只是利用光伏太陽能板發(fā)電供電，顯然不具備優(yōu)勢(shì)。風(fēng)為推廣風(fēng)光互補(bǔ)服務(wù)提供了極好的自然條件。因此在明系統(tǒng)具有可行性。123度的道路照明中建設(shè)風(fēng)光互補(bǔ)照30分，緯度為43度5分，常年平均風(fēng)速2.9m/s，月有效太陽輻射平均值為430MJ/m，2本工程占地面積為778.66m3176.61m標(biāo)高為72.60m建筑物長51.4m寬2214.4m高18.6m,本工程為框架結(jié)構(gòu)，地上四層。正廳左側(cè)為秸稈研究室右側(cè)為生物質(zhì)油研究室。主要用于科研研究共有各類實(shí)驗(yàn)室14間，會(huì)議室2間，其它一些配套房間16層有過道需要過道照明每層樓需要照明燈7盞，共21盞?；厝肟谟覀?cè)為東北地區(qū)農(nóng)村沼氣科技創(chuàng)新示范基地高7m寬5長25m?；芈访鎸?m入口30m處有個(gè)90°的拐彎，然后有個(gè)直路長100m。圖圖3.1風(fēng)能資源根據(jù)查閱文獻(xiàn)得出沈陽地區(qū)多年來每天風(fēng)速變化如表3-1和每月平均風(fēng)速如表3-2。表13579表123445637893.2太陽能資源根據(jù)查閱文獻(xiàn)得出沈陽地區(qū)多年來每月平均輻射值如表3-4和每天輻射變化值如表3-5。表123456789）2表103057900）023.3氣象數(shù)據(jù)根據(jù)查閱文獻(xiàn)得出沈陽地區(qū)多年來每月每月陰天天數(shù)如表3-6。表12735485766768697767644.1路燈燈源的選擇4.1.1高壓鈉燈與LED對(duì)比分析高壓鈉燈作為傳統(tǒng)的路燈燈源所以下面主要對(duì)高壓鈉燈和半導(dǎo)體LED光源在道路照明中的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比分析，相關(guān)數(shù)據(jù)來自當(dāng)?shù)豅ED照明生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)，主要對(duì)比其光效，色溫，壽命，維護(hù)等方面的參數(shù)。4.1.2光源性能對(duì)比分析LED燈的燈具光效要略優(yōu)于鈉燈，隨著LED技術(shù)的發(fā)展和成熟，燈具光效會(huì)再大大的提高。小功率照明路燈，如果采用高壓鈉燈，其整燈有效光效只有為45~60Lm/W，而LED路燈可達(dá)到80~85Lm/W。從光20%以上。但是對(duì)于大功率的路燈，高壓鈉燈的發(fā)光效率可以達(dá)到70-75Lm/W，而LED路燈目前的功率應(yīng)用最多的還是250W以下級(jí)別。因此簡單的認(rèn)為LED路燈比高壓鈉燈路燈具有優(yōu)勢(shì)是不客觀的。路燈是采用半導(dǎo)體元件激發(fā)光子，因此在正常使用條件下其理論壽命都比較長，其壽命可達(dá)了50000小時(shí)。照明燈具行業(yè)70%的使用時(shí)間規(guī)定一般裝飾燈為15000小時(shí)，其它燈為25000小時(shí)。但是路燈的運(yùn)行壽命還要考慮燈具透鏡，密封配件，電源配件等元件的影響，一般以所有部件的最短壽命為燈具壽命。一般LED路燈在正常運(yùn)行條件下能達(dá)到35000小時(shí)左右，而金屬鹵化物燈的壽命在6000-12000小時(shí)，高壓鈉燈的使用壽命在20000小時(shí)左右。可見LED路燈在使用壽命上大大超出傳統(tǒng)氣體放電光源燈具，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。LED燈具的色溫在3500-7000K之間，顯色指數(shù)可以達(dá)到80～95。而傳統(tǒng)高壓鈉燈的色溫范圍在1900-2100KRa在數(shù)較低，顯色性較差，對(duì)物體原有色彩的還原性較差，不利于周邊環(huán)境色彩的還原和藝術(shù)的表現(xiàn)；LED光源顯色指數(shù)比較高，顯色性比高壓鈉燈好，能很好的還原被照物體的色彩。但是色溫偏冷，高壓鈉燈的色溫比較接近自然光。發(fā)光量的調(diào)節(jié)對(duì)燈具具有重要的意義，半導(dǎo)體燈具有較完美的調(diào)光性能。因?yàn)榘雽?dǎo)LED燈還可以采用PWMLED的特殊的發(fā)光結(jié)構(gòu)，可以通過調(diào)節(jié)電壓占空比和電壓頻率等參數(shù)來有效的調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光源的強(qiáng)度。在燈具效率方面，高壓鈉燈燈具是360空間發(fā)光，燈具需要將半空間的出射光線°通過反射投射另一個(gè)方向的空間，這就會(huì)由于光的吸收和對(duì)自身擋光而降低燈具效率。