風(fēng)光互補發(fā)電
——某煤礦工業(yè)園區(qū)照明系統(tǒng)的改造

海燕

（安徽能源技術(shù)學(xué)校，安徽合肥230000）

風(fēng)光互補發(fā)電
——某煤礦工業(yè)園區(qū)照明系統(tǒng)的改造

海燕

（安徽能源技術(shù)學(xué)校，安徽合肥230000）

某煤礦對風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)作了原理分析及設(shè)計，且對比統(tǒng)計了風(fēng)光互補型路燈照明與普通路燈照明的成本費用。得出結(jié)論：風(fēng)光互補新型路燈照明系統(tǒng)改造某煤礦工業(yè)園區(qū)照明系統(tǒng)，可以節(jié)省電能成本，美化環(huán)境，對礦建有著積極的意義。

風(fēng)能；太陽能；風(fēng)光互補發(fā)電；路燈照明；改造；

一、引言

在過去的幾百年中，煤炭，石油，天然氣等能源的利用，大大推動了人類社會的發(fā)展，但同時也帶來了環(huán)境污染，生態(tài)系統(tǒng)被破壞等問題。近年來，人們越來越重視新能源的利用與開發(fā)，風(fēng)能與光能屬于自然能源，一直都備受能源研究者的青睞。面對日益增加的能源消耗，煤礦建設(shè)也開始尋求新的節(jié)能方案。

某煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝區(qū)境內(nèi)，礦建時部分道路采用普通路燈，每年用電量很大，耗電成本很高。普通路燈的照明效果一般，會對夜間行駛的車輛造成影響，也會給夜間的工程施工帶來不便?？紤]到內(nèi)蒙古東勝區(qū)光能充裕，風(fēng)能充沛。因此，利用風(fēng)光互補型節(jié)能產(chǎn)品具有得天獨厚的條件優(yōu)勢，所以現(xiàn)構(gòu)思對該煤礦工業(yè)園區(qū)的路燈系統(tǒng)進行改造。

二、風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)具體方案介紹

（一）原理介紹

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，是一套將風(fēng)能和光能轉(zhuǎn)換成電能的應(yīng)用系統(tǒng)[1]。風(fēng)力發(fā)電機的工作原理是風(fēng)能帶動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)發(fā)出交流電，再經(jīng)過整流，濾波，穩(wěn)壓將交流電轉(zhuǎn)化為直流電存儲到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負載處。而太陽能電池方陣即利用光伏作用原理將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能供負荷使用[2]，或?qū)⑥D(zhuǎn)換的直流電儲存在蓄電池中備用。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電的綜合運用。

（二）風(fēng)光互補發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 風(fēng)光互補供電系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)圖

圖1所示為風(fēng)光互補型供電系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)圖，其主要組成如下：

1、風(fēng)力發(fā)電機[3]：風(fēng)機具有適合內(nèi)陸地區(qū)低風(fēng)速、發(fā)電性能好、發(fā)電量大的特點。具有機械、電子剎車裝置，可以確保在高風(fēng)速時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在安全可靠的范圍內(nèi)，使最高輸出電壓成為安全可控的電壓。12V/150W的風(fēng)力發(fā)電機，當(dāng)風(fēng)力≥3m/s時工作，當(dāng)風(fēng)力達到10m/s時，功率可達到額定值150W。

2、太陽能光電池板：采用100W/14V，0.6㎡的硅光電池，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，屬于一種半導(dǎo)體元件，它的特點：它是轉(zhuǎn)換效率高達15%的單晶硅太陽能電池板。具有抗風(fēng)、防潮、工作穩(wěn)定、無需維護等特點。

3、鉛酸蓄電池：蓄電池的選擇要求：重量輕、體積小、能量轉(zhuǎn)換率高、自放電慢、充放電循次數(shù)多（即使用壽命長）等。其次，還有些特殊要求如低溫時能大電流放電、維護簡單或無需維護、自放電（析氫）特別慢等。

4、逆變器：逆變器是可將直流電變?yōu)榻涣麟姷碾娏﹄娮友b置[4]，風(fēng)光互補的逆變器末端具備多路輸出的變壓器裝置，可將蓄電池中的直流電變成220V交流電，能以220V/50H z的交流輸出驅(qū)動家用電器負載；還可以對變壓器次級輸出進行整流，得到想要的直流電。同時風(fēng)光互補發(fā)電的逆變系統(tǒng)可自動穩(wěn)壓，因此供電質(zhì)量可得以保證。

