關于混合能源多功能路燈的研究

劉瑞洋 朱廣鏵 張佳慧 張可欣 朱靈慧

摘要：十四五期間，我國大力倡導碳達豐，碳中和理念，積極呼吁節能減排，保護環境。為響應國家號召，本文提出混合能源多功能路燈，打破了以往傳統路燈模式，利用風能和太陽能發電作為電力支撐，同時頂棚設計，坐墊設計，塔扇的運用和充電寶及電源的設立滿足了人民群眾美好生活的需要。采用一種基于離網的小型垂直軸風力發電裝置將風能最大化的利用同時太陽能板的運用和風力發電機在不同天氣下完美的配合，提高供電的穩定性。基于存儲的電力支撐充電寶和塔扇的運行以及舒適的坐墊，提高人們的舒適感與滿足感。聚碳酸鈉材質的頂棚將保護性與協調性發揮到了最大。綜合來看，混合能源多功能路燈性價比很高！

關鍵詞：節能減排、太陽能、風能、路燈

1.概述

隨著化石能源的日漸枯竭及人類對環境問題的日益重視，儲量大、分布范圍廣、清潔無污染的風能和太陽能成為重要的可持續能源之一。最近幾年來，我國對于新能源的開發應用給予了很大的重視，現階段我國實際開發的新能源主要是將風能以及相應的核能、生物能、太陽能等。就調查報告顯示，在眾多的新能源中，太陽能資源的數量是非常巨大的，并且是取之不盡用之不竭的潔凈資源。當前我國對于太陽能的利用程度非常高，一平方米實際獲取的太陽能輻射約為6100MJ。風能資源的利用也有了極大的提升，風能的實際儲量大約為3.33GW，數量也是非常龐大的。【1】隨著風機的理論研究不斷深入，太陽能相關技術，也日趨成熟，風力發電機和太陽能發電機作為一種高效的能源轉化裝置，已成為人類利用新能源的最有效途徑。

隨著人們生活水平的不斷提高，公園、商業街等成為日常休閑娛樂的重要場所，路燈在這類場所不可或缺，而傳統路燈具有許多弊端，如能源浪費嚴重、管理手段單一、信息化水平低下、缺乏故障主動報警機制、故障燈位置難以發現等，投放多功能路燈已經成為目前順應時代潮流之舉。另一方面，為了方便人們休息、閑坐，這類公共場所又必須布置大量的座椅。因此，找到一種燈-椅一體化設計方案，能夠有效節省城市稀缺的土地資源，具有較好的應用前景，合理的利用太陽能和風能也對城市綠色發展和優美的城市環境有重要意義。在此基礎上，本文設計中給產品添加了受智能控制功能的塔扇，增強其舒適度。 因此，兼具較好人-機-環境協調性，有效節省城市稀缺的土地資源，滿足人民美好生活的需要是本文研究的主要目的。

在新能源支撐下，本文設計的多功能路燈由八部分組成：自上而下分別為基于離網的水平垂直軸的風力發電機，太陽能板，LED 燈，聚碳酸鈉材質的頂棚，廣告宣傳板，內置塔扇的 TP1-TPR 座椅，充電樁。綜合來看，混合能源多功能路燈性價比很高，未來有良好的發展前景！

2.創新點

風力發電：本文建立了垂直軸風力發電系統及其優化的基本理論體系，有效避免了當今風力發電系統普遍存在的問題，使得該系統可以更高效、更系統地利用風能進行發電。主要體現在以下四個方面：

1） 提供了建設性的理論依據 ：在進行垂直軸風機流場分布特性研究中，綜合考慮透過葉片的氣流、葉片擾動氣流、軸流空氣、旋轉尾流與風機固體機構綜合作用效果，探索復雜流場下的葉片受力，為高效率垂直軸風機設計提供新的理論依據。

2） 進行了全局優化 ：從系統整體優化角度出發，應用多學科協同作用觀點，尋求優化最優解作為目標，獲得整機系統的全局優化效果。

3） 減少了風能在發電過程的消耗 ：創新性地將 MEMS、可穿戴設備供電系統及納米發電機相關能量收集技術引用至垂直軸風力發電系統，探索出了解決可利用風能在傳遞與轉化過程中能量耗散問題的新思路，提高了垂直軸風力發電系統的風能利用率。

4） 建立多因素影響系統的評估模型 ：在系統性能分析流固耦合和機電耦合的一般方法中尋求突破和創新，探索復雜場作用效果中多場耦合流-固-電耦合的多因素影響系統的新分析方法，為工程實踐中日益增長的風電效能評估提供新的理論和技術。 保障了系統的計算精度。 探索風電系統中流、固、電各場單個分析與多場協同耦合分析的場間關聯過渡矩陣的求解方法，突破對單個物理環境分析特征結果的片面性和針對多個物理環境構建的統一模型的運算量大速度慢的問題，保證計算速度的基礎上保證系統特征性能的精度。

太陽能發電：太陽能與路燈的結合：LED 是當前應用頻率較高的一種照明設備類型，具有能耗低的特點，而太陽能光伏發電對提高環境保護也有著較大的優勢，將光伏發電與 LED 照明結合應用，能夠大大節省電纜材料， 同時便捷性更高，受客觀因素的影響較低。（引自韓小亮《太陽能光伏發電技術及應用》）

太陽能在路燈中的運用包括采用晶體硅太陽能電池供電，與免維護閥控式密封蓄電池（膠體電池）連接來儲存電能，由智能化充放電控制器控制。電池板連接采用專用防盜不銹鋼螺絲。與使用傳統技術和能源的路燈相比具有以下優勢：

1） 無需鋪設線纜、無需交流供電、不產生電費;

2） 采用直流供電、控制，穩定性好、壽命長、發光效率高;

3） 安裝維護簡便;

4） 安全性能高;

5） 節能環保;

6） 使用壽命長，經濟實用

可廣泛應用于城市主、次干道、小區、工廠、旅游景點、停車場等場所 。

（以上文段節選自 《太陽能 LED 路燈系統的設計與應用》，作者：彭建軍）

3.盈利模式

隨著共享時代的來臨，共享充電寶行業銷售是極重要的銷售渠道，因其具有銷售簡單，易操作等特點，充電寶各企業也紛紛開始布局。目前市場上充電寶品牌眾多，競爭激烈，市場飽和度較高。據報道，小電、怪獸、街電、來電等共享充電寶以半小時起步計費，價格從 1.5 元至 2.5 元不等。每 24 小時封頂價少則 30 元、多則 50 元， 封頂價格高達 99 元。其他共享充電寶消息顯示，目前共享充電寶兩大品牌街電和搜電宣布正式合并，雙方將組建全新的集團公司。合并完成后，官方披露的數據顯示，用戶規模突破 3.6 億，日訂單峰值將達到 300 萬單，市場份額躍居行業第一。本文在路燈下進行共享充電寶的設計，通過與共享充電寶廠商進行相關合作，在多功能路燈下面進行投放，增強盈利空間。同時通過對頂棚設計，坐墊設計，塔扇的運用，使用聚碳酸鈉材質的頂棚，加上廣告宣傳板，內置塔扇的 TP1-TPR 座椅，分別加強與相關廠商的合作，進一步拓寬盈利空間。

參考文獻：

薛嘉義.中國新能源資源基礎及發展前景展望[J].時代汽車，2021，（09）：12-13.

韓小亮. 太陽能光伏發電技術及應用[J].太陽能，2014，（18）：48-51.

本文是廣西壯族自治區2021年大學生創業訓練計劃立項項目“混合能源多功能路燈”項目成果，項目編號（S202110595325X）