LED燈具的光通量損失比較小，因?yàn)榕c傳統(tǒng)燈具不同，半導(dǎo)體發(fā)光有定向的特性，使用發(fā)光二極管作為光源的燈具，光效損失比較小，光線的利用率比也較傳統(tǒng)燈具高。高壓鈉燈的色溫2000－2500K之間，主要是黃光，色溫偏暖，對(duì)穿霧性較強(qiáng)。半導(dǎo)體LED路燈的色溫在5300K左右，色溫偏冷，但是顯色性好。整體來說在有霧、多塵的條件下，高壓鈉燈在機(jī)動(dòng)車導(dǎo)向方面有優(yōu)點(diǎn)。4.1.3光源電氣特性比較高壓鈉燈的不足之處就是無法通過電壓來調(diào)整發(fā)光量，不僅如此，高壓鈉燈對(duì)供電啟需要10min-15min缺失。而LED燈的開關(guān)性能好，不需要預(yù)熱，在通電的時(shí)候可以同步點(diǎn)亮或者關(guān)閉?？梢酝ㄟ^控制器的PWM（脈沖寬度調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控調(diào)節(jié)來調(diào)整燈具光亮，調(diào)整燈具的發(fā)光功率等參數(shù)，工程實(shí)用性和可靠性要由于傳統(tǒng)高壓鈉燈。LED路燈采用發(fā)光二極管作為光源，具有功耗低的特點(diǎn)，采用低壓供電，需要相應(yīng)的整流和變壓設(shè)備，但是運(yùn)行問題，壽命長，且不含有害金屬汞。相反，高壓鈉燈的發(fā)光氣管中含有汞金屬等有害元素，在收到破壞，老化和廢品處理時(shí)都會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。4.1.4光源對(duì)比分析結(jié)論4-1所示：表1234567891通過調(diào)研和上文的分析，由于近年來LED行業(yè)的迅速發(fā)展，使前幾年LED光源光效低，燈具整體功率低的問題得到改善，目前的LED光源國內(nèi)行業(yè)可以制作100-120Lm/W甚至更高的小功率發(fā)光二極管，LED行業(yè)的前景非常廣闊，因此在園區(qū)路燈選用LED光源是一種節(jié)能，綠色，應(yīng)用新科技的綜合考慮，更是長期運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)的策略。4.2道路照明方式方式。本工程應(yīng)用中采用的是燈具安裝在高度＜15m的燈桿上進(jìn)行照明的常規(guī)（桿）照明。根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45--2006的照明標(biāo)準(zhǔn)如表4-2所示對(duì)有地理位置分布，選擇道路所需的照度。[22]表級(jí)別平面照UT比SRE1L）度U最勻度UE2值oLⅠⅡⅢ上表中表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。在計(jì)算水泥混凝土路面時(shí)，路面的平均照度值可同級(jí)別降低約30%設(shè)計(jì)。5m雙向機(jī)動(dòng)車道屬于的是城市次干路，所以選擇低一檔平均照度為10LX。4.3路燈分布方式采用常規(guī)照明方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)道路橫斷面形式、寬度及照明要求進(jìn)行選擇，并應(yīng)符圖4-1所示要求：圖置具的仰角在一般情況下不得大于15°，本工程應(yīng)用中選擇仰角5°的常規(guī)路燈結(jié)構(gòu)，懸梁長度按照規(guī)范中不宜超過安裝高度1/4的規(guī)定，選擇廠家符合規(guī)定的尺寸型號(hào)。[23]根據(jù)的道路使用情況，道路為一級(jí)道路5m宜采用單側(cè)布置方式。4.4道路的有效寬度計(jì)算相同。W=Ws-XLeff（4-1）式中：W為單側(cè)排列路面有效寬度，m；effW—路面實(shí)際寬度，m；sXL—懸挑長度，m；路面寬5m，懸梁約0.75m，有效寬度為W-XL=5-0.75=4.25ms4.5路燈的安裝高度與間距4-3所示進(jìn)行選取設(shè)計(jì)。表截光型半截光型非截光型置置常規(guī)車行道燈根據(jù)配光分為截光、半截光、非截光三種類型，截光型燈具的最大光強(qiáng)方向是065°，半截光型的最大光強(qiáng)度是075°。在指定的角度方向上所發(fā)出的光~~強(qiáng)最大允許值，截光型車行道燈超過了90°，而非截光最大只能達(dá)到80°，快速路主干道及迎賓路、通向政府機(jī)關(guān)和大型公共建筑的主要道路、市中心或商業(yè)中心的道路、大型交通樞紐等干道嚴(yán)禁采用非截光車行道燈，在次干道支路、主要供行人機(jī)動(dòng)車通行的居住區(qū)道路不得采用非截光車行道燈。