风光互补发电系统简述
风光互补发电系统
摘要：风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统。本文通过对风光互补发电系统的动力来源-风能和太阳能资源的初步调研，分析了风光互补发电系统的优势，并总结了国内外风光互补发电系统的研究现状，对其基本的工作原理进行了阐述。最后对举例说明了风光互补发电系统的应用前景。
关键词：风光互补，现状，工作原理，应用前景
1.引言
能源是人类社会发展和进步的物质基础，人类社会的发展和进步离不开优质能源的开发利用和先进的能源技术的不断革新。煤和石油等矿物能源的开发和利用推动了近代工业革命的发展，极大地改变了人类的生活方式。由于煤、石油、天热气等常规能源的储量是有限的，据估计，地球上煤炭最多可用300年，石油最多可维持40多年，天然气还可以维持50多年，不断爆发的能源危机严重阻碍了人类社会的发展进步。为了缓解不断加重的能源危机，世界各国相继加大了对可再生能源的研究。可再生能源是指除常规能源外的包括风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等能源资源。
为了降低能耗和解决日益突出的环境问题，全球都投入到了可再生发展能源的热潮之中，全球可再生能源发展取得了明显成效。主要表现在：成本持续下降，市场份额不断扩大，其定位也开始由补充能源向替代常规能源的方向转化。近10年来，全球风力发电市场保持了28％的年均增长速度，太阳能光伏发电的年均增长速度超过30％[1]。
进入新世纪以来，中国的可再生能源利用步入了快速发展的轨道，特别是自2006年可再生能源法实施以来，中国可再生能源已经进入快速发展时期。2009年中国可再生能源在一次性能源消费结构中所占的比例已从2008年的8％提升至9％。根据中国国家能源局制定的《新能源产业振兴发展规划》，预计到2011年，新能源在能源结构中的占到的比重达到2％(含水电为l％)，新能源发电容量占总电力装机容量的比重将会达到5％(含水电为25％)。其中风电装机容量将会达到3500万千瓦(陆地风电3000万千瓦，海上风电500万千瓦)，太阳能发电装机容量达到200万千瓦[2]。除此之外，根据(2008年中国风电发展报告》的预测，估计到2020年末，全国风电开发建设总规模有望达到1亿kW。到2020年全国
可再生能源利用总量将相当于6亿吨标准煤，可再生能源的消费占一次能源消费的15％，这将对中国能源结构调整，减少温室气体排放，保护生态环境将发挥更大作用。
2.风光互补发电系统的特点及优越性
风光互补发电系统是由风力发电、太阳能电池发电、储能设备组成的；其系统能量输出是由风力发电机组发电和光伏发电共同提供的，即系统是以风能和太阳能作为动力源泉，系统的特点由风能与太阳能的特点决定[3]。
2.1太阳能、风能优缺点
近些年来，国内外大力发展风能和太阳能，优化能源结构是新世纪的趋势，与常规能源相比风能和太阳能有以下优点[4]：
(1)取之不尽、用之不竭
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40 分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。
风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。据估计，全球的风能约为2.74*109MW，其中可利用的风能为2*107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，这相当于目前全世界每年所消耗能量的3000倍。如果能够充分利用风能，对于解决全球的能源需求将具有十分重要的意义。
(2)使用方便
在地球上，太阳能和风能处处皆有，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用价值。
(3)环境污染小
太阳能和风能是一种清洁能源，在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气和噪音，更不会影响生态平衡，不会造成污染和公害。
太阳能和风能虽然存在上述一些优点，但是也有不足之处：
(1)能量密度低
太阳能和风能相对于火电、水电、核电等传统能源，其能量密度偏低，对于太阳能发电需要足够的受热面积，而风力发电机如果要提高输出功率，则必须要
增加风轮的尺寸和整个风场的规模，才能达到我们所需要的电量，这都需要占用大面积土地资源。
(2)间歇性、不稳定性和不可控性
传统能源我们可以根据需求来调节供应，而太阳能只有在晴天和白天时才能，风机只有在风力达到要求时才能发电，且根据风速的大小风机输出的电量也随时都在变化，太阳能和风能的这种间性和不稳定性直接导致了不可控性，所以要有效利用太阳能和风能，储能是必不可少的。
由于这些不利的因素，太阳能或风能单独的经济可靠地使用就遇到许多技术问题。随着科学技术的发展，将太阳能和风能综合利用，组成一个互补系统成为一种实用的方式，使得我们可以更加稳定可靠经济合理地使用这无穷无尽的风光资源。
2.2我国太阳能、风能资源简介
根据国家气象科学院的估算，中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，陆上主要分布在内蒙古、新疆、青海、西藏等省份，占据了我国80%的风能资源。海上可利用的风能是陆地上的3倍，广东、浙江、福建、海南是我国海上风能最丰富的省份，全国近海10km资源量达到19亿kW，我国风能资源非常丰富。
图1 年平均风功率密度分布图
在中国，传统意义上的风电开发一直以来基本是以建设大型风电场为主，近些年来获批的项目也以大型风电场居多。多位于远离用电负荷的西北、华北、东北地区。截至到2010年底，我国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。但是同期也仅占全国发电装机容量96219亿千瓦的4.35%。
我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50*1018kJ，全国辐射总量中值为586kJ/cm2?a。如果全部利用起来，可产生一万个三峡发电量。年日照时数大于2000小时的地区面积约占全国总面积的2/3以上，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，主要分布在，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛等广大地区。
图2 太阳能资源分布图
由于我国特殊的地理条件，地域辽阔，地形复杂，因此独立运行的风光互补离网发电设备得以广泛应用，成为电网无法到达或电网延伸不经济地区的重要发电手段。此举，可以节约能源，改善环境，缓解电力供应紧张状况，对转变经济增长方式，促进国民经济诸多领域的低碳模式的发展具有很重要的应用价值。2.3风光互补发电系统的优势
风光互补发电系统主要由以下几部分子系统构成：风力发电机组和光伏电板组成的发电系统；蓄电池按照串并排行组成的蓄能系统；电缆、整流器、逆变器、
开关等组成电量传输系统；控制器、电压电流检测器等组成的控制系统；交流电器、直流电器组成的负载系统。风光互补发电系统的实物示意图见图3。
图3 风光互补发电系统实物图
风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。其具有以下几方面优、缺点[5]：优点：(1) 利用风能和太阳能的互补特性，对气象资源可以更加充分的利用，实现昼夜发电。在一定的气象条件下，风光系统可以提高系统供电的连续性、可靠性和稳定性。(2) 风光互补发电系统的初期投资和发电成本都低于独立的光伏发电系统。如果风能和太阳能资源互补性比较好，在保证同样供电的情况下，可以大大减少用于储能的蓄电池的容量。(3) 在风能和太阳能比较丰富并且互补性好的情况下，基本上完全可以由风光发电系统进行供电，很少或基本不用启动备用电源，可以获得更好的社会效益和经济效益。缺点：(1) 风光互补发电系统与单一的光伏发电系统或风力发电系统相比，对系统的控制管理要求更高，系统设计比较复杂；(2) 风光互补发电系统有两种类型的发电单元，与单一风力或光伏发电系统相比，增加了维护工作难度和工作量。
