风光互补发电——某煤矿工业园区照明系统的改造

海燕

（安徽能源技术学校，安徽合肥230000）

风光互补发电
——某煤矿工业园区照明系统的改造

海燕

（安徽能源技术学校，安徽合肥230000）

某煤矿对风光发电系统作了原理分析及设计，且对比统计了风光互补型路灯照明与普通路灯照明的成本费用。得出结论：风光互补新型路灯照明系统改造某煤矿工业园区照明系统，可以节省电能成本，美化环境，对矿建有着积极的意义。

风能；太阳能；风光互补发电；路灯照明；改造；

一、引言

在过去的几百年中，煤炭，石油，天然气等能源的利用，大大推动了人类社会的发展，但同时也带来了环境污染，生态系统被破坏等问题。近年来，人们越来越重视新能源的利用与开发，风能与光能属于自然能源，一直都备受能源研究者的青睐。面对日益增加的能源消耗，煤矿建设也开始寻求新的节能方案。

某煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区境内，矿建时部分道路采用普通路灯，每年用电量很大，耗电成本很高。普通路灯的照明效果一般，会对夜间行驶的车辆造成影响，也会给夜间的工程施工带来不便。考虑到内蒙古东胜区光能充裕，风能充沛。因此，利用风光互补型节能产品具有得天独厚的条件优势，所以现构思对该煤矿工业园区的路灯系统进行改造。

二、风光发电系统具体方案介绍

（一）原理介绍

风光互补发电系统，是一套将风能和光能转换成电能的应用系统[1]。风力发电机的工作原理是风能带动风轮旋转发出交流电，再经过整流，滤波，稳压将交流电转化为直流电存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。而太阳能电池方阵即利用光伏作用原理将太阳能直接转换成电能供负荷使用[2]，或将转换的直流电储存在蓄电池中备用。风光互补发电系统是风力发电机和太阳能电池方阵两种发电设备共同发电的综合运用。

（二）风光互补发电的系统结构

图1 风光互补供电系统工作结构图

图1所示为风光互补型供电系统工作结构图，其主要组成如下：

1、风力发电机[3]：风机具有适合内陆地区低风速、发电性能好、发电量大的特点。具有机械、电子刹车装置，可以确保在高风速时，风机转速稳定控制在安全可靠的范围内，使最高输出电压成为安全可控的电压。12V/150W的风力发电机，当风力≥3m/s时工作，当风力达到10m/s时，功率可达到额定值150W。

2、太阳能光电池板：采用100W/14V，0.6㎡的硅光电池，它能将太阳能转化为电能，属于一种半导体元件，它的特点：它是转换效率高达15%的单晶硅太阳能电池板。具有抗风、防潮、工作稳定、无需维护等特点。

3、铅酸蓄电池：蓄电池的选择要求：重量轻、体积小、能量转换率高、自放电慢、充放电循次数多（即使用寿命长）等。其次，还有些特殊要求如低温时能大电流放电、维护简单或无需维护、自放电（析氢）特别慢等。

4、逆变器：逆变器是可将直流电变为交流电的电力电子装置[4]，风光互补的逆变器末端具备多路输出的变压器装置，可将蓄电池中的直流电变成220V交流电，能以220V/50H z的交流输出驱动家用电器负载；还可以对变压器次级输出进行整流，得到想要的直流电。同时风光互补发电的逆变系统可自动稳压，因此供电质量可得以保证。

