超級電容器光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在田園風(fēng)光照明項(xiàng)目中的應(yīng)用初探
——以晉江九十九溪田園風(fēng)光照明項(xiàng)目為例

杜軍 馮健 林英潑 黃浩宇 唐騰君

1 上海復(fù)緯照明設(shè)計(jì)工程有限公司，上海201900

2 鄭州迪爾樂斯照明工程有限公司，鄭州450000

3 晉江市益農(nóng)投資發(fā)展有限公司，晉江362200

4 湖南耐普恩科技有限公司，長沙410100

0 引言

近幾年城市夜景照明的高速發(fā)展，城市照明的趨同性和過度化建設(shè)及光污染問題日益突顯，引發(fā)了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注及討論。重新審視照明設(shè)計(jì)和城市照明建設(shè)的初心和科學(xué)性，思考后疫情時(shí)代如何全面貫徹五大發(fā)展理念，勇于創(chuàng)新，大力提倡綠色、生態(tài)照明，發(fā)展可再生能源，助力城市的夜經(jīng)濟(jì)發(fā)展，讓城市照明回歸理性，成為各級管理部門和照明人的全新課題。

1 項(xiàng)目概況

晉江九十九溪流域田園風(fēng)光拓展區(qū)項(xiàng)目位于福建省晉江市，是一片以農(nóng)耕為主的區(qū)域，閩南文化是其顯著特征。項(xiàng)目區(qū)總規(guī)劃面積約6 500 畝，是晉江市委市政府圍繞“全域旅游”重點(diǎn)打造的生態(tài)景觀項(xiàng)目，以萬畝田園為基底，營造都市之中的田園生活場景，營造“漠漠水田飛白鷺”的河溪稻田景觀。

2 載體選擇

基地地勢平坦，有多條溪流穿過基地，其中大地景觀、園路（25 077.25 m）、微景觀、公共建筑、生態(tài)廁所、堤岸、植物、橋梁（10）、電塔（34 座）、觀光塔等作為本次設(shè)計(jì)選擇載體?；鼐坝^功能分區(qū)和節(jié)點(diǎn)分布如圖1 和圖2 所示。

3 設(shè)計(jì)理念

緊扣“田園風(fēng)光、生態(tài)觀光”的主題，以高效、節(jié)能、科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，打造“以人為本、功能優(yōu)先、舒適品質(zhì)”的和諧之光、“尊重自然、生態(tài)環(huán)保、防止光污染”的生態(tài)之光及“高新技術(shù)、智能控制、展現(xiàn)魅力”的科技之光。圖3 和圖4 分別為基地綠道分布和高壓鐵塔分布。

圖1 基地景觀功能分區(qū)

圖2 基地景觀節(jié)點(diǎn)分布

圖3 基地綠道分布

圖4 基地高壓鐵塔分布

4 設(shè)計(jì)原則

（1）功能優(yōu)先原則

對河堤、橋梁、微景觀、公共廁所、園區(qū)建筑、綠道、水系等進(jìn)行功能性照明，使其符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，為機(jī)動(dòng)車、市民及游客的夜間出行創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境，從而達(dá)到保障交通安全、提高交通運(yùn)輸效率、方便人民生活、滿足治安防范需求和美化城市環(huán)境的目的。

（2）節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、防止光污染原則

設(shè)計(jì)選用高效節(jié)能的產(chǎn)品和智能控制，結(jié)合超級電容技術(shù)，實(shí)施綠色照明；節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、防止光污染，實(shí)現(xiàn)精明發(fā)展。

（3）突出重點(diǎn)、確?？傮w效果原則

合理分析照明載體，確定重點(diǎn)，點(diǎn)線面結(jié)合，舒適為宜，慎用彩色光，確?？傮w效果。

（4）使用安全、安裝隱蔽原則

照明設(shè)施應(yīng)安全可靠并便于維修管理，同時(shí)，燈具的開關(guān)有時(shí)段控制，不能影響植物的正常生長，安裝應(yīng)有相應(yīng)措施，不應(yīng)影響白天視覺效果。

5 技術(shù)實(shí)施

5.1 功能性照明

本項(xiàng)目實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于：一是將超級電容器高效儲(chǔ)能技術(shù)與光伏技術(shù)完美結(jié)合，為城市功能照明和景觀照明提供切實(shí)可行的“零電費(fèi)”清潔能源解決方案；二是對配光科學(xué)合理、控光精準(zhǔn)防眩的高效LED燈具的應(yīng)用。

