垂直軸風(fēng)光互補(bǔ)照明裝置

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214028）

能源與環(huán)境問題已成為可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問題，太陽能和風(fēng)能作為重要的可再生能源，取之不盡、用之不竭，且利用其發(fā)電不會產(chǎn)生有害氣體，清潔干凈。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的優(yōu)勢在于：白天太陽光強(qiáng)時，風(fēng)一般小，晚上沒有太陽光，但風(fēng)一般較大；在夏季，風(fēng)小而陽光較強(qiáng)，冬季，風(fēng)大而陽光較弱。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，因此風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是資源條件最好的獨立電源系統(tǒng)。

垂直軸風(fēng)光互補(bǔ)照明裝置主要由垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板、風(fēng)光互補(bǔ)控制器、蓄電池及照明設(shè)備構(gòu)成。

一、垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

圖1 H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)

通常我們看到的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸與風(fēng)向平行，啟動難和需要高風(fēng)速運轉(zhuǎn)的，且它為單向迎風(fēng)，風(fēng)能浪費嚴(yán)重。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸與風(fēng)向垂直，在結(jié)構(gòu)上與水平軸風(fēng)機(jī)截然不同，它可以接受360度方位任何方向的來風(fēng)，能更好地適應(yīng)外界風(fēng)向變化，且運行時噪音小。

本裝置采用H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，如圖1所示。風(fēng)輪由垂直于水平線的5片葉片構(gòu)成，葉片由超高強(qiáng)度玻璃纖維和環(huán)氧樹脂成型，風(fēng)輪的翼型考慮氣動力學(xué)設(shè)計而成，具有極低的啟動風(fēng)速和較高的風(fēng)能利用率。風(fēng)輪帶動垂直軸專用稀土永磁三相發(fā)電機(jī)發(fā)電，電機(jī)體積小、重量輕且發(fā)電效率高，只具有微小的起動阻力矩，有效保證了風(fēng)機(jī)在微風(fēng)中便能啟動。本裝置采用的H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

二、太陽能電池組件

太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽輻射的光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷瑢⑻柲茈姵貑误w進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件。本裝置采用光電轉(zhuǎn)換效率較高的單晶硅太陽能電池組件，功率為60W。

三、風(fēng)光互補(bǔ)控制器

風(fēng)光互補(bǔ)控制器是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電中最為重要的部件，其性能影響到整個系統(tǒng)的壽命和運行穩(wěn)定性。本控制器采用AVR單片機(jī)為主要控制核心，采用智能控制技術(shù)，主要功能有：

（1）具有傍晚主燈、副燈全亮、至接近午夜開始關(guān)掉副燈，天明路燈全部熄滅的程序流程自動控制功能；或常規(guī)光控控制。

（2）輸出第2路為多類定時輸出（可光控可定時），用戶可以根據(jù)自己的需要通過設(shè)定選擇定時時間。

（3）蓄電池過充電與過放電保護(hù)。

（4）防蓄電池放電振蕩功能；即在蓄電池欠壓臨界時關(guān)燈不久，蓄電池電壓又回升至正常范圍電壓，頻繁出現(xiàn)開燈、關(guān)燈現(xiàn)象。

（5）浮充充電功能，當(dāng)蓄電池達(dá)到過充保護(hù)點時，采用穩(wěn)壓充電方式。

（6）防太陽能組件反接功能，防蓄電池反接功能。

（7）多類定時選擇功能，可改變主燈副燈的工作時間，也可以使副燈與主燈功能一致。

（8）設(shè)置強(qiáng)制停轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)功能，方便風(fēng)機(jī)的調(diào)試與安裝。

四、蓄電池和照明設(shè)備

為建立一個供電電壓穩(wěn)定、均衡的系統(tǒng)，就需把風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池組件發(fā)出的電能儲存起來，穩(wěn)定地向用電器供電。閥控密封式鉛酸蓄電池有成本低、容量大及免維護(hù)的特性，是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)儲能的首選，在本裝置中采用12V免維護(hù)鉛酸蓄電池。

本裝置中采用LED光源，LED照明光源是一種新型固態(tài)冷光源，它具有節(jié)約能亮、電壓低、電流小和亮度高的特點，適合用于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，且可省去逆變器。

結(jié)語

風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)具備了風(fēng)能和太陽發(fā)電的雙重優(yōu)點，而垂直軸風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)由于其外形美觀且啟動風(fēng)速低，越來越多地用于道路照明及景觀照明中。

[1]一種小型獨立風(fēng)光互補(bǔ)照明裝置[Z].

[2]風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電照明裝置[Z].Google專利.