关键词：风光互补 照明 风力发电 光伏电池
2.2、风力发电机组 按照当地风资源的实际情况，选型和设计机组的各项参数，达到微风起动、低速风（6～7m/s）额定功率运转发电。风叶直径1.4m，风叶数3片，叶型理想，并具有叶片失速及电磁制动的超速保护。
相应，发电机采用直驱型、低速多磁极的永磁无刷发电机，不需要增速传动装置，直接耦联。节约成本、减少噪音，更重要的是提高了驱动效率和运转效率。
发电机定子选用48槽庶极式单层链式绕组（y=3，a=1），绕组结构参数如下：线圈个数Q=24，线圈组数U=24，每组线圈数x=1，并联支路数a=1，极距τ=3，节距y=1-4，绕组系数Kw=1。转子磁钢采用切向布置，磁极数2p=16。磁钢材质选用稀土永磁釹铁硼（NdFeB），磁钢的形状和尺寸及其配置均经过优化设计及多次试验确定。最后实现了永磁发电机优化设计时的目标函数--性价比最佳。
2.3、光伏（PV）发电系统 “光伏发电”是将太阳能直接转换为电能的一种发电形式。太阳能光伏发电的机理是：通过使用半导体材料，将较薄的N型半导体置于较厚的P型半导体上，当光子撞击该装置的表面时，P型和N型半导体的结合面就有电子扩散而产生电流，可利用上、下两端的金属导体将电流引出，应用于路灯照明等负载。本系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。如图2所示。
多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池材料成本下降；最高转换效率17%。非晶硅电池（薄膜电池）正处于发展中，目前实验室的转换效率已达13%；化合物太阳电池（CuInGaSe）以其转换效率高（其中GaAs电池ηmax＞30%）、成本低、弱光性好及寿命长等优点而成为新一代PV电池的发展方向。但综合考虑性价比，森源采用的是扬州星火太阳能照明公司的《Solar module》单精硅太阳能电池（75W×2），光电转换率可达16～20%。
2.4控制系统 风光互补发电系统是由风电机组与光伏电池组件组成的混合发电系统。它的混合功率为风电的额定功率和光伏峰值功率之和，它们共同向蓄电池充电。控制器控制着两个系统最大程度地发挥各自的效能。同时又要保证不会对蓄电池过充电，能稳定电压、使系统在恒压充电状态下工作[3]。由森源公司自动化工程部自行设计、研制的控制器具有以下性能特点：（1）智能充/放电控制，可相对延长蓄电池的使用寿命；（2）专用芯片对低压钠灯（LPS）进行恒功率、起动控制。具有过流、过压保护，灯泡（负荷）开路、短路保护；（3）防频闪双频工作模式，灯温补偿；（4）采用工业级芯片，低功耗设计，可在高温、寒冷、潮湿环境下工作；（5）使用、维护简单、方便，全自动控制。
2.5、储能系统 风光互补发电受气候和环境的影响很大。输出功率具有不稳定性和不可预测性，需要配置一定容量的储能装置，以确保负荷用电的持续性和可靠性。一般，以铅酸蓄电池作为储能装置，但蓄电池存在一些难以克服的缺点，如循环寿命短、严格的充、放电电流限制，充电状态判断困难、环境保护等问题。如果将超级电容器（SC）与蓄电池混合使用，使蓄电池能量密度大和SC功率密度大、循环寿命长的特点相结合，无疑会大大提高储能系统的性能。SC对提高储能装置峰值功率、延长运行时间、降低内部损耗、减少充放电小循环次数等方面起着良好的改善作用。[2]
混合储能模型如图2所示。图中Rc和Rb分别为SC和蓄电池的等效串联内阻。Ic－SC的支路电流；Ib－蓄电池的支路电流。SC等效串联内阻低、功率密度高，能在脉动电源和蓄电池之间产生滤波效果，使蓄电池的充电电流变得平稳，优化了蓄电池的充放电电流。
采用SC?蓄电池混合储能的风光互补发电系统，主要由风电机组、光伏阵列、充电控制器、并联控制器等组成，如图3所示，其中，并联控制器为SC向蓄电池传递能量的控制环节，旨在尽量优化蓄电池的工作环境，延长使用寿命。
