太陽能、風電為高速公路供電原理分析

國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，帶來了道路建設的繁榮，高速公路里程的不斷攀升，自然而然地，高速公路機電項目的建設要求也就越來越高了。高速公路在實際運營中會因為電纜被盜而造成重大的經(jīng)濟損失，帶來運營管理上的不便，基于以上原因，供配電系統(tǒng)設計顯得尤為重要。 　　目前，有一種更加完善的方案——采用太陽能和風能—— 風光互補的供電方式。這種供電方式其能源全部來自太陽能和風能，無需傳統(tǒng)復雜的布線，并且無污染、維護簡便、使用壽命長、能源豐富，此技術在高速公路的應用已經(jīng)開始日益普及。 　　1 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理 　　太陽能供電系統(tǒng)由太陽電池組件構(gòu)成的太陽電池板、太陽能充電控制裝置、逆變器、蓄電池（如圖1所示）組成。太陽電池板在晴朗的白天把太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，給負載供電的同時，也給蓄電池組充電；在無光照時，由蓄電池給負載供電。太陽電池是一種半導體器件（或稱物理電池），它能夠直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能。由于它工作時無需水、油、汽、燃料，只要有光就能發(fā)電的特點，堪稱當代清潔、無污染的可再生能源。 　　風能發(fā)電是一種將風能轉(zhuǎn)換為機械能，由機械能再轉(zhuǎn)換為電能的機電裝置。其配置包括風力發(fā)電機、蓄電池、控制器、逆變器4部分。主要由風輪、發(fā)電機、尾舵、支架、電纜、充電控制器、逆變器、蓄電池組等組成。風力發(fā)電機組是獨立供電系統(tǒng)，它利用風力發(fā)電，向蓄電池組充電，把儲存電能以直流和交流2種多制式電源供給照明、家用電器、通訊設備和電動工具使用。 　　2 應用實例 　　機電設備是否采用太陽能一風能供電方式與所在區(qū)域和設備的功率有一定關系，在開始設計前，要充分了解當?shù)氐臍夂驐l件，對風力及日照分布特點進行分析。以廣東省為例，大部分城市處于北回歸線以南，日照條件良好。太陽熱能全天、全年分布均勻，且熱能質(zhì)量良好。全年約80 的白天具有采集太陽熱能的條件，各地每年太陽總輻射量平均在105~ 150 cm。 　　2.1 太陽能電池板 　　太陽能電池組件的表面采用美國AFG公司的高透光性絨面的鋼化玻璃及耐老化的杜邦公司TPT復合材料等，由進口層壓機層壓而成。氣密性、耐候性好，抗腐蝕、機械強度好。有以下特點： 　?、偬栯姵貫閱尉Ч杼栯姵?，太陽電池轉(zhuǎn)換效率高，而且太陽電池組件一致性性能佳； 　?、?太陽電池在制造時，先進行化學處理，表面做成了一個像金字塔一樣的絨面，能減少反射，更好地吸收光能； 　?、鄄捎秒p柵線，使組件的封裝可靠性更高； 　?、芴栯姵亟M件抗沖擊性能佳，符合IEC國際標準； 　　⑤太陽電池組件層之間采用雙層EVA材料以及TPT復合材料，組件氣密性好、抗潮、抗紫外線好、不容易老化； 　?、轆BS塑料接線盒，耐老化防水防潮性能好； 　?、邘в信月范O管能減少局部陰影而弓I起的損害。 　　2.2 風能發(fā)電機 　　風能發(fā)電系統(tǒng)可解決太陽能供電單獨設置的缺點，如陰雨天有風情況下，太陽能發(fā)電系統(tǒng)無法發(fā)電，使得供電系統(tǒng)的可靠性明顯提高。實例中風機選用PTFJ400一M 型風機，風輪直徑1.4m；額定功率400w；最大功率500w；風機額定風速12.5m/s；啟動風速2.4 m/s；最大風速60 m/s。 　　2.3 充放電控制器 　　智能控制器控制太陽電池方陣對蓄電池組的充電，并實現(xiàn)蓄電池給負載供電。 　?、俨捎孟冗M的階梯式逐級限流充電方法，依據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢自動控制太陽電池方陣的依次接通或切離，既可充分利用太陽電池資源，又可保證蓄電池組安全而可靠的工作； 　?、?蓄電池組過放電保護功能； 　?、?蓄電池組過充電保護功能； 　?、芴栯姵?、蓄電池、負載反接保護； 　?、萏栯姵胤婪闯涔δ?； 　?、尢栯姵爻潆娍刂乒δ?； 　?、?負載供電控制功能； 　?、嗵峁㏑S232和RS485通信接口，便于實現(xiàn)遠端和近端監(jiān)控。 　　2.4 蓄電池 　　蓄電池組是獨立太陽能供電系統(tǒng)不可缺少的重要部件，因為太陽能供電系統(tǒng)本身只有光電轉(zhuǎn)換的作用。為了解決太陽光能供電的同步性和儲能的效果，滿足陰雨天和夜間的正常供電，必須配備合理的蓄電池組；另外，通過合理設計，使更換備用蓄電池組十分便利，以備梅雨季節(jié)等長時間陰雨天氣所需。蓄電池容量應能保證連續(xù)最長的雨天的供電。 　　采用太陽能一風力新型供電方式，可避免供電電纜布線的麻煩，在后期的維護也十分便利。節(jié)能、環(huán)保理念是每一位高速公路建設者都應該積極響應的口號，且應把它附于實踐中去，大膽采用新技術、新產(chǎn)品。太陽能風能供電，充分利用了自然能源、保護了環(huán)境、節(jié)約了投資，在今后高速公路的建設過程必將得到越來越廣泛應用。