（三）風(fēng)光互補發(fā)電逆變系統(tǒng)原理剖析

圖2 風(fēng)光互補型路燈逆變系統(tǒng)電路圖

圖2所示為風(fēng)光互補型的路燈逆變輸出部分電路，T L494為逆變器的核心控制部件[5]。T L494的11、12腳實現(xiàn)電壓采樣、誤差放大。逆變器后端變壓器的次級繞組整流輸出15V直流電壓，由R11串聯(lián)R12分壓后，將4.7～5.6V的分壓送入T L494同向輸入端1腳。2腳為反相輸入端，其輸入信號為5V的基準(zhǔn)電壓。T L494的1腳輸入電壓會隨末端整流輸出的電壓變化而變化，當(dāng)1腳電壓降低時，誤差放大器則輸出低電平，則系統(tǒng)會通過PW M電路控制逆變橋的開關(guān)管的動作作出相應(yīng)調(diào)整，目的使輸出電壓升高。正常狀態(tài)時，T L4941腳電壓值為5.4V，2腳電壓值為5V，3腳電壓值為0.06V，末端輸出235V的方波交流電壓。4腳的正常電壓值為0.01V，可通過調(diào)節(jié)R16、R14、C12的參數(shù)設(shè)定死區(qū)時間。C13、R15外接于T L494的第5、6腳，形成振蕩電路，發(fā)出頻率為100H z的三角波。5腳與6腳的正常工作電壓值為1.75V和3.73V。7腳接地，12腳為T L494芯片的供電腳，12V電源的接通與關(guān)斷可通過開關(guān)S控制，因此可通過開關(guān)S控制T L494的啟動/停止，將開關(guān)S稱為逆變器的控制開關(guān)。

（四）風(fēng)光互補供電型路燈優(yōu)勢分析

風(fēng)光互補供電系統(tǒng)獨立供電，安全可靠，節(jié)省了大量的人力物力財力，免除了檢修維護，建站架線等工程。風(fēng)能光能皆取自大自然，節(jié)能環(huán)保有良好的經(jīng)濟效應(yīng)，可行性高。另外內(nèi)蒙古有良好的日照條件，可做到晝夜季節(jié)互補，穩(wěn)定性好，普及型高。風(fēng)光互補路燈不需要消耗市電，工作電壓為直流24V、50-60W L E D光源，安全可靠，性能穩(wěn)定，不受停電限制，不會發(fā)生觸電事故，安裝簡單，照明效果良好，有非常好的應(yīng)用前景。現(xiàn)以100盞路燈，使用十年，每天12小時照明計算，對風(fēng)光互補路燈與傳統(tǒng)路燈經(jīng)濟效益進行一下對比，由表1的經(jīng)濟效益對照表可以看出，100盞風(fēng)光互補供電型路燈的費用總和低于普通路燈的費用總和的一半，優(yōu)勢顯而易見。

表1 普通路燈與風(fēng)光互補路燈經(jīng)濟效益對比表

（五）施工時的注意事項

風(fēng)光互補路燈在施工安裝時要注意正確的上電順序：應(yīng)先接蓄電池，再接負載，太陽能板，最后接上風(fēng)機。正確的斷電順序是：先斷開風(fēng)機，再斷開太陽能，負載，最后斷開蓄電池。在安裝太陽能電池板時，應(yīng)注意不要被樹葉等物體遮擋，如有遮蓋，電池板在強烈的陽光照射下會發(fā)熱損壞，以造成其組件損壞，這就是熱島效應(yīng)。為防止熱島效應(yīng)，一般采取將太陽能電池傾斜放置的方法，這樣其表面就不容易附著遮蓋物了。

三、結(jié)論

風(fēng)光互補發(fā)電在路燈中的應(yīng)用改善了傳統(tǒng)路燈安裝，調(diào)試，布線，埋管，耗能等繁瑣的過程，實現(xiàn)了純綠色無污染的獨立分散式供電，零耗電，零排放，安裝靈活便捷，也為城市道路增添了風(fēng)采。該節(jié)能路燈利用太陽能和風(fēng)能互補給發(fā)光設(shè)備供電。白天儲存能量，夜晚利用智能系統(tǒng)，將儲存的電能釋放出來照明，晴天以太陽能發(fā)電為主，遇到陰雨天氣則以風(fēng)能發(fā)電為主，如果既有太陽又有風(fēng)能，則兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)換與利用。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在煤礦中有著重要的應(yīng)用，不僅節(jié)省了電能，還避免了停電的影響，彌補了現(xiàn)有煤礦照明系統(tǒng)的缺陷，對于煤礦的安全生產(chǎn)和信息化的建設(shè)有著積極的意義。

[1]朱兆瑞等.中國太陽能·風(fēng)能資源及其利用[M].北京：氣象出版社,1998.

[2]司良群,吳剛,劉倩等.獨立光伏系統(tǒng)太陽能電池方陣及蓄電池容量設(shè)計[C].重慶市電機工程學(xué)會2010年學(xué)術(shù)會議論文集,2010：24-27.

[3]程明,張運乾,張建忠.風(fēng)力發(fā)電機發(fā)展現(xiàn)狀及研究進展[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,2009,24(3)：2-8.

[4]王兆安等.電力電子技術(shù)(第5版)[M].北京機械工業(yè)出版社,2000.

[5]閆亮,許宜申,陶智等.基于TL494的微型車載逆變器設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012,35(15)：164-166.

TM614;TM615

A

1671-5993（2017）02-0061-03

2017-05-10

海燕(1984-)，女，安徽壽縣人，安徽能源技術(shù)學(xué)校，講師，碩士。