2.3国内外研究现状
1981年，丹麦的N．E．Busch等提出了利用太阳能和风力互补的技术问题。随后美国的C．I．Aspliden研究了太阳能一风力互补转换系统的气象问题；前
苏联的N．Aksarni等人根据概率原理，统计出近似的太阳能、风力潜力的估计值，为风光互补发电系统研究提供了科学的数据支持[6]。国外在风光互补发电系统的研究主要集中于大型并网发电场及单独风力发电和单独太阳能光伏发电的方式，风光互补发电方面的研究比较少，特别是对风光互补发电系统的动态稳定性分析较少，但也有一些初步的研究成果。这些研究成果主要讨论的是微电网系统的稳定性问题[7-9]。
目前我国进行风光互补发电系统研究的单位很多，主要有中科院广东能源所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。其中内蒙古大学以及内蒙古农业大学对户用型风光互补系统的研究较为深入，提出了户用系统的容量配置方法；中科院广东能源所等单位提出了一套CAD的系统设计方法；合肥工业大学在风光互补系统的控制领域较为突出和领先。
综合国内外研究成果和研究方向，其中对离网型的中小型风光储互补发电系统主要内容可归纳为以下几个主要方面：
1.系统的优化设计及稳定性能分析
1) 以风光储互补发电系统的设备投入成本作为经济优性目标，以供电系统的保证率为约束条件，对风力发电机、太阳能光伏电池以及蓄电池配置容量进行优化；
2) 以安装地的气象数据为基础，通过建立系统的仿真模型对已知配置系统进行仿真计算，研究已知配置下的系统运行状念；
3) 风光互补发电系统的经济性进行分析，以气象数据为依据，对不同系统配置下的度电成本进行分析；
4) 研究系统优化配置的计算方法，采用先进的智能算法加入到优化设计中，寻求更优化配置。
2. 最大功率跟踪技术
最大功率跟踪是为了保证了太阳能光伏电池和风力发电机的输出功率为最大输出功率，使系统最大程度的利用风能和太阳能，提高互补系统的发电率，同时还具有增强系统的稳定性功能。MPPT(Maximum Power Point Tracking) 对太阳能电池板与风力发电机的MPPT的跟踪方法研究有以下几种：
1)定电压法：把不同同照强度和温度下的太阳能电池功率最大输出点的对应的电压认为是一条直线，电压法方法是一种近似的最大功率跟踪方法。
2)扰动法和爬坡法以及电导增量方法：三种方法都需要对设定变化增量的大小，通过对本次状态输出和前一次或前两次状态的输出进行对比，从而MPPT跟踪。两种方法都存在一个相同的缺点：选用步长过小，会导致太阳能电池板长时间的滞留在低功率输出区；选用步长过大，会导致系统振动剧烈。爬坡法与扰动法在环境变化迅速时，会发生误判。
3)智能控制算法：智能控制算法是随着半导体功率器件、微处理器以及数字控制器的发展，近几年出现一些新的算法，例如：滞环比较法、最优梯度法、间歇扫描法跟踪、模糊逻辑法、神经网络预测法等。智能控制通常控制算法复杂，要求微机配置高，成本费用高，应用于工程实践的案例尚未见报道。
3. 蓄电池充放电及能量管理
蓄电池的充放电管理直接关系到蓄电池寿命，直接影响系统的维护成本，也是整个风光互补发电系统中的一个重要环节。因而针对大多系统中采用的免维护铅酸蓄电池的管理成为研究的重点。其中充放电控制和容量预测是其核心。
4. 风光储互补发电系统的计算机仿真
国外相继开发出一些模拟光伏发电、风力发电及其互补发电系统性能的软件包，可以通过模拟不同系统的配置得到不同系统配置下的性能指标和供电成本，得到系统最佳的配置。其中科罗拉多州立大学(Colorado State University)和美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)合作开发的hybrid2应用软件[10]。
并网型风光储互补发电系统的研究现状，要研究内容如下[11]：
(1)大规模电池储能系统工程应用及风电、光伏发电容量配比技术研究
(2)风光储互补发电系统电站智能协调监控系统和调度运行技术方案研究
(3)风光储互补发电系统防雷方案与接地优化设计
(4)风力发电电站、光伏电站功率预测预报技术研究
(5)风光储输电站功率联合预测系统研究与开发
(6)风光储输联合系统的仿真及并网后对系统安全稳定运行的影晌研究
3.风光互补发电系统的工作原理
独立运行风光互补发电系统主要设备有风力发电机组，太阳能电池，蓄电池，逆变器，负载构成，系统的特性将取决于风光互补发电系统的组成设备的特性，
本节将初步对系统主要设备的基本原理与特性进行介绍。
3.1风力发电机组
风力发电机组是风光储互补发电系统的核心设备之一，其作用是对风能进行吸收和转化，最终输出电能。从风力发电机组的结构上来看，其主要由风力机(风轮)、发电机、塔架或塔筒组成；从能量转换的角度考虑，风力发电机由风力机和发电机组成，风力机是利用其风轮对风能的捕捉吸收，完成风能到机械能的转化，发电机将风轮捕捉转化来的机械能转化电能。因此风力发电机的功率输出特性是由风力机特性和发电机特性共同决定；其中风力机对风能的捕捉或吸收利用的能力通常用风轮风能利用系数Cp表示。
风轮风能利用系数是反映风力机对风能捕捉的能力指标，其表示为风轮捕捉的风能转化为的机械能与通过风轮截面积风能总量的比值，风轮风能利用系数求解模型通常采用不旋转的动量理论模，其型假设条件[12]：1) 气流是不可压缩的均匀定常流；2) 风轮简化成一个桨盘；3) 桨盘上没有摩擦力；4) 风轮流动模型简化成一个单元留管；5) 风轮前后远方的气流静压相等；6) 轴向力沿桨盘均匀分布。
风力发电机组的输出特性是主要由两部分决定：一部分是风力发电机的风轮：另一部分是风力发电机的发电机。风力机主要完成将风的动能转化为机械能，通过其风轮对风的动能捕捉吸收，完成机械能的转化，机械能通过齿轮箱等增速传动系统传递给风力发电机或直接传递给发电机，由发电机将转化后的机械能转换为电能。
3.2太阳能电池
太阳能电池的分类：单晶硅太阳能电池、多晶硅电池、非晶硅太阳能电池、多元化合物太阳能电池。其中多元化合物太阳能电池具有世界的最高水平的光电转化效率。
太阳能电池是将辐射到其表面光能转换为电能的设备，是太阳能发电的核心器件，其工作原理是光生伏效应。太阳辐射的能量照射到太阳能电池板上表面时，电池板的PN结产生电子-空穴对，在太阳能电池的内部电场力作用下，是光电子和空穴分离，造成太阳能电池的两端出现携带不同电量积聚的中心，即电池板
的两端引出电线并接如电阻，组成一个闭合电路，则会有电流从电阻中流过，从而获得电功率的输出。
太阳能电池发电功率输出是基于光生伏的效应，研究表明发现：即使在太阳能辐射强度和太阳能电板组件温度一致的情况下，电池板功率输出是一种非线性的输出，电池板既不能等同于恒流源，也非恒压源。在某一日照强度和温度下，太阳能电池输出电流-电压-功率的特性曲线如图4[13]。温度和太阳能辐射强度都对太阳能电池组件输出特性有影响。
图4 太阳能电池的电流-电压-功率特性曲线
3.3蓄电池组件
在独立运行的独立运行的风电系统多采用蓄电池蓄能的方式[14]，蓄电池蓄能有适应负荷动态变化特性好、充放电效率高等优点。蓄电池在系统中的作用是在电量富余时，将电量储存起来，短缺时将电量释放出来，改善系统的供电可靠性的同时也起着改善供电电能质量两个方面起着重要的作用。
目前市场上供应的蓄电池主要有碱性镍、蓄电池铅酸蓄电池。其中铅酸蓄电池被誉为风力发电专用电池，也是使用最为广泛的一种蓄电池，具有容量较大、质量稳定、性能可靠的优点。本文将采用铅酸蓄电池作为储能设备。
从目前蓄电池使用情况来看，普遍存在蓄电池容量下降过快，使用寿命短，甚至短短1-2年时间蓄电池的容量只有标称容量的30％-40％，甚至只有10％-20％。而大部分蓄电池经过1-4年的运行，容量只有标称的50％左右，远远不能满足风光互补系统设计要求使用寿命。影响蓄电池使用寿命的因素很复杂，造成蓄电池失效的模式有以下几个方面：正极板腐蚀、严重失水、热失控、硫酸化。