[24]根據(jù)表4-3，路面宜采用半截光型燈具并選定相應(yīng)的間距和高度，根據(jù)LED燈具的特性和景觀照明需要，均選用半截光型燈具，并做如下分析計(jì)算。道路寬5m采用單側(cè)布置所以安裝高度H大于或者等于1.2×5=6m，可選擇某廠6m高風(fēng)光互補(bǔ)路燈，光源高約5m，間距S小于或者等于3.5×5=16.5m。設(shè)計(jì)選擇路燈間距16m。4.6道路照明照度設(shè)計(jì)計(jì)算4.6.1利用系數(shù)法路面平均照度，本文采用利用系數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，利用系數(shù)表是由燈具生產(chǎn)商提供，可以通過相關(guān)的系數(shù)對(duì)照明平均照度進(jìn)行計(jì)算。Eav（4-2）式中：μ為路燈的利用系數(shù)取0.7；N為路燈的光源數(shù)量單側(cè)道取1；K為路燈維護(hù)系數(shù)取0.74；S路燈間距，m；W為路面實(shí)際寬度，m；及照明要求選用的均為安裝仰角的一級(jí)道路5m人行機(jī)動(dòng)車寬路段利用系數(shù)為0.74。4.6.2道路的光通量計(jì)算有1個(gè)主要路段在前文中進(jìn)行了路面照度的分析，根據(jù)利用系數(shù)法我們可以計(jì)算出各路段燈具的光通量需求：Eav（4-3）E式中：為根據(jù)規(guī)范和道路選擇的最低平均照度；avμ為路燈的利用系數(shù)；K為路燈維護(hù)系數(shù)；S路燈間距，m；W為路面實(shí)際寬度，m；5m道路照明光源光通量Φ=（5×5×16）÷(0.74×1×0.7)=772Lm4.6.3道路照明光源設(shè)計(jì)根據(jù)本章的選擇分析和計(jì)算，對(duì)的道路照度和分布設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)論選定LED70-80Lm/W選取如表4-4所示：表寬置源距道置4.7設(shè)計(jì)要求負(fù)載：每盞路燈20W，按照沈陽的日照情況，風(fēng)光互補(bǔ)路燈及太陽能路燈的照明時(shí)間應(yīng)該滿足每天1012小時(shí)的工作時(shí)間。以每天10小時(shí)進(jìn)行估算；其日用電量為：~W=20×10=200Wh日蓄電池：根據(jù)沈陽的氣象數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)保證連續(xù)5個(gè)陰雨天路燈都可以正常工作所以設(shè)計(jì)總用電為1kWh；對(duì)系統(tǒng)一般采用冗余設(shè)計(jì)，估算的日用電總量按照計(jì)算負(fù)荷用電量的1.2倍計(jì)算，因此根據(jù)式4-4，式4-5進(jìn)行總量估算。WW120%（4-4）總?cè)誛Q（4-5）總ULLW；總Q；LUV。LWW120%=240Wh總?cè)?4024WQ10Ah總ULL4.8蓄電池的容量的確定根據(jù)具體的路燈型號(hào)、功率、路燈盞數(shù)和每日用電時(shí)間確定負(fù)載月用電量。顯然路燈的用電量為一恒定值，即是均衡負(fù)載。蓄電池的容量C主要由蓄電池備用天數(shù)n和系統(tǒng)日耗電容量Q確定。LQnC(4-6)LCB式中：—蓄電池容量，Ah；CBγ—安全系數(shù)；τ—溫度修正系數(shù)；C—蓄電池最大放電深度；n為蓄電池連續(xù)供電的天數(shù)；其中安全系數(shù)選1.11.2本文取1.1；蓄電池備用天數(shù)選擇最長陰天數(shù)5天；沈陽~地區(qū)地下1m深度溫度均在式4-6可算出，20WLED的路燈的系統(tǒng)的蓄電池容量為：1.11051QnC73.3AhLC0.75通過測(cè)算，20WLED風(fēng)光互補(bǔ)路燈選用100Ah鉛酸蓄電池；B4.9太陽能電池板發(fā)電能力測(cè)算及計(jì)算太陽能電池板主要是由硅元素組成，目前單晶硅電池板轉(zhuǎn)換效率較高，多晶硅在弱光環(huán)境下較為有效。本工程應(yīng)用的太陽能電池板的配置選擇是單晶太陽能電池組件，轉(zhuǎn)換率10%以上，壽命2025年。同時(shí)，光伏元件受溫度、日照強(qiáng)度、陰影遮擋、晶體結(jié)~構(gòu)及負(fù)載阻抗等諸多因素的影響。[25]果，一般需將電池板面與入射陽光垂直。所以可根據(jù)季節(jié)的變化，選取適當(dāng)?shù)膬A斜角，以達(dá)到最大的效率。查資料得沈陽在14點(diǎn)18分的時(shí)候?yàn)橐惶斓呢?fù)荷峰值。