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摘要：本文主要研究風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)在路燈照明中的應(yīng)用。首先分析了傳統(tǒng)路燈照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀及弊端，介紹了風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，接著分析了風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)的各個(gè)構(gòu)成部分，并對各個(gè)部分的工作原理與特性做了詳細(xì)的分析與探討。

關(guān)鍵詞：新能源；風(fēng)光互補(bǔ)路燈；路燈監(jiān)控；升壓電路

0引言

目前，針對傳統(tǒng)路燈照明的弊端，國內(nèi)的研發(fā)機(jī)構(gòu)及照明企業(yè)提出了風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)，這是一種離網(wǎng)式的供電模式，采用獨(dú)立的供電系統(tǒng)，通過有效的利用風(fēng)能和太陽能在能量及時(shí)間上的互補(bǔ)性，通過兩者各自的發(fā)電裝置，共同向蓄電池充電儲能，供給光源使用。風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)避開了傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)長途供電的弊端，很大程度上解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)的夜間道路照明問題。盡管風(fēng)光互補(bǔ)路燈初投資較高，但是不需要輸電線路，也不需要開挖路面做埋管工程，不消耗電能，從長遠(yuǎn)來看，該系統(tǒng)有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)光互補(bǔ)路燈利用自然環(huán)境中的風(fēng)能及太陽能發(fā)電，不消耗電網(wǎng)電能，無有害氣體的排放，清潔干凈，環(huán)境效益良好?，F(xiàn)對風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的組成及工作原理

風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)主要由太陽能光伏陣列、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池組、燈架、整流器、控制器和直流負(fù)載（光源）組成?？刂破麟娐酚沙潆婋娐?、放電電路和控制電路3部分組成，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)的組成如圖1所示。白天時(shí)，太陽能光伏陣列與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，分別將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；夜晚時(shí)，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)單獨(dú)工作，通過風(fēng)機(jī)完成風(fēng)能—機(jī)械能—電能等轉(zhuǎn)換，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的為三相交流電，而控制器和蓄電池充電所需為直流電，故在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和智能控制器間加裝AC/DC整流器，完成三相交流電—直流電的轉(zhuǎn)換；蓄電池可以把轉(zhuǎn)換后的直流電能儲存起來，為系統(tǒng)運(yùn)行和負(fù)載的正常工作提供穩(wěn)定的電能；最終直流負(fù)載（光源）作為系統(tǒng)輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)照明功能。智能控制器作為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的核心，其主要作用是完成系統(tǒng)的能量管理和控制。智能控制器通過對送入其中的太陽能電池、風(fēng)機(jī)整流后輸出電壓的檢測、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理并與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)光照強(qiáng)度較弱或風(fēng)速較小導(dǎo)致太陽能電池板和風(fēng)機(jī)的整流輸出電壓達(dá)不到蓄電池的充電電壓時(shí)，控制器自動(dòng)開啟智能DC/DC轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)升壓以滿足對蓄電池順利充電的目的；控制器在整個(gè)充電過程中采用模糊控制策略實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，提高太陽能和風(fēng)能的利用效率。通過對蓄電池電壓以及充放電電池的實(shí)時(shí)檢測，當(dāng)蓄電池進(jìn)入浮充階段或風(fēng)速過大時(shí)，控制器通過PWM整流對風(fēng)機(jī)實(shí)行點(diǎn)剎以防止蓄電池過充；當(dāng)蓄電池電量不足時(shí)，蓄電池通過強(qiáng)行關(guān)閉路燈負(fù)載以避免蓄電池過放，延長蓄電池的使用壽命?？刂破髋c上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信，通過人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)對該控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)的了解。

2電力電子技術(shù)在風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用

風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)中采用電力電子技術(shù)將太陽能電池及小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變換為蓄電池能夠順利充電的12V/24V電能，再對直流負(fù)載（光源）供電，使用電設(shè)備在其最佳的供電電源下工作，獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2.1DC/DC變換器

為最大化利用風(fēng)能和太陽能，就必須將能量值相對較小的風(fēng)能和太陽能合理利用起來，故風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用DC/DC升壓電路，通過改變電路的工作狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對能量的控制。