3.4逆变器
逆变器是风光储互补发电系统的电能变换设备，是将直流电变换为交流电的设备。其工作原理是利用半导体功率开关器件的开通与关断，实现直流电变换为交流电的一种电力电子设备。其优点是变换效率高；缺点是变换输出波形较差，含有谐波，需要进行交流低通滤波器的滤波。
逆变器技术的发展可以分为三个阶段：
1956-1980年为传统发展阶段，该阶段的逆变器，以低速器为主，逆变器的开关频率较低，输出电压波形改善以多重叠加法为主，体积重量大，逆变效率较低。
1981-200年为高频化新技术阶段，该阶段逆变器开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率高，以正弦波逆变技术日益完善。
2000-至今高效低污染阶段，该阶段特点以逆变器的综合性能为主，低速开关与高速开关器件并用，多重叠加方法与PWM法并用，不偏向追求高速开关器件，高开关频率，高效环保的逆变器技术开始出现。
4.风光互补发电的应用前景
(1)缺电生活。中国现有9亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。在中国无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区。因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用已达到标准化的风光互补发电系统有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进贫困地区的可持续发展。
我国已经建成了千余个可再生能源的独立运行村落集中供电系统，但是这些系统都只提供照明和生活用电，不能或不运行使用生产性负载，这就使系统的经济性变得非常差。可再生能源独立运行村落集中供电系统的出路是经济上的可持续运行，涉及到系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理、电站政府补贴资金来源、数量和分配渠道等等。但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家都有深远意义。
(2)室外应用。世界上室外照明工程的耗电量占全球发电量的12%左右，在全球日趋紧张的能源和环保背景下，它的节能工作日益引起全世界的关注。
基本原理是：太阳能和风能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，到晚间根据光线强弱程度自动开启和关闭各类led室外灯具。智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现三遥管理(遥测、遥讯、遥控)。智能化控制器还具有强大的人工智能功能，对整个照明工程实施先进的计算机三遥管理，重点是照明灯具的运行状况巡检及故障和防盗报警。
(3)道路照明。车行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；小区(广义)道路照明工程(小区路灯/庭院灯/草坪灯/地埋灯/壁灯等)。
目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：风光互补LED智能化路灯、风光互补LED小区道路照明工程、风光互补LED景观照明工程、风光互补LED 智能化隧道照明工程、智能化LED路灯等。
(4)航标应用。我国部分地区的航标已经应用了太阳能发电，特别是灯塔桩，但是也存在着一些问题，最突出的就是在连续天气不良状况下太阳能发电不足，易造成电池过放，灯光熄灭，影响了电池的使用性能或损毁。冬季和春季太阳能发电不足的问题尤为严重。
天气不良情况下往往是伴随大风，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以用以风力发电为主，光伏发电为辅的风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统。风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统；在冬春季或连续天气不良状况、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。由此可见，风光互补发电系统在航标上的应用具备了季节性和气候性的特点。事实证明，其应用可行、效果明显。
(5)监控电源。目前，高速公路道路摄像机通常是24小时不间断运行，采用传统的市电电源系统，虽然功率不大，但是因为数量多，也会消耗不少电能，采用传统电源系统不利于节能；并且由于摄像机电源的线缆经常被盗，损失大，造成使用维护费用大大增加，加大了高速公路经营单位的运营成本。
应用风光互补发电系统为道路监控摄像机提供电源，不仅节能，并且不需要铺设线缆，减少了被盗了可能，有效防盗。但是我国有的地区会出现恶劣的天气情况，如连续灰霾天气，日照少，风力达不到起风风力，会出现不能连续供电现
象，可以利用原有的市电线路，在太阳能和风能不足时，自动对蓄电池充电，确保系统可以正常工作。
(6)通信应用。目前国内许多海岛、山区等地远离电网，但由于当地旅游、渔业、航海等行业有通信需要，需要建立通信基站。这些基站用电负荷都不会很大，若采用市电供电，架杆铺线代价很大，若采用柴油机供电，存在柴油储运成本高，系统维护困难、可靠性不高的问题。
要解决长期稳定可靠地供电问题，只能依赖当地的自然资源。而太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，在海岛相当丰富，此外，太阳能和风能在时间上和地域上都有很强的互补性，海岛风光互补发电系统是可靠性、经济性较好的独立电源系统，适合用于通信基站供电。由于基站有基站维护人员，系统可配置柴油发电机，以备太阳能与风能发电不足时使用。这样可以减少系统中太阳电池方阵与风机的容量，从而降低系统成本，同时增加系统的可靠性。
(7)电站应用。风光互补抽水蓄能电站是利用风能和太阳能发电，不经蓄电池而直接带动抽水机实行补丁时抽水蓄能，然后利用储存的水能实现稳定的发电供电。这种能源开发方式将传统的水能、风能、太阳能等新能源开发相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现期间的互补开发，适用于电网难以覆盖的边远死区，并有利于能源开发中的生态环境保护。
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风光互补发电系统技术方案
风光互补发电系统 技术方案
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是当前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，能够保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统能够共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，因此风光互补发电系统的整体造价能够降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，能够减少储能的蓄电池组
风光互补发电系统方案
风光互补发电系统 方案
光伏发电系统在别墅中的应用方案 1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统，安装在别墅屋顶上，用于演示光伏发电系统在别墅中应用的情况，为日后大面积推广提供参考。 1.2光伏发电系统的要求 本项目设计一个5kWp的小型系统，平均每天发电25kWh,可供一个1kW的负载工作25小时。能够满足别墅正常见电的需要（一般家庭每天用电量在10kWh左右）。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 长春北纬43 °05’～45 °15’；东经124 °18’～127 °02’。长春市年平均气温 4.8°C，最高温度39.5°C，最低温度-39.8°C,日照时间2,688小时。夏季，东南风盛行，也有渤海补充的湿气过境。年平均降水量522至615毫米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最热月（7月）平均气温23℃。秋季，可形成持续数日的晴朗而温暖的天气，温差较大，风速也较春季小。 2.2太阳能光伏发电系统原理 太阳能光伏发电是一种新型的发电方式, 基本原理是光生伏特