（1） 燈具設(shè)計(jì)

為充分展示晉江的城市人文和歷史底蘊(yùn)，在滿足道路照明功能性的前提下，對九十九溪田園風(fēng)光的景觀照明框架道路及新建道路照明燈具設(shè)施風(fēng)格進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，統(tǒng)一超級電容光伏燈桿供電，燈具風(fēng)格應(yīng)與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，燈體顏色應(yīng)融入周邊景觀環(huán)境，清晰劃分夜間道路景觀層次，增強(qiáng)區(qū)域識(shí)別的系統(tǒng)性。

園區(qū)道路系統(tǒng)的照明燈具形式劃分為4 類，具體如下。

燈型1：田園型——適用于展示田園風(fēng)光形象的重要景觀軸線二級園路，如圖5 所示。

圖5 田園型庭院燈（朗伯型配光）

燈型2：簡約型——適用于園區(qū)二級、三級園路及新建二、三級園路等，如圖6 所示。

圖6 簡約型庭院燈（朗伯型配光）

燈型3：簡約功能型——適用于一級園路及非景觀框架二級園路及新建一級園路等，如圖7 所示。

圖7 簡約功能型庭院燈（路燈配光）

燈型4：棧道燈、草坪燈——適用田間小路，如圖8 所示。

圖8 棧道燈、仿石草坪燈

（2） 燈具選型

根據(jù)晉江九十九溪田園風(fēng)光項(xiàng)目園區(qū)規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容，對園區(qū)地塊用地性質(zhì)規(guī)劃和園區(qū)交通規(guī)劃，將園區(qū)道路功能照明分為4 個(gè)級別。一級4 m 以上園路、二級2-4 m 園路、三級2 m 以下園路及農(nóng)機(jī)路，具體燈具選型見表1。

表1 功能性照明燈具造型表

（3）照度計(jì)算

本項(xiàng)目園區(qū)路網(wǎng)照明采用一體化超級電容光伏庭院燈。庭院燈布置間距統(tǒng)一采用20m，一級園路≥6m，采用燈桿H5.2 m 簡約功能型庭院燈雙側(cè)布燈；一級園路＜6 m，采用燈桿H4.65 m 簡約功能型庭院燈單側(cè)側(cè)布燈；二級三級園路采用燈桿H3.5 m 田園型、簡約型庭院燈，或采用燈桿H 4.65 m 簡約功能型庭院燈。

根據(jù)所選燈具配光曲線IES 文件，經(jīng)模擬計(jì)算各級園路的照明水平滿足城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 45——2015 的相關(guān)要求，如圖9 所示。

圖9 園路功能性照明模擬計(jì)算

5.2 景觀照明供電方案

園區(qū)內(nèi)景觀照明采用電池型超級電容器作為儲(chǔ)能電源，太陽能電池板發(fā)電，再加以智能、可靠的充放電控制系統(tǒng)使整個(gè)供電系統(tǒng)運(yùn)行零電費(fèi)、零污染、零排放。供電系統(tǒng)分多節(jié)點(diǎn)獨(dú)立安裝，不需要大面積挖溝埋管布線，不需要沿線分布變壓器。圖10 為系統(tǒng)安裝示意圖。按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)能環(huán)保、維修方便的原則進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和選型。堅(jiān)持高水平、高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)與自然協(xié)調(diào)的原則，為晉江市九十九溪田園風(fēng)光項(xiàng)目設(shè)計(jì)出有品位、有科技含量、結(jié)合自身特色的生態(tài)供電工程。

這里需要說明的是：

（1）本項(xiàng)目氣象數(shù)據(jù)采用晉江峰值日照時(shí)數(shù)3.95 h/d；

（2）景觀照明節(jié)點(diǎn)分布散，負(fù)載功率不盡相同，供電系統(tǒng)容量分別為180 W、500 W、1 kW、2 kW 共4 種規(guī)格，具體配置見表2；

（3）景觀照明時(shí)間為3 h/d，天黑自動(dòng)開燈，3 h后自動(dòng)熄燈，并可根據(jù)天氣、季節(jié)實(shí)時(shí)變化，系統(tǒng)儲(chǔ)能按3 倍單日負(fù)載用量計(jì)算。

