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2022-09-05

太陽能光伏風光互補系統

2022-04-01

簡介 風光互補，是一套發電應用系統，該系統是利用太陽能電池方陣、風力發電機（將交流電轉化為直流電）將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電設備共同發電。 發展過程 最初的風光互補發電系統，就是將風力機和光伏組件進行簡單的組合，因為缺乏詳細的數學計算模型，同時系統只用于保證率低的用戶，導致使用壽命不長。 近幾年隨著風光互補發電系統應用范圍的不斷擴大，保證率和經濟性要求的提高，國外相繼開發出一些模擬風力、光伏及其互補發電系統性能的大型工具軟件包。通過模擬不同系統配置的性能和供電成本可以得出最佳的系統配置。 在國外對于風光互補發電系統的設計主要有兩種方法進行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的功率和風機的功率和大于負載功率，主要用于系統的優化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的發電量和風機的發電量的和大于等于負載的耗電量，主要用于系統功率設計。 目前國內進行風光互補發電系統研究的大學，主要有中科院電工研究所、內蒙古大學、內蒙古農業大學、合肥工業大學等。各科研單位主要在以下幾個方面進行研究：風光互補發電系統的優化匹配計算、系統控制等。目前中科院電工研究所的生物遺傳算法的優化匹配和內蒙古大學新能源研究中推出來的小型戶用風光互補發電系統匹配的計算即輔助設計，在匹配計算方面有著領先的地位，而合肥工業大學智能控制在互補發電系統的應用也處在前沿水平。 據國內有關資料報道，目前運行的風光互補發電系統有：西藏納曲鄉離格村風光互補發電站、用于氣象站的風能太陽能混合發電站、太陽能風能無線電話離轉臺電源系統、內蒙微型風光互補發電系統等。 結構 風光互補發電系統主要由風力發電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分組成，系統結構圖見附圖。該系統是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發電系統。 (1)風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電； (2)光伏發電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電； (3)逆變系統由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統的供電質量； (4)控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統工作的連續性和穩定性； (5)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。 風光互補發電系統根據風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風力發電機組單獨向負載供電；光伏發電系統單獨向負載供電；風力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電。 風光互補發電比單獨風力發電或光伏發電有以下優點： ●利用風能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性； ●在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量[5]； ●通過合理地設計與匹配，可以基本上由風光互補發電系統供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發電機組等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。 解決方案 應用場景 風光互補發電系統是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠牧區、無電戶地區及海島，在遠離大電網，處于無電狀態、人煙稀少，用電負荷低且交通不便的情況下，利用本地區充裕的風能、太陽能建設的一種經濟實用性發電站 對策 風光互補發電系統解決方案主要應用于道路照明、農業、牧業、種植、養殖業、旅游業、廣告業、服務業、港口、山區、林區、鐵路、石油、部隊邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號站、地質勘探和野外考察工作站及其它用電不便地區的供電。 風光互補發電系統主要由風力發電機、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個發電系統。夜間和陰雨天無陽光時由風能發電，晴天由太陽能發電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發揮作用，實現了全天候的發電功能，比單用風機和太陽能更經濟、科學、實用。 風光互補發電系統圖：

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