效应原理, 也就是当太阳光照射在某些特殊材料上, 会引起材料中电子的移动, 形成电势差, 从而由太阳光能直接转换为电能。这其中的特殊材料也就是光伏发电的的最基本元件被称为太阳电池半导体, 即太阳能电池(片), 它包括有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、控制器等几大部分组成, 由这些电子元器件构成的系统, 安装维护简便, 运行稳定可靠。白天太阳能电池组件将太阳辐射出的光线转变为电能, 储存在蓄电池里, 在夜间或需要时, 从蓄电池里将电能释放出来, 用于照明和其它用途。太阳能电池组件是发电设备, 蓄电池是储能设备, 控制器、逆变器是充放电控制保护和直交流变换设备。 2.3太阳能光伏发电主要部件 (1) 太阳能电池板： 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 (2) 太阳能控制器： 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其它附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
风光互补发电系统
风光互补发电系统 第一章绪论 1.1 能源与环境问题 能源是是国民经济发展与社会文明进步的基石，能源可持续发展是人类社会可持续发展的重要保障之一。从原始社会开始，化石能源逐步成为人类所用能源的主要来源，这种状况一直延续至科技发达的现代社会。随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。此外，大量使用化石燃料己经为人类生存环境带来了严重的后果，全世界每天产生约1亿吨温室效应气体，己经造成极为严重的大气污染、温室效应、酸雨等环境影响。开发利用可再生新能源以实现能源可持续发展是人类应对能源问题的有力方法之一。 1.2 新能源发展现状 当前，世界各国普遍重视能源技术创新，技术研发与制度创新越来越受到推崇。美提出培育世界领先水平的科技人员，建设世界一流的能源科技基础设施，整合基础研究和应用研究，加快研究电力储备、智能电网、超导输电、二氧化碳捕获、先进电池、纤维素乙醇、氢燃料以及清洁煤、核能、太阳能和风能等先进发电技术。日本也提出了引导未来能源技术的战略，从2050年、2100年超长期视点出发，展望未来能源技术，制定2030年科技战略。我国也看到新能源发展的紧迫性，加快建立法律法规，积极扶持新能源发展，新能源在我国的发展速度很快。 在新能源体系中，可再生能源是自然界中可以不断再生、永续利用的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。 1.3 互补发电的概念 很多可再生新能源因其资源丰富、分布广泛，而且在清洁环保方面具有常规能源所无 法比拟的优势，因而获得了快速的发展。尤其是小规模的新能源发电技术，可以很方便地就地向附近用户供电，非常近合在无电、少电地区推广普及。不过由于风能、太阳能等可再生新能源本身所具有的变化特性，所以独立运行的单一新能源发电方式很难维持整个供电系统的频率和电压稳定。 考虑到新能源发电技术的多样性，以及它们的变化规律并不相同，在大电网难以到达的边远地区或隐蔽山区，一般可以采用多种电源联合运行，让各种发电方式在个系统内互为补充，通过它们的协调配合来提供稳定可靠的、电能质量合格的电力，在明显提高可生能源可靠性的同时，还能提高能源的综合利用率。这种多种电源联合运行的方式，就称为互补发电。
家用风光互补发电系统分析设计
1、风光互补发电技术 1.1风光互补发电系统的特点 风力发电系统利用风力发电机，将风能转换成电能，然而通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对负载供电。该系统具有日发电量较高，系统造价较低，运行维护成本低等优点。缺点是小型风力发电机可靠性低，常规水平轴风力发电机对风速的要求较高。光伏发电系统利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对负载供电。该系统的优点是系统供电可靠性高、资源条件好、运行维护成本低，缺点是系统造价高。发电与用电负荷的不平衡性是风电和光电系统共同存在的一个缺陷，它是由资源的不确定性造成的。风电和光电系统发出电能后都必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但是每天的发电量受阳光、风力的影响很大，阳光、风力较弱会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态，这是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。较风电和光电独立系统，风光互补发电系统具有以下特点：（1）风光互补发电系统弥补了风电和光电独立发电系统在资源上的缺陷，利用太阳能和风能的互补性，提供较稳定的电能； （2）在风光互补发电系统中，风电和光电系统可以共用一套蓄电池组和逆变环节，减少系统造价； （3）整个系统是两种发电系统进行互补运行，因此，在保证同等供电的情况下，可大大减少储能装置的容量； （4）风光互补发电系统可以根据用户需要合理配置系统容量，在不影响供电可靠性的情况下减少系统造价； （5）风光互补发电系统可以根据用户所在地的季节及天气变化情况优化系统设计方案，在满足用户要求的情况下节约资源。 1.2适合风光互补地区分析 太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。图1为我国太阳能风能分部情况。
风光互补发电及应用-
风光互补发电与应用 1.风光互补介绍 1.1太阳能发电、风力发电发展现状 近年来,关于全球变暖和碳排放害处的环境关注日益增加,于是产生了对清洁和可再生能源发电的新需求,比如风能、海洋能、太阳能、生物和地热发电等。其中,风能和太阳能发电在过去的10年中已有了非常快速的发展。两者均为无污染的丰富的能源,而且可以在负荷中心附近发电,因此无需架设穿越乡村和市区地表的高压输电线路,减少了大量的输电成本。 在当前可利用的几种可再生能源中,风能和太阳能是目前利用比较广泛的两种。同其它能源相比,风能和太阳能有着其自身的优点: （1）取之不尽、用之不竭 太阳内部由于氢核的聚变热核反应,从而释放出巨大的光和热,这是太阳能的根本来源。在氢核聚变产能区中,氢核稳定燃烧的时间可在60亿年以上。也就是说,太阳至少还可以像现在这样有60亿年可以无限度被利用。 风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式。由于地球表面的不同形态(如沙土地面、植被地面和水面)对太阳光照的吸热系数不同,在地球表面形成温差,地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。根据相关估计,在全球边界层风的总能量相当于目前全世界每年所燃烧的能量的3000倍。 （2）就地可取、无需运输
