无电日光照明及城市风力发电技术应用

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【摘 要】 目前，我国环保形势较为严峻，各种环保节能的的政策及措施都已成为我们耳熟能详的文明生活发展趋势。然而，我国城市楼宇建筑对太阳能发电、风力发电以及无电日光照明等节能用电技术使用规模很有限，增加相关技术的使用率，不仅有利于环保，还可大大缓解由于目前城市建设中大型公共建筑比例的增长将造成的城市电力供应紧张状况，也可以促进国内相关产业的积极发展。本文介绍几种环保节能的楼宇节电技术。

【关键词】 无电日光照明；城市风力发电

【中图分类号】 TU854 【文献标识码】 D 【文章编号】 1727-5123（2013）04-080-02

1 无电日光照明

无电日光照明系统，由美、日、英、德四国合作研发于上世纪70年代，80年代产品定型投放市场，90年代得到快速推广。

无电日光照明系统是目前国际最先进的人工室内自然光源。是世界上替代光能照明的、制造成本最低的新能源装置。其光谱成份与人工光源有重大区别，其导入的阳光给生物（动物、植物）提供能量，能保证地球物种在地下空间一代代生长和繁殖。这是其它人工光源所无法做到的。

1.1 太阳光导入照明系统的优势特点。①环保：由于无需使用电能等常规能源，因此不存在因火力发电带来的环境污染，减少了大量二氧化碳和其他污染物的排放；②安全：由于是无电照明，所以没有因用电引起的火灾隐患；③健康：直接传输自然光，全光谱、无眩光，使我们的工作环境更加舒适，有效地提高了人们的工作效率；④节能：安装后可以显著降低建筑物内部照明能源消耗和空调制冷消耗；⑤时尚：由于是无电照明，能很好的与整体建筑风格相融合，真正达到了环保节能健康的目的，符合当前国家大力倡导的绿色低碳节能减排形势，是真正绿色时尚产品。

1.2 无电日光照明结构与基本原理。目前无电日光照明系统有两种类型，光导照明与光纤照明，其最大的区别在于日光引导介质不同，光导照明采用光导管而光纤照明采用光纤。

1.2.1 光导照明系统。光导照明系统主件由采光罩、防雨装置、光导管和漫射器组成；可选择的附件有调光装置、增光装置、自动追光装置以及自动感光调节装置等。

1.2.2 光纤照明系统。光纤照明系统主件由球罩、聚光组件、基座、光纤以及照射器具组成；可选的附件有传感器、机械传动装置以及微电脑控制器等。

1.2.3 系统原理。球罩内的采光装置在屋外可以整日不受任何限制随时采光，通过加装太阳方位追踪器，可使集光器集光效果提升；室外的自然光透过采光罩导入到照明系统中，经过光导管（光纤）传输和强化后由系统底部的末端附件（室内末端照射器具）把自然光均匀高效的照射到室内，带来自然光照明的特殊效果.

1.3 无电日光照明系统与太阳能发电以及传统电照明一体化。无电日光照明系统可加装太阳自动跟踪系统，根据处理后的数据来控制跟踪驱动马达，使集光机的聚光透镜始终正对太阳运行。在太阳被云层遮住时也能计算太阳轨道，进行追踪，以达到气候云层变化作出快速反应，从而保证一旦有太阳即刻自动跟踪太阳，导入阳光。只要室外有阳光，室内就可以有自然阳光直射。夜间本系统会自动的停止运行，并自动转回到第二天早上的位置，第二天太阳升起又开始进行自动跟踪运行。

该系统可以与楼宇太阳能发电相结合，与太阳能电池板共用该太阳自动跟踪系统，提高太阳能电池发电效率。

在照射器具上安装传统电力照明辅助，则在连续阴雨天气及夜间，太阳能蓄电池电力不足时，使用传统电力照明，保证照明要求。

2 城市风力发电

我国现代风力发电机技术的开发利用起源于20世纪70年代初，经过初期发展、单机分散研制、示范应用、重点攻关、实用推广、系列化和标准化几个阶段的发展，无论在科学研究、设计制造，还有试验、示范、应用推广等方面均有了长足的进步和很大的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益，特别是在解决常规电网外无电地区农、牧、渔民风电方面走在世界的前列，生产能力、保有量和年产量都居世界第一。

2.1 风力发电系统的优势特点。风力资源是取之不尽用之不绝的，利用风力发电可以减少环境污染，节省煤炭、石油等常规能源。风力发电技术成熟，在可再生能源中成本相对较低，有着广阔的发展前景。风力发电技术可以灵活应用，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其它能源技术组成互补发电系统。

2.2 风力发电系统的结构与基本原理。风力发电机按照轮轴的不同按风轮轴的不同可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。能量驱动链（即风轮、主轴、增速箱、发电机）呈水平方向的，称之为水平轴风力机。能量驱动链成垂直方向的，称之为垂直轴风力机。

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连，将转矩传递到发电机的传动轴，此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。

2.3 在楼宇上安装风力发电机遇到的问题。

2.3.1 噪音。如果涡轮机的转速与周围的结构件如承重梁的谐合共振频率相匹配，则大楼本身也会发生振动，而将噪音放大。如果风力涡轮发电机是原始设计的一部分，它就应该有可能通过安装支撑结构来减少振动。但这样做的代价太高了。为了减轻振动，可以安装多台低功率的小型涡轮机，而不是几台大型涡轮机。如果它们接近任何构件的共振频率时，这些涡轮机就会自动变速，从而避免谐合共振造成的危害。

2.3.2 空间。城市建筑，不论其大小如何，其安装涡轮机的数量都收到本身空间的影响，而且还受到风力弱和性能不可靠的影响。

2.3.3 安全。在城市中安装大型风力涡轮发电机存在安全上的问题，一旦叶片破碎容易造成人身和财产伤害。大型涡轮叶片的重量可达几百公斤，飞出来的碎片速度可超过100公里/ 小时，因此，一块飞离的碎片可能会造成相当大的危害。

尽管在楼宇上安装风力发电机有着诸多问题，有些已经解决，有些仍待解决，但是风力涡轮发电机在安装和运行上都要比太阳能板便宜一些。因此楼宇风力发电有着巨大的潜力，随着技术的进步与发展，相关问题会一一解决。

3 结束语

楼宇风力发电、无电日光照明以及太阳能发电相结合，将为现代化的大厦提供相当可观的能源供给，不仅有利于环保，还可大大缓解城市电力供应紧张状况。但是由于其本身使用场所的特殊性，对环境的要求较高。需要因地制宜地进行规划、设计、运营和管理。积极地发展新兴的科技技术，楼宇风力发电、无电日光照明以及太阳能发电互补使用将发挥出巨大的能量。