[17]傾斜角＝（一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻（24小時(shí)制）－12）×15＋（經(jīng)度－116）傾斜角=（14.3-12）×15+（123.2-116）=41.69°所以安裝角取41.69°時(shí)太陽能利用效率最高太陽能電池板月發(fā)電量的數(shù)學(xué)公式：HFFFFFAE（4-7）mtipso式中：—太陽電池組合板第i月發(fā)出的電能，kWh；EsiH—組合板平面第i月單位面積上接受的輻射量，MJ/m；2Tiη—組件的轉(zhuǎn)換效率,通常為8%～16%；mF—第i月組件轉(zhuǎn)換效率的溫度修正因子；tiF—組件的封裝因子,有效電池面積與組件總面積之比,通常F＞0.8；ppF—積塵因子,組件表面積塵時(shí)的發(fā)電量與表面完全清潔時(shí)的發(fā)電量之比，對(duì)于s戶用系統(tǒng)F取1；sFμμ=0.95；F—由于材料老化、性能下降等其它因素影響組件輸出功率的修正因子，一般F00取0.98；A—太陽能電池板的總面積，m。2此次取最低輻射值月份的輻射值為設(shè)計(jì)參數(shù)具體如表4-5所示，4-6為根據(jù)最低輻射值所算出的該類型的電池板所發(fā)的電量。表123456789）4.10風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電能力的測(cè)算本系統(tǒng)選用300W永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)機(jī)輸出三相交流電，經(jīng)過風(fēng)光智能控制器給蓄電池充電。具體參數(shù)如表4-7所示，該型號(hào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率如圖4-2和表4-8所摩擦力，以減少傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)因葉輪在超大風(fēng)速作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸向摩擦力，這對(duì)提高風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，減小軸向摩擦，增加發(fā)電量，意義重大；同時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)時(shí)的徑向摩擦力可減小70%以上，極大地減少了摩擦阻力，起動(dòng)風(fēng)速為2m/s，明顯優(yōu)于普通風(fēng)力發(fā)電機(jī)。[26]表型號(hào)500W400300率功20010001234567891011風(fēng)速（m/s）圖表3458930W。W=K×P×24（4-8）風(fēng)均V均式中：—風(fēng)力發(fā)電機(jī)組日平均風(fēng)速發(fā)電總量，Wh；W風(fēng)均K—修正系數(shù)，取1.2；P—年平均風(fēng)速值時(shí)發(fā)電機(jī)組輸出功率，W。V均根據(jù)上面的公式，可得日平均風(fēng)速發(fā)電總量W=K×P×24=864Wh風(fēng)均V均200W風(fēng)力發(fā)電機(jī)和LNGF-85W太陽能電池5天的無風(fēng)陰天極限天氣照明需求。4.11風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)控制器的選擇的電能，而且還要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的控制和保護(hù)作用。通過充放電的控制可以同時(shí)利用太陽能和風(fēng)能,提高風(fēng)能和太陽能的綜合利用效率?？刂破鞅仨毦哂酗L(fēng)力發(fā)電充電電路和光伏充電電路,兩充電通道要各自獨(dú)立和有效隔離。[27]由于風(fēng)光互補(bǔ)路燈是離網(wǎng)式路燈，因此每個(gè)系統(tǒng)均為獨(dú)立電源和獨(dú)立控制系統(tǒng)，要做到統(tǒng)一調(diào)度比較困，因此現(xiàn)在不少廠家都開發(fā)出可以通過RJ（各種不同接頭的一種類型）接口或是擴(kuò)展聯(lián)網(wǎng)模塊的控制器，為了工程的經(jīng)濟(jì)性，本工程應(yīng)用中不采用這種新型的控制器。4.12防雷擊配置使用在戶外嚴(yán)酷天候條件下，容易遭受雷電天氣，其使用環(huán)境普遍存在感應(yīng)雷，有時(shí)甚至存在直擊雷，而且LED路燈中使用了大量的電子元器件和芯片，這些元件對(duì)雷電的抵應(yīng)根據(jù)GB_50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條目進(jìn)行配置。