煤炭和石油这类矿物能源地理分布不均,加之工业布局的不平衡,从而造成了煤炭和石油运输的不均衡。这些都给交通运输带来了压力，即使通过电力调度,对高山、古道、草原和高原这类电网不易到达的地区也有很大的局限性。风能和太阳能的分布虽然也有一定的局限性,但相对于矿物能、水能和地热能等能源而言可视为分布较广的一种能源。各个地区都可根据当地的风力、日照状况采取合理的利用方式。 （3）无环境污染 但是风能、太阳能虽然存在上述优点,但也存在着一些弊端: （1）能量密度低 （2）能量稳定性差 由于这些不利因素的存在,在单独利用其中一种能源转变成为经济可靠的电能过程中存在着很多技术问题。这也是几个世纪以来,两种能源利用发展缓慢的原因。但是,随着现代科学技术的发展,风能和太阳能的利用在技术上都有突破和进展,特别是将风能、太阳能综合利用,充分利用它们在多方面的互补性,可以建立起更加稳定可靠、经济合理的能源系统。 1.2风光互补发电的提出 上述分析了风能、太阳能的特点,作为可利用的自然可再生能源,二者在转换过程中都是受季节、地理和天气气候等多种因素制约。但是,两者的变化趋势基本相反,扬其两能各自之长,补其两能各自之短,相互配合利用,因地制宜,能发挥出最大的作用。有鉴于此,很多人都着
风光互补发电系统现状及发展状况(可编辑修改word版)
风光互补发电系统现状及发展状况 高洁琼 (ft西大学 ft西·太原030013) 摘要:本文介绍了风光互补发电系统的结构、工作原理和优缺点,以及风光互补发电系统的发展过程及现状,同时说明其应用前景。太阳能和风能之间互补性很强， 由这两者结合而来的风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。 关键词: 风能太阳能风光互补系统 1.风光互补发电系统的结构、工作原理、基本要求以及优缺点 1.1风光互补发电系统的结构 风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄 电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池 等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。1.2风光互补发电系统的工作原理及运行模式 风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械 能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；光伏发 电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电， 通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的 220v 交流电，保证交流电负载设备的正常 使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；控制 部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行 切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多 余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的 电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；蓄电池部分由多块蓄 电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系 统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下 运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发 电机组和光伏发电系统联合向负载供电。 1.3风光互补发电系统的优缺点
风光互补发电系统技术方案
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 2017年04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是目前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，可以保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，所以风光互补发电系统的整体造价可以降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，可以减少储能的蓄电池组容量，使发电系统造价降低。经济上更趋于合理，随着我国4G通信网的开通，可实现大范围的无线传输图像资料，风光互补监控系统将在森林防火、防盗猎监控、城市乡村的防犯罪监控、古墓群的防盗墓监控、边防地区的防偷渡监控、生态保护区的防盗猎监控、旅游地区的安全监控和矿产资源的防乱开采监控等领域得到广泛的应用，这种监控系统体系不仅能大大降低管理成本，而且能实现有效及时和安全的防护体系。对降低森林火灾，减少资源破坏，提高破案率都有非常极的意义。技术的进步可以促进社会管理手段的进步，同时，新技术的广泛应用才能进一步促进新技术产业的发展。
风光互补发电
离网风光互补发电系统的维护 （2013— 2014学年第一学期） 班级： 姓名： 学号： 专业：电气工程及其自动化 时间： 2013年12月 指导教师：
新疆大学电气工程学院 离网风光互补发电系统的维护 一、引言 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭，石油，天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生，无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 二、证论 2.1 离网风光互补发电系统简介 风光互补发电系统是一种将光能和风能转化为电能的装置，由于太阳能与风能的互补性强，该系统能弥补风电和光电独立系统在资源上的间断不平衡性、不稳定性。可以根据用户的用电负荷情况和资源条件对系统容量进行合理配置，既保证供电的可靠性，又降低发电系统的造价。同时，风光互补发电系统是一套独立的分散式供电系统，可不依赖电网独立供电，不消耗市电，不受地域限制，环保又节能，还可作为一道典雅的风景为城市景观增姿添彩。风光互补发电系统运行方式分为离网运行和并网运行两种。系统图如下：
图1 离网风光互补发电系统 2.2 离网风光互补发电的风光互补系统的结构简介 本离网型风光互补发电系统采用2组2KW的风力发电机，2KW的太阳能电池组件，通过风机控制器，太阳能控制器向蓄电池组供电，再经过逆变器向设备供电。系统框图如下所示。 图2离网风光互补发电的风光互补系统的结构 2.3 离网分光互补发电系统的工作原理及组件介绍 2.3.1 光互补发电系统的工作原理 风光互补离网发电系统是利用风能发电机和太阳能电池组件将风能和太阳能转换为电能，通过控制器作用将其存储在蓄电池中，然后再由控制器控制蓄电
风光互补发电系统技术方案
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 2017年04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是目前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，可以保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，
可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，所以风光互补发电系统的整体造价可以降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，可以减少储能的蓄电池组容量，使发电系统造价降低。经济上更趋于合理，随着我国4G通信网的开通，可实现大范围的无线传输图像资料，风光互补监控系统将在森林防火、防盗猎监控、城市乡村的防犯罪监控、古墓群的防盗墓监控、边防地区的防偷渡监控、生态保护区的防盗猎监控、旅游地区的安全监控和矿产资源的防乱开采监控等领域得到广泛的应用，这种监控系统体系不仅能大大降低管理成本，而且能实现有效及时和安全的防护体系。对降低森林火灾，减少资源破坏，提高破案率都有非常极的意义。技术的进步可以促进社会管理手段的进步，同时，新技术的广泛应用才能进一步促进新技术产业的发展。 技术方案 1、设计依据： 系统应用地点资源条件要求： （1）平均风速3.5m/s以上地点； （2）太阳能资源属Ⅲ类以上可利用地区。