2.1.1直流斬波電路

光伏充電控制器的主電路采用如圖2所示的直流斬波電路。在圖2所示的直流斬波電路中，輸入電容C的作用是儲能和調(diào)節(jié)光伏板的輸出電壓，當(dāng)開關(guān)管一直斷開時(shí)，光伏板向電容充電，直到電容電壓達(dá)到光伏板的開路電壓時(shí)充電電流為零，此時(shí)電容電壓不再上升；當(dāng)開關(guān)管一直導(dǎo)通時(shí)，電容向蓄電池放電，直到電容電壓降到蓄電池的端電壓時(shí)，電容電壓不再下降，光伏電池直接向蓄電池進(jìn)行充電。圖2光伏充電控制器電路原理圖這種電路與降壓電路、升降壓電路相比省去了功率電感，因?yàn)楣夥姵剌敵鲭妷焊哂谛铍姵亟M，充電控制器不需要升壓就能充電，同時(shí)可以避免開關(guān)變換器的因電感線圈的銅損造成效率下降。

2.1.2直流升壓-降壓變換器

風(fēng)能充電控制器的主電路采用如圖3所示的直流升壓-降壓電路（Buck-Boost變換電路）。圖3風(fēng)能充電控制器電路原理圖Buck-Boost變換器通過調(diào)節(jié)開關(guān)管占空比的大小可以使變換器的輸出電壓高于或低于輸入電壓，輸出極性被反置。隨著開關(guān)管的開與閉，充電器主電路在兩種不同的工作狀態(tài)切換。如圖3所示，在狀態(tài)1期間，開關(guān)管閉合，二極管被反相偏置，輸入電容電壓經(jīng)過開關(guān)管加在電感兩端，為電感充電，電感電流開始上升，同時(shí)輸入電容電壓下降；在狀態(tài)2期間，開關(guān)管斷開，電感以與蓄電池組電壓相同大小的電壓向蓄電池組充電，同時(shí)電感電流以一定斜率開始下降，電感中的能量向蓄電池轉(zhuǎn)移，而輸入電容電壓在整流輸出電壓的充電下電壓逐漸上升。風(fēng)力充電控制器的主電路不采用與光伏充電控制器相同的直流斬波電路的原因有二：一是風(fēng)力充電控制器電路中有電感和電容兩個(gè)儲能裝置，與直流斬波電路相比具有更大的能量處理能力。二是直流斬波電路時(shí)降壓電路，當(dāng)整流電壓低于蓄電池組電壓時(shí)就不能進(jìn)行充電，會(huì)出現(xiàn)在微風(fēng)條件下無法發(fā)電的情況。而Buck-Boost變換電路既可升壓，也可降壓，在整流電壓低于蓄電池組電壓時(shí)，使變換器工作在升壓狀態(tài)，在整流電壓高于蓄電池組電壓時(shí),使變換器工作在降壓狀態(tài)，這樣既有利于微風(fēng)發(fā)電，又可以提高強(qiáng)風(fēng)條件下的風(fēng)能利用率。

2.2AC/DC變換器

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出為三相交流電，而智能控制器所需為直流電，因此需增加將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流點(diǎn)的AC/DC整流電路。

3結(jié)論

在整個(gè)社會(huì)都大力推廣清潔能源利用的背景下，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)以風(fēng)能和太陽能互補(bǔ)的形式改善了單一資源供能不穩(wěn)定的缺陷，提高了儲能系統(tǒng)的可靠性，其相比傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)具有環(huán)保、投資低、運(yùn)行安全、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但也還存在著太陽能利用效率低，蓄電池儲能效率受環(huán)境影響波動(dòng)較大等問題。但隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的不斷發(fā)展、進(jìn)步和完善，相信這些問題都會(huì)得到解決，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)將不僅限于道路照明系統(tǒng)的應(yīng)用，其必能在人們的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮更大的作用。

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作者：羅杰   單位：廣東省輕紡建筑設(shè)計(jì)院有限公司