安裝避雷短針，通過路燈燈杠鋼結(jié)構(gòu)作為引下線，如果接地電阻不達(dá)標(biāo)可以獨(dú)立設(shè)置引的接地極應(yīng)該按照符合建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范預(yù)留不小于1.5m間隔距離。4.13小結(jié)在路燈照明應(yīng)用方案中采用采用半截光型的風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈和太陽能供電LED景觀路燈。其中一級(jí)道路5m雙向機(jī)動(dòng)車車道路段選用的路燈為：燈架高為6m，光源距地面直線距離約5m。按照道路總長進(jìn)行配置，一級(jí)道路5m行人和機(jī)動(dòng)車寬路段的安裝路燈間距16m，道路總長約200m，配置20WLED太陽能景觀路燈約12盞，交匯處按實(shí)際工程需要進(jìn)行配置，路燈按單側(cè)布置。光源6m高的風(fēng)光互補(bǔ)路燈配置100Ah在路燈基座下，另設(shè)控制箱在燈杠底部，配置相應(yīng)的風(fēng)光互補(bǔ)控制器，并做防雷配件。選用峰值功率LNGF-85W太陽能發(fā)電板負(fù)責(zé)為路燈發(fā)電供電。55.1設(shè)計(jì)要求負(fù)載：每盞過道燈5W，每層共7盞，只有2、3、4層有過道總共21盞。每天平均工作6h×5W×21盞=630Wh；立面亮化每天用電2kWh。所以過道和立面亮化一天總用電為0.63+2=2.63kW取3kW；蓄電池：保證連續(xù)5個(gè)陰雨天可以工作。5.2蓄電池容量的確定蓄電池組件容量根據(jù)（4-4,5，6）計(jì)算：U取24vLWQ125Ah總ULL1.112551QnC916AhLC0.75B5.3發(fā)電機(jī)型號(hào)選擇盡管風(fēng)力發(fā)電機(jī)多種多樣，但歸納起來可分為兩類：①水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；②垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。(1)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)科分為升力型和阻力型兩類。升力型風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度快，阻力型旋轉(zhuǎn)速度慢。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，多采用升力型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。大多數(shù)水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有對(duì)風(fēng)裝置，能隨風(fēng)向改變而轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這種對(duì)風(fēng)裝置采用。[28]機(jī)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的式樣很多，有的具有反轉(zhuǎn)葉片的風(fēng)輪，有的再一個(gè)塔架上安裝多個(gè)風(fēng)輪，以便在輸出功率一定的條件下減少塔架的成本，還有的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪周圍產(chǎn)生漩渦，集中氣流，增加氣流速度。風(fēng)力水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，受慣性力和重力的綜合作用，慣性力的方向是隨時(shí)變化的，而重力的方向始終不變，這樣葉片所受的就是一個(gè)交變載荷，這對(duì)于葉片的疲勞[29][30]強(qiáng)度是非常不利的。另外，水平軸的發(fā)電機(jī)都置于幾十米的高空，這給發(fā)電機(jī)的安裝和維護(hù)檢修帶來了很多的不便。(2)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一大優(yōu)勢(shì)，它不僅使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡化，而且也減少了風(fēng)輪對(duì)風(fēng)時(shí)的陀螺力。利用阻力旋轉(zhuǎn)的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)有幾種類型，其中有利用平板和被子做成的風(fēng)輪，這是一種純阻型風(fēng)車，具有部分升力，但主要