5.3 燈具、配光和安裝

由于園區(qū)地勢平坦、視野開闊，行人移動(dòng)有多視角可以看到燈具發(fā)光面，處理不好就會(huì)在視野中形成眩光，影響人的視覺和心理感受。所以，本項(xiàng)目對防眩光措施、燈具配光、安裝方式有很高的要求：燈具應(yīng)有多角度配光，能滿足不同載體對配光的要求；燈具應(yīng)設(shè)置防眩玻璃、燈具內(nèi)置防眩器、格柵及外置防眩光配件等防眩光措施，使產(chǎn)品更具人性化；燈具可采用多頭立桿安裝方式，以實(shí)現(xiàn)多方向、多角度的照射，應(yīng)用廣泛。如圖11 所示。

圖11 燈具配光、防眩光措施及安裝方式（圖片由浙江歐銳杰提供）

5.4 超容光伏小功率燈具

本項(xiàng)目實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)之一是獨(dú)立超容小功率燈具的應(yīng)用，對刻畫空間或建（構(gòu)）筑物細(xì)部結(jié)構(gòu)照明，有著不可替代的作用。與集中式超容光伏基站供電的遠(yuǎn)距離投光方式相結(jié)合，能更好地表現(xiàn)夜晚的照明載體。圖12 為超容光伏小功率燈具舉例。

圖12 超容光伏小功率燈具(圖片由深圳技加科技、中山云朵提供）

5.5 大地景觀燈光秀

本項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地勢平坦，沿G15 及迎賓路兩側(cè)分布著共29 座高壓鐵塔，其中規(guī)劃范圍內(nèi)34 座。高壓鐵塔是區(qū)域內(nèi)難得的高大載體，可作為大地景觀燈光秀的表演載體。出于對高壓鐵塔的性質(zhì)及安全因素考慮，只能采用獨(dú)立超容光伏供電，避免遠(yuǎn)距離鋪設(shè)線纜及破壞。以遠(yuǎn)距離投光的方式，利用先進(jìn)的燈具設(shè)備和無線控制系統(tǒng)，精準(zhǔn)的控光、染色、投影等情景照明的聯(lián)動(dòng)變化形成驚艷的視覺盛宴燈光秀（圖13 為大地景觀燈光秀實(shí)施方案），為九十九溪田園風(fēng)光項(xiàng)目乃至整個(gè)晉江樹立一個(gè)全新的文化燈光地標(biāo)。圖14 為大地景觀燈光秀的試燈效果。

圖13 大地景觀燈光秀實(shí)施方案

圖14 大地景觀燈光秀試燈效果（圖片由雅江光電提供）

6 項(xiàng)目功耗分析

本項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)園路功能照明、生態(tài)廁所及景觀照明所消耗的電能，根據(jù)表3、表4 計(jì)算得出：

（1）園區(qū)路網(wǎng)近期建設(shè)總功耗為48.325 kW，每天以10 h 計(jì)算，一年用電為176 386 kW·h；

（2）園區(qū)生態(tài)廁所建設(shè)總功耗為10 kW，每天以10 h 計(jì)算，一年用電為36 500 kW·h；

（3）園區(qū)景觀照明建設(shè)總功耗為61.121 kW，每天以3 h 計(jì)算，一年用電為66 927.5 kW·h。

表3 功能性照明功率分析表

表4 景觀照明、生態(tài)廁所功率分析表

以上所消耗的電能均采用超容光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)所提供，真正做到切實(shí)可行的“零電費(fèi)”清潔能源解決方案，整體光伏供電設(shè)計(jì)按10 年質(zhì)保設(shè)計(jì)。

7 結(jié)束語

超級電容器作為一種技術(shù)成熟的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，具有充放電速度快、使用壽命長、適用溫度范圍寬、安全可靠性高、能高效吸收存儲(chǔ)光伏板在晴天（強(qiáng)電流）及陰雨天（弱電流）情況下所產(chǎn)生的電能等特點(diǎn)。結(jié)合光伏板與燈桿的一體化設(shè)計(jì)，解決了燈具美觀問題，更使得其在功能性照明及景觀照明領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。

超級電容器光伏儲(chǔ)能技術(shù)的日臻成熟，使得在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)中解決了區(qū)域地勢平坦、載體分布分散、管線敷設(shè)難度大等難點(diǎn)問題，為樹立區(qū)域文化標(biāo)桿，踐行綠色照明的理念，推廣可再生清潔能源的應(yīng)用，做了有益的探索和實(shí)踐。