基本信息
- 项目名称：
- 风光一体化节能路灯
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 风光一体化节能路灯，一种节能、环保、绿色的自然能路灯，属于电器用品。该路灯在路灯杆的一侧装太阳能电板、在路灯杆的顶端安装一个风力发电机和一套发光体、路灯杆底座安装一个蓄电池组和中央控制系统。风光一体化路灯能够充分利用自然能量，白天自动关闭，夜晚自动开启，使路灯照明供电自给。具有安装简便、维护费用低、低压无触电危险等优点。适用于高速公路、城市道路、住宅小区、农村庄园及各种公园、码头等公共场所。
- 详细介绍：
- 风光一体化节能路灯以风光互补供电为主题，把太阳能电池和风力供电结合在一起，为蓄电池充电从而为发光体供电。在路灯杆的一侧装太阳能电板、在路灯杆的顶端安装一个风力发电机和一套发光体、路灯杆底座安装一个蓄电池组和中央控制系统（包括光控开关、变流器、恒压恒流器和控制调节器）。 对于几点关键技术创新略述如下 1、风机设计思路 有资料可得升力型风机效率高但低风速启动困难，而阻力型低风速易启动但风机效率低，试图结合二者的优点．同时利用离台器，设计出一种新型风机模型，如同骑自行车，无风踩脚踏板前进，有风不踩脚踏板前进。 阻力型（S）风叶 装置在风机顶部．用于低风速下启动发电。由两组互差90度角的S型风叶共垂直轴叠放而成。在低风速非集中风向的情况下．S型风叶能够自启动从而带动下部H型风叶的旋转。定义风力机的单位宽度输出功率值．它等于风力机的输出功率P与风力机的水平宽度L的比值。计算两叶片水平轴和阻力型（S）型风力机得到的单位宽度输出功率值。可以看出，在同样条件下，设计合理的阻力型（S）风力机的单位宽度输出功率近远大于水平轴风力机，具有明显的优越性。 H型风叶 装置在风机中部，由互差120度的三个叶片组成，选择三叶片组可明显降低扭矩波动的影响且平衡性较好．每个叶片可由小短杆调节垂直翻转角度，以达到最佳旋转状态。H型风叶制造起来比阻力型（S）式型风机简单得多。同时三叶片设计可接受来自各个方向的风，不需要昂贵的偏航系统，其自身低风速不启动的缺憾己被上部的S型风叶弥补在低风速的时候，S型叶片先开始转动，通过超越离合器带动H型风时转动，随着风速遥渐增大．H型页片转速迅速增大-远大于s型叶片转速-超越离合系统保证了“一轴两速”的效果。 风叶的设计较好地解决了H型风机低风速不启动的问题，实现了S型机和H型风机的优势互补。（2)风叶结构简单，无变截面，扭曲等复杂叶形，易批量生产，降低生产成本，突破国外专利垄断水平轴风叶制造的局面。3)发电机位置距地表较低，易于维修和并网。(4)全方位接收来风，无需偏航系统和调向装置，降低了架机难度和运行成本。 2、电池选用 电池:电池磷酸铁锂蓄电池，规格为38AH 工作电压24V。 磷酸铁锂动力电池七大优势: 一、 超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300 次左右，同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”， 最多也就1—1.5 年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到７－８年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4 倍以上。二、 使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。三、 可大电流2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C 充电40 分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。四、 耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。五、 大容量。 3、太阳能电池 太阳能电池：采用多晶硅多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 4、发光体Led灯组 成品采用40wLed 灯组，其亮度大，寿命长。且还有以下突出优点：1、 高效节能：以相同亮度比较，3W的晶体灯三百三十三小时耗1度电，而普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电。 2、超长寿命：半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时） 3、健康：光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线） 4、绿色环保：不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰） 5、保护视力：直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪） 6、光效率高：发热小，90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能） 7、安全系数高：所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，于矿场等危险场所。