（三）风光互补发电逆变系统原理剖析

图2 风光互补型路灯逆变系统电路图

图2所示为风光互补型的路灯逆变输出部分电路，T L494为逆变器的核心控制部件[5]。T L494的11、12脚实现电压采样、误差放大。逆变器后端变压器的次级绕组整流输出15V直流电压，由R11串联R12分压后，将4.7～5.6V的分压送入T L494同向输入端1脚。2脚为反相输入端，其输入信号为5V的基准电压。T L494的1脚输入电压会随末端整流输出的电压变化而变化，当1脚电压降低时，误差放大器则输出低电平，则系统会通过PW M电路控制逆变桥的开关管的动作作出相应调整，目的使输出电压升高。正常状态时，T L4941脚电压值为5.4V，2脚电压值为5V，3脚电压值为0.06V，末端输出235V的方波交流电压。4脚的正常电压值为0.01V，可通过调节R16、R14、C12的参数设定死区时间。C13、R15外接于T L494的第5、6脚，形成振荡电路，发出频率为100H z的三角波。5脚与6脚的正常工作电压值为1.75V和3.73V。7脚接地，12脚为T L494芯片的供电脚，12V电源的接通与关断可通过开关S控制，因此可通过开关S控制T L494的启动/停止，将开关S称为逆变器的控制开关。

（四）风光互补供电型路灯优势分析

风光互补供电系统独立供电，安全可靠，节省了大量的人力物力财力，免除了检修维护，建站架线等工程。风能光能皆取自大自然，节能环保有良好的经济效应，可行性高。另外内蒙古有良好的日照条件，可做到昼夜季节互补，稳定性好，普及型高。风光互补路灯不需要消耗市电，工作电压为直流24V、50-60W L E D光源，安全可靠，性能稳定，不受停电限制，不会发生触电事故，安装简单，照明效果良好，有非常好的应用前景。现以100盏路灯，使用十年，每天12小时照明计算，对风光互补路灯与传统路灯经济效益进行一下对比，由表1的经济效益对照表可以看出，100盏风光互补供电型路灯的费用总和低于普通路灯的费用总和的一半，优势显而易见。

表1 普通路灯与风光互补路灯经济效益对比表

（五）施工时的注意事项

风光互补路灯在施工安装时要注意正确的上电顺序：应先接蓄电池，再接负载，太阳能板，最后接上风机。正确的断电顺序是：先断开风机，再断开太阳能，负载，最后断开蓄电池。在安装太阳能电池板时，应注意不要被树叶等物体遮挡，如有遮盖，电池板在强烈的阳光照射下会发热损坏，以造成其组件损坏，这就是热岛效应。为防止热岛效应，一般采取将太阳能电池倾斜放置的方法，这样其表面就不容易附着遮盖物了。

三、结论

风光互补发电在路灯中的应用改善了传统路灯安装，调试，布线，埋管，耗能等繁琐的过程，实现了纯绿色无污染的独立分散式供电，零耗电，零排放，安装灵活便捷，也为城市道路增添了风采。该节能路灯利用太阳能和风能互补给发光设备供电。白天储存能量，夜晚利用智能系统，将储存的电能释放出来照明，晴天以太阳能发电为主，遇到阴雨天气则以风能发电为主，如果既有太阳又有风能，则两者同时发挥作用，实现了能量的转换与利用。风光互补发电系统在煤矿中有着重要的应用，不仅节省了电能，还避免了停电的影响，弥补了现有煤矿照明系统的缺陷，对于煤矿的安全生产和信息化的建设有着积极的意义。

[1]朱兆瑞等.中国太阳能·风能资源及其利用[M].北京：气象出版社,1998.

[2]司良群,吴刚,刘倩等.独立光伏系统太阳能电池方阵及蓄电池容量设计[C].重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集,2010：24-27.

[3]程明,张运乾,张建忠.风力发电机发展现状及研究进展[J].电力科学与技术学报,2009,24(3)：2-8.

[4]王兆安等.电力电子技术(第5版)[M].北京机械工业出版社,2000.

[5]闫亮,许宜申,陶智等.基于TL494的微型车载逆变器设计[J].现代电子技术,2012,35(15)：164-166.

TM614;TM615

A

1671-5993（2017）02-0061-03

2017-05-10

海燕(1984-)，女，安徽寿县人，安徽能源技术学校，讲师，硕士。