风光互补发电系统安装与调试(高职组) 答题纸(09)
2015年全国高职技能大赛 “康尼杯” 风光互补发电系统安装与调试赛项 答题纸（09卷） 工位号: 比赛时间: 2015年06月
1．光伏电池组件开路电压和短路电流的测量 表1 光伏电池组件开路电压和短路电流的测量数据 光伏电池组件 灯1和灯2亮灯1亮 灯1亮且摆杆向东偏移 处于限位位置 开路电压 （V） 短路电流 （A） 开路电压 （V） 短路电流 （A） 开路电压 （V） 短路电流 （A） 1块 2块串联 2串2并 4．简述问题 （1）光伏电池板并联旁路二极管的目的和作用是什么？ （2）在实训中，同学将KNT-WP01型风光互补发电实训系统的2块光伏电池组件串联时，把同极性端输出线连接在一起了。灯1和灯2关闭，用性能良好的万用表测量该串联光伏电池组件的输出电压值为-0.71V；打开灯1，用性能良好的万用表测量该串联光伏电池组件的输出电压值为+13.5V。请叙述可能的原因。
2．绘制S7-200 CPU226输入输出接口图 图3 S7-200 CPU226输入输出接口图
7．光伏电池组件的输出特性测试 表5 摆杆垂直且灯1和灯2亮时的光伏电池组件输出电压和输出电流测量值 组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 表6 摆杆垂直且灯1亮时的光伏电池组件输出电压和输出电流的测量值 组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 表7 灯1亮且摆杆向东偏移处于限位位置时的光伏电池组件输出电压和输出电流的测量值组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12
风光互补发电
风光互补发电系统 概述 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 风光互补发电系统的发展过程及现状 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作开发了hybrid2应用软件。 hybrid2本身是一个很出色的软件，它对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行，根据输入的互补发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得一年8760小时的模拟运行结果。但是hybrid2只是一个功能强大的仿真软件，本身不具备优化设计的功能，并且价格昂贵，需要的专业性较强。 在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐
风光互补发电系统设计
5.3.1风光互补发电系统设计 风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响．然而太阳能与风能在时间上和地域上一般都有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强．在夏季，太阳光强度大而风小；冬季，太阳光强度小而风大。太阳能发电稳定可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，随机性大，供电可靠性差。若将两者结合起来，可实现昼夜发电．在合适的气象资源条件下，风光互补发电系统能提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，在很多地区得到了广泛的应用．如图5.1为某地10 月份某日典型的太阳能和风资源分布，因此采用风光互补发电系统，可以弥补风能和太阳能间歇性的缺陷。 图5.1 某地10 月份典型日太阳能和风能资源分布图风光互补发电的优势： （1）利用风能和太阳能的互补性，弥补了独立风电和独立光伏发电系统的不足，可以获得比较稳定的和可靠性高的电源。 （2）充分利用土地资源。 （3）保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。 （4）对系统进行合理的设计和匹配，可以基本上基本上由风光互补发电系统供电，获得较好的经济效益。 5）大大提高经济效益。
风光互补发电系统主要组成部分（1）发电部分：由一台或者几台风力发电机和太阳能电池阵列构成风—电、光—电发电部分，发电部分输出的电能通过充电控制器与直流中心完成蓄电池组自动充电工作。 （2）蓄电部分：蓄电部分主要作用是将风电或光电储存起来，稳定的向电器供电。蓄电池组在风光互补发电系统中起到能量调节和平衡负载两大作用。 （3）控制及直流中心部分：控制及直流中心部分由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成，完成系统各部分的连接、组合及对蓄电池组充放电的自动控制。控制及直流中心具体构成参数由最大用电负荷与日平均用电量决定。 （4）供电部分：供电部分不可缺少的部分是逆变器，逆变器把蓄电池储存的直流电转换为交流电，保证交流负载的正常使用。同时，还有稳压功能，以改善风光互补系统的供电质量。 图5.2 风光互补发电系统 设计一个完善的风光互补发电系统需要考虑多种因素．如各个地区的气候条件，当地的太阳辐照量情况，太阳能方阵及风力发电机功率的选用，作为储能装置蓄电池的特性等．因此，必须选择建立一些先进的数学模型进行多种计算，确定合理的太阳能电池方阵和风力发电机容量，使系统设计最优化． 数学模型计算 1.蓄电池容量计算 蓄电池的容量C 通常按照保证连续供电的天数来计算：
风光互补发电简介
内蒙古东建塔式多功能垂直轴风光互补发电机组项目基本情况 内蒙古东建新能源有限公司是在内蒙古呼和浩特注册的独立法人机构的民营企业，公司注册资本6亿元人民币，公司主要经营范围:电力设备及器材安装、销售、调试、维修；输电线路和电站的整体工程施工；电力技术咨询；农业科技技术开发；高科技节能开发等。公司拟在太阳山开发区境内开发建设塔式多功能垂直轴风光互补发电场项目，一期计划建设25台2MW风电塔，计划在10年内发展完成投资建设2MW风电塔1000台。 一、组成结构。 该机组由5大结构系统组成，分别是正棱柱多层塔身、环绕垂直轴磁悬浮发电机、智能控制变电系统、立体环绕太阳能电池阵、攀爬了望观光层。塔基底部直径30米，高度45-90米，地上7层，地下1层为机房，机房内设有安全通道，进排风系统。设有8组风力发电机组，其中7组为中部环绕垂直轴风力发电机组，1组为顶部主发电机组。该发电机组每一组的发电机均采用磁悬浮永磁发电机，具有启动力矩小、工作风速低的特点。 二、主要性能及区别。 1、启动风速低：垂直轴风力发电机对风速要求较小，只要风速达到2-3m/s即可启动发电，而且不需要对风，可确保平稳发电；而水平轴通常在4m/s以上风速才可发电，必须对风。
2、效率高：采用集风和整流系统，风能利用率可达52%以上，年有效发电时数可达6500小时，而水平轴不到1850小时。充分有效利用现有风力资源，不弃风、废风。 3、占地少，维护成本低：采用吸入式原理设计的塔式集风结构，大大缩小机组的空距，节约用地，单塔占地为700㎡/塔基。采用内部楼梯结构设计，可直达各层和顶部，安装和维护方便，减少了停机维修时间，发电成本较低，风场投资回收期缩短到5-8年。 4、体积小，成本低：采用多层统一的结构和桨叶，模块式组装，标准构件体积小，高度与水平轴相当99m，但是最大回转件直径小于20m，而水平轴直径是40m。单件最大重量是20吨，而水平轴是80吨。单件重量轻，制造难度降低，运输方便，机组可布置在接近地面高度，安装及维护费用较低，总成本大大低于水平轴。 5、单机发电能力可调节：该机组单台发电功率可达2MW，水平轴发电量,而且可根据需要灵活调节发电机输出功率。 6、输出电压稳定：借助于智能控制系统与窗口进风调节系统，可自动适应调节输出电压，达到稳定发电效果。 7、投资额大，单塔投资2600万人民币，而水平轴投资1500。 8风光互补发电与景观一体：利用塔式结构特点，采用太阳能环绕分布，高效吸收光能，与风能结合，使发电能力更强。利用塔式多层和中空结构特点，设置封闭的观光层和内部攀爬楼梯，可以登上高处看风景，具有较强的旅游观光价值。