2.6、照明装置 表1可知，照明的路灯采用了两种形式：低压钠灯（LPS）和发光二极管（LED）。
2.6.1、LPS 照明之创新--低压钠灯的问世，是人类室外照明、特别是风光互补照明光源的一次革命。对比常用电源，同样的光通量及照度，节电可达50％以上。由于LPS灯的发光密管密封在高真空并涂有红外发射膜的玻壳中，它的发光效率基本不受外部环境温度的影响，其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光；该波长光域透雾性强，再配上优质的多功能电子镇流器，使LPS灯更易于使用在各种电源条件下。我们选用的LPS光效参数及与其配套的电子镇流器工作参数如下：
2.6.2、LED LED照明灯具的出现，使人类照明产业开始了第三次飞跃，其特色如下：（1）LED为半导体元件，与白炽灯不同，没有玻璃、钨丝等易损可动部件，故障率极低，可免维护；（2）寿命长，可达20000～25000h（传统光源寿命仅2000～3000h）；（3）响应时间短，只有60ns（纳秒）；（4）高效率、低能耗，电能利用率高达80％以上；（5）体积小、重量轻，将其设计成紧凑的路灯灯具最合适；（6）绿色照明光源，不含汞等有害物质，热量、辐射很少；（7）大功率白光LED的发光效率一般为80lm/W，目前已突破100lm/W，这对白光LED灯的设计创造了良好的条件，例如，我公司采用18个1W的LED组成风光互补系统的路灯最少可发出1440lm光通量，若采用白炽灯则需要100W，在节能减排方面功效显著。
3、系统效益的分析对比
常规路灯由市电供电，由控制柜统一控制路灯的定时开、关，存在着电缆管线地下的铺设，电力变压器的增容、灯具更换、线路维修等问题。表2列出普通市电照明与风光互补照明的综合对比。
从表2的对比中可见，风光互补系统有着十分明显的综合优势。
3.1、经济效益分析 按常规路灯（500W，10m高）的设备报价4000元/套，输变配送设施9000元/套，安装施工费用2000元/套，合计一次性投资大约为15000元/套。每年的灯具维护费用120元/年，每年耗电1825Kwh，折合电费为1300元/年，按10年使用寿命，其间更换1次输变电设施和灯具耗费6000元，总费用为35200元/套。
风光互补路灯设备报价20000元，采用专业安装，费用记入报价，每年的维护费用为80元，不消耗电能，其间更换2次储能和照明装置约5000元，按10年计算总费用为25800元/套。
对比可知，风光互补路灯节省费用9400元/套。按一段3000m的城市道路安装200套路灯每10年可节约费用188万元。按一座中等城市拥有12万套路灯可节约11.28亿元。
随着能源资源的减少，常规能源的价格不断升高，以及对排放污染进行环保处理，导致价格的进一步升高。因此，风光互补路灯的经济效益比常规路灯更具优势。
3.2、社会效益和环境效益 常规路灯10年每套消费18250Kwh电能，按火力发电标准煤耗400g/Kwh计算，共消耗标准煤7.3t。一座中等城市仅路灯一项10年消耗87.6万吨标准煤，增加CO2排放300万吨，SO2 1.75万吨，NO2 1.3万吨，杂质、粉末15.5万吨。
杂质、粉末直接污染环境，CO2的排放会使地球表面升温，产生“温室效应”；SO2和NO2随着雨水排放到地面形成“酸雨”，会使水库、河流、湖泊的水质劣化，影响植物生长、鱼类繁殖，引起建筑物、材料的腐蚀，影响人体健康。相反，风光互补路灯无市电能源消耗，无环境污染。社会和环境效益也具明显的优势。
参考文献：
熊旭，大力推广应用风光互补照明技术，《大众用电》2007.NO7.P.22
唐西胜，武鑫，齐智平 ,超级电容器蓄电池混合储能独立光伏系统研究，《太阳能学报》2007.NO2.P.178～179
杨庆江，李晔，包西平，一种应用于独立光伏系统的新型逆变器，《太阳能》2007.NO1.P.17