8、市场潜力大：低压、直流供电，电池、太阳能供电，于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：“风光一体化节能路灯”利用无污染的太阳能和风能转化获得的电能为道路照明，省去了变压器等配电设备和大量的电线电缆和电能，极大的节约了用电和电缆等社会资源，契合国家节能、减排、低碳的主题。 基本思路：风光一体化节能路灯以风光互补供电为主题，把太阳能电池和风力供电结合在一起，为发光体供电。 创新点：①利用太阳能与风能互补供电。②风机采用阻力式与升力式的巧妙结合采用磁极和线圈的双向转动，最大程度的利用了风能。③中央控制系统，有效智能的解决了风能、太阳能为蓄电池充电过程中的欠充或过充问题，延长了整个装置的寿命。 技术关键：①发光体的设计，②风力机的设计，③中央控制系统的设计，④电池组的设计。 主要技术指标：①发光体，由led灯组组成，功率为40w，使用寿命20年以上。②风力机采用垂直式风机，启动风速2m/s 额定功率（风速为12m/s）200w。③控制系统，自动控制路灯傍晚开启、黎明关闭，遥控装置，在特殊情况下对路灯进行人工控制。④电池组，充放电平台十分平稳，高温充电的容量稳定性好，循环次数高，达到2000次，安全性能好。
科学性、先进性
- 作品的科学性先进性： 1、路灯的造价已接近常规路灯造价的平均水平，而且路灯不消耗电能,所以,其运行成本远低于常规路灯。2、能够快速在线检测蓄电池的剩余容量，防止蓄电池的过充电和过放电，从而可达到延长蓄电池的使用寿命。3、对风力发电机转子的转速加以控制，从而能够使系统输出最大功率。4、风能充电和太阳能充电互不干涉。
获奖情况及鉴定结果
- 与2011年“新苗”计划中结题。
作品所处阶段
- 作品处于中试阶段，已经调试通过。
技术转让方式
- 与厂家进行长期签约达到产学园结合的良好发展模式。
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- “风光一体化节能路灯”由其本身利用无污染的太阳能和风能转化获得的电能为道路照明，充分利用自然能，并省去了变压器等配电设备和大量的电线电缆和电能，极大的节约了用电和电缆等社会资源，契合国家节能、减排、低碳的主题，有利于社会的可持续发展的特点路灯维护成本比传统路灯低 浙江省是大省，道路桥梁不计其数。浙江城市路灯(灯光) 公共照明用电占城市用电量10 %, 做好城市路灯照明节能工作, 加大自然能源利用效率, 不仅可以缓和电力紧缺, 同时也为浙江应积极开展绿色照明, 努力构建绿色、健康、人文的城市照明环境贡献一份力量。此路灯可广泛应用于道路、庭院、公园、旅游景点、停车场、工厂、广场、学校、开发区、工业园区等场所照明。据不完全估计，当前国内风光互补路灯的市场容量为二十亿元，国际市场上则约为二百亿元，市场的确广阔。初步预期本项目实施后年产量5-10万只，单只盈利1000-2000元，毛利润可达 5000-15000万元。
同类课题研究水平概述
- 全世界的能源和电气工作者，都在研究节能、环保、低耗的路灯，现有技术中出现了蓄电池供电，尤其是太阳能电池和风力发电机供电，都是个好方法，也有一定的缺陷。蓄电池供电需要按时充电和更换，太阳能电池遇到连续几天的阴雨风雾天，就会造成照明灯的暗淡和熄灭，而阴雨风雾天是特别需要照明灯的。风力是不断变化的动力，有间隙性和多天的无风日和微风日，会影响均衡供电。 目前欧洲在这方面处于领先水平，特别在风力发电和太阳能发电技术方面取得了大量成果。欧洲在新能源领域的研究主要集中于大型并网电场以及相关技术的研究。目前风力发电最大单机容量已经超过4.5MW，而太阳能发电容量也超过了100KW。国外在风光互补方面的研究却很少。风力发电和太阳能发电的独立控制技术已经成熟，在最大功率点追踪控制、预测控制以及系统结构等方面的研究是当前研究的热点。 在国内对于风光互补发电系统研究的主要有中科院电工研究所、内蒙古大学等。各单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内能故大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。 风能和太阳能作为可再生能源，其应用得到国家大力鼓励和支持。我国风电发展非常迅速《2007中国新能源产业年度报告》指出，中国已形成了世界上最大的小型风机产业和市场，并已推广了总容量约7万千瓦的35万台小型风机用于边远地区居民用电。从事小型风力发电机组及其配套件开发、研制、生产的单位达78家，其中，大专院校、科研院所15家，生产制造单位38家，配套件（含叶片、逆变器、控制器、及蓄电池等）生产单位25家。近年来随着太阳能光伏产业的规模化和能量转换技术的改进，太阳能光伏发电成本有所下降，据不完全统计，现在我国从事太阳能发电技术产业研究、开发、生产和应用的单位已超过100家，太阳能发电设备累计装机容量已超过80MW 。风能和太阳能发电技术及其产业化的长足发展为其在海上油田中的应用奠定了良好的基础。