景观灯小型风光互补发电系统的改进
第３７卷第３期２ ０ １ ４年５月 河北农业大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＨＥＢＥＩ Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２ ０ １ ４ 文章编号：１０００－１５７３（２０１４）０３－０１１５－０３ ＤＯＩ：１０．１３３２０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊａｕｈ．２０１４．００７５景观灯小型风光互补发电系统的改进 祁丙宝， 孙维连， 王会强， 孙 铂 （河北农业大学机电工程学院，河北保定０７１０００） 摘要：目前国内风光互补系统快速发展并应用在了各个行业，本研究针对风光互补发电系统在运行当中容易出 现的一些问题进行研究，以达到优化系统的目的。对一些关键电气元件进行有效控制，基于光源随动系统和最 大功率补偿的技术，提高了有效光照时间和系统的稳定性，并且创新性的把此系统应用在了日常生活当中的景 观灯上，为景观灯提供了单独的电源供应系统，简化了工序，降低了成本，是节能环保的一个具体实践应用。 关 键 词：光源随动控制；功率给定；风光互补；节能环保 中图分类号：ＴＫ５１１文献标志码：Ａ Ｗｉｎｄ／ＰＶ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｏｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｌｉｇｈｔｓ ＱＩ Ｂｉｎｇ－ｂａｏ，ＳＵＮ Ｗｅｉ－ｌｉａｎ，ＷＡＮＧ Ｈｕｉ－ｑｉａｎｇ，ＳＵＮ Ｂｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｗｉｎｄ／ＰＶ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｖｅｒ ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｌｏｎｇｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｌｌｕｍｉｎａ－ ｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ｍａｋｅ ｉｔ ｏｐｅｒａｔｅ ｓａｆｅｌｙ ａｎｄ ｓｔａｂｌｙ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｌｙ ａｐ－ ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄａｉｌｙ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｌｉｇｈｔｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｍ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅ－ ｄｕｒｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｓａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ；ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｇｉｖｅｎ；ｗｉｎｄ／ＰＶ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒ－ ｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ 风能和太阳能作为一种能源多样化，社会可持续发展的能源代表，已经被社会认可，而且两者具有天然的匹配互补性［１－２］。针对风能与太阳能的特点，指出风力与太阳能互补发电比单一发电方式更优越，并介绍风力与太阳能光伏互补发电的研究现状及进一步发展所要做的努力［３］。 传统的风光互补照明系统虽然直接应用了风光互补技术，但是因为受气候，地势的影响，系统的稳定性和系统的工作效率都不够理想，仍然需要连接电网。如果建立单独的电源供应系统不仅加大了施工难度，更重要的是增加了投入成本。因此，要解决长期稳定的可靠供电、不建输电线路、也不做挖路埋线工程，就必须学会地取材，利用自然资源［４］。本研究在分析小型风光混合发电系统的运行结构以及混合发电系统各种控制策略的基础上，选定风力发电机、太阳能电池组件进行优化改进，并把其应用于生活当中的景观灯，以期解决传统风光互补照明系统中存在的问题。 收稿日期：２０１３－１０－２８ 作者简介：祁丙宝（１９８７－），男，河北省张家口人，在读硕士生，主要从事机电一体化研究． 通讯作者：孙维连（１９５６－），男，教授，主要从事机械设计和材料方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｄ９９９＠ｅｙｏｕ．ｃｏｍ
风光互补发电系统简述
风光互补发电系统 摘要：风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统。本文通过对风光互补发电系统的动力来源-风能和太阳能资源的初步调研，分析了风光互补发电系统的优势，并总结了国内外风光互补发电系统的研究现状，对其基本的工作原理进行了阐述。最后对举例说明了风光互补发电系统的应用前景。 关键词：风光互补，现状，工作原理，应用前景 1.引言 能源是人类社会发展和进步的物质基础，人类社会的发展和进步离不开优质能源的开发利用和先进的能源技术的不断革新。煤和石油等矿物能源的开发和利用推动了近代工业革命的发展，极大地改变了人类的生活方式。由于煤、石油、天热气等常规能源的储量是有限的，据估计，地球上煤炭最多可用300年，石油最多可维持40多年，天然气还可以维持50多年，不断爆发的能源危机严重阻碍了人类社会的发展进步。为了缓解不断加重的能源危机，世界各国相继加大了对可再生能源的研究。可再生能源是指除常规能源外的包括风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等能源资源。 为了降低能耗和解决日益突出的环境问题，全球都投入到了可再生发展能源的热潮之中，全球可再生能源发展取得了明显成效。主要表现在：成本持续下降，市场份额不断扩大，其定位也开始由补充能源向替代常规能源的方向转化。近10年来，全球风力发电市场保持了28％的年均增长速度，太阳能光伏发电的年均增长速度超过30％[1]。 进入新世纪以来，中国的可再生能源利用步入了快速发展的轨道，特别是自2006年可再生能源法实施以来，中国可再生能源已经进入快速发展时期。2009年中国可再生能源在一次性能源消费结构中所占的比例已从2008年的8％提升至9％。根据中国国家能源局制定的《新能源产业振兴发展规划》，预计到2011年，新能源在能源结构中的占到的比重达到2％(含水电为l％)，新能源发电容量占总电力装机容量的比重将会达到5％(含水电为25％)。其中风电装机容量将会达到3500万千瓦(陆地风电3000万千瓦，海上风电500万千瓦)，太阳能发电装机容量达到200万千瓦[2]。除此之外，根据(2008年中国风电发展报告》的预测，估计到2020年末，全国风电开发建设总规模有望达到1亿kW。到2020年全国
风光互补发电系统
风光互补发电系统 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 中文名称 风光互补发电系统 外文名称 Scenery complementary power generation system 拼音 fengguanhubufadianxitong 目录 1 简介 2 发展过程 3 结构 4 应用前景 5 解决方案
5.1 应用场景 5.2 对策 5.3 方案特点 6 总结 7 发电分析 8 互补控制 简介 风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机(将交流电转化为直流电)将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。 发展过程 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable
小型水风光互补系统设计全解
毕业设计（论文）题目小型水风光互补系统设计 学生姓名 学号 专业 班级 指导教师 评阅教师 完成日期:2015年10月22日
毕业设计（论文）开题报告 题目：小型水风光互补系统设计 学生姓名： 专业：电力系统及自动化 指导老师： 一、课题来源 煤、石油、天然气等不可再生能源的使用量在世界各国不断上升，能源危机将成为人类最主要，最大的危机，发展可再生能源越来越成为世界各国的主攻研发方向和竞争目标，谁能领先，谁就会成为未来新贵，新霸主。电力作为重要的二次清洁能源，它的生产将主要依托可再生能源，从而如何利用可再生能源发电将是一个重大课题。 二、研究目的及意义 1、利用水能、风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性; 2、在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量; 3、通过合理地设计与匹配，可以基本上由水风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。 三、研究的内容、途径及技术线路 水风光互补发电系统主要由水力发电机组、风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图见附图。该系统是集水能、风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 1、水力发电部分是利用水能机将水能转换为机械能，通过水力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电; 2、风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电; 3、光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电; 4、逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量; 5、控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节:一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性; 6、蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发 电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 四、发展趋势 中国拥有世界上最多的人口，近年来经济快速增长。但中国目前的能源结构主要依赖燃煤发电，从而对环境产生了许多负面影响，特别是对空气和水资源的污染。国际能源机构（IEA）曾预测从2005年到2030年中国新增加的温室气体排放（42%）将和世界上其他国家排放总量（不包括印度，44%）相当。中国会取代美国成为世界上最大的温室气体排放国。发展可再生能源技术是减少温室气体排放和改善环境的有效措施之一。
小型风光互补发电系统最大功率控制的研究
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6e10600426.html, 小型风光互补发电系统最大功率控制的研究作者：崔啸鸣,乔燕军 来源：《电脑知识与技术》2011年第21期 摘要：独立运行的风电系统或光伏系统都有其自身的局限性，选择了结合风力发电和光伏发电优点的风光互补发电系统作为研究对象，建立了风光互补发电系统的仿真模型，对最大功率跟踪控制进行仿真研究。结果表明，最大功率跟踪控制可以实现风力发电子系统和光伏发电子系统的最大功率跟踪。仿真结果初步验证了系统集成控制策略的正确性和可行性。 关键词：风光互补发电系统；最大功率跟踪控制；仿真 中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)21-5241-02 Research on Maximum Power Point Tracking Control for Small-scale Wind/PV Hybrid Generation Systems CUI Xiao-ming1, QIAO Yan-jun2 (1.School of Information EngineeringInner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China ; 2.Beijing Jingneng New Energy Co.Ltd, Hohhot 010070, China) Abstract: Both the stand-alone wind power generation system and photovoltaic generation system have their own limitations, so that the stand-alone wind/PV hybrid generation system which combines wind with PV power generation, the simulation models of components of wind and PV subsystem as well as the whole system have been established, and the simulation study has been carried out to test the maximum power tracking control. The result shows that although solar irradiation and load are changeable, the maximum power tracking control can realize MPPT of wind and PV subsystems. The simulation results verify the correctness and feasibility of the maximum power tracking control strategy. Key words: wind/PV hybrid generating system; maximum power tracking control; simulation 风力发电和太阳能发电具有不枯竭、方便、清洁、无噪音等优点，尤其在广大边远地区，充分利用其优势，对建立独立可靠的能源供应系统有着重大的意义。太阳能和风能在转换过程中受到季节、地理、气候条件等多种因素的制约，而且两者在时间变化分布上有很强的互补性，只有扬其两能各自之长，补其两能各自之短，相互配合利用，因地制宜，才能发挥出最大的作用。太阳能和风能在时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性[1-2]。 1 独立运行风光互补发电系统结构