第一篇：風光互補發電系統簡介

風光互補發電系統簡介

一、概述

能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎，在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發展。但是人類在使用化石燃料的同時，帶來了嚴重的環境污染和生態系統破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規能源利用過程中對環境和生態系統的破壞，各國紛紛開始根據國情，治理和緩解已經惡化的環境，并把可再生、無污染的新能源的開發利用作為可持續發展的重要內容。風光互補發電系統是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發電系統，具有很好的應用前景。

二、風光互補發電系統的發展過程及現狀

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。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作開發了hybrid2應用軟件。hybrid2本身是一個很出色的軟件，它對一個風光互補系統進行非常精確的模擬運行，根據輸入的互補發電系統結構、負載特性以及安裝地點的風速、太陽輻射數據獲得一年8760小時的模擬運行結果。但是hybrid2只是一個功能強大的仿真軟件，本身不具備優化設計的功能，并且價格昂貴，需要的專業性較強。

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，只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。

三、風光互補發電系統的結構

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。

四、風光互補發電系統的應用前景

(1)無電農村的生活、生產用電

中國現有9億人口生活在農村，其中5%左右目前還未能用上電。在中國無電鄉村往往位于風能和太陽能蘊藏量豐富的地區。因此利用風光互補發電系統解決用電問題的潛力很大。采用已達到標準化的風光互補發電系統有利于加速這些地區的經濟發展，提高其經濟水平。另外，利用風光互補系統開發儲量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠地區的農村人口提供最適宜也最便宜的電力服務，促進貧困地區的可持續發展。

我國已經建成了千余個可再生能源的獨立運行村落集中供電系統，但是這些系統都只提供照明和生活用電，不能或不運行使用生產性負載，這就使系統的經濟性變得非常差。可再生能源獨立運行村落集中供電系統的出路是經濟上的可持續運行，涉及到系統的所有權、管理機制、電費標準、生產性負載的管理、電站政府補貼資金來源、數量和分配渠道等等。但是這種可持續發展模式，對中國在內的所有發展中國家都有深遠意義。

(2)半導體室外照明中的應用

世界上室外照明工程的耗電量占全球發電量的12%左右，在全球日趨緊張的能源和環保背景下，它的節能工作日益引起全世界的關注。基本原理是：太陽能和風能以互補形式通過控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據光線強弱程度自動開啟和關閉各類led室外燈具。智能化控制器具有無線傳感網絡通訊功能，可以和后臺計算機實現三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智能化控制器還具有強大的人工智能功能，對整個照明工程實施先進的計算機三遙管理，重點是照明燈具的運行狀況巡檢及故障和防盜報警。

室外道路照明工程主要包括：

●車行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；

●小區(廣義)道路照明工程(小區路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。

目前已被開發的新能源新光源室外照明工程有：風光互補led智能化路燈、風光互補led小區道路照明工程、風光互補led景觀照明工程、風光互補led智能化隧道照明工程、智能化led路燈等。

(3)航標上的應用

我國部分地區的航標已經應用了太陽能發電，特別是燈塔樁，但是也存在著一些問題，最突出的就是在連續天氣不良狀況下太陽能發電不足，易造成電池過放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽能發電不足的問題尤為嚴重。

天氣不良情況下往往是伴隨大風，也就是說，太陽能發電不理想的天氣狀況往往是風能最豐富的時候，針對這種情況，可以用以風力發電為主，光伏發電為輔的風光互補發電系統代替傳統的太陽能發電系統。風光互補發電系統具有環保、無污染、免維護、安裝使用方便等特點，符合航標能源應用要求。在太陽能配置滿足春夏季能源供應的情況下，不啟動風光互補發電系統；在冬春季或連續天氣不良狀況、太陽能發電不良情況下，啟動風光互補發電系統。由此可見，風光互補發電系統在航標上的應用具備了季節性和氣候性的特點。事實證明，其應用可行、效果明顯。

(4)監控攝像機電源中的應用

目前，高速公路道路攝像機通常是24小時不間斷運行，采用傳統的市電電源系統，雖然功率不大，但是因為數量多，也會消耗不少電能，采用傳統電源系統不利于節能；并且由于攝像機電源的線纜經常被盜，損失大，造成使用維護費用大大增加，加大了高速公路經營單位的運營成本。應用風光互補發電系統為道路監控攝像機提供電源，不僅節能，并且不需要鋪設線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區會出現惡劣的天氣情況，如連續灰霾天氣，日照少，風力達不到起風風力，會出現不能連續供電現象，可以利用原有的市電線路，在太陽能和風能不足時，自動對蓄電池充電，確保系統可以正常工作。

(5)通信基站中的應用

目前國內許多海島、山區等地遠離電網，但由于當地旅游、漁業、航海等行業有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會很大，若采用市電供電，架桿鋪線代價很大，若采用柴油機供電，存在柴油儲運成本高，系統維護困難、可靠性不高的問題。

要解決長期穩定可靠地供電問題，只能依賴當地的自然資源。而太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源，在海島相當豐富，此外，太陽能和風能在時間上和地域上都有很強的互補性，海島風光互補發電系統是可靠性、經濟性較好的獨立電源系統，適合用于通信基站供電。由于基站有基站維護人員，系統可配置柴油發電機，以備太陽能與風能發電不足時使用。這樣可以減少系統中太陽電池方陣與風機的容量，從而降低系統成本，同時增加系統的可靠性。

(6)抽水蓄能電站中的應用

風光互補抽水蓄能電站是利用風能和太陽能發電，不經蓄電池而直接帶動抽水機實行補丁時抽水蓄能，然后利用儲存的水能實現穩定的發電供電。這種能源開發方式將傳統的水能、風能、太陽能等新能源開發相結合，利用三種能源在時空分布上的差異實現期間的互補開發，適用于電網難以覆蓋的邊遠死去，并有利于能源開發中的生態環境保護。

風光互補抽水蓄能電站的開發至少滿足以下兩個條件：

●三種能源在能量轉換過程中應保持能量守恒；

●抽水系統所構成的自循環系統的水量保持平衡。

雖然與水電站相比成本電價略高，但是可以解決有些地區小水電站冬季不能發電的問題，所以采用風光互補抽水蓄能電站的多能互補開發方式具有獨特的技術經濟優勢，可作為某些滿足條件地區的能源利用方案。

風光互補發電系統的應用向全社會生動展示了風能、太陽能新能源的應用意義，推動我國節能環保事業的發展，促進資源節約型和環境友好型社會的建設，具有巨大的經濟、社會和環保效益。

總結

風能和太陽能都是清潔能源，隨著光伏發電技術、風力發電技術的日趨成熟及實用化進程中產品的不斷完善，為風光互補發電系統的推廣應用奠定了基礎。風光互補發電系統推動了我國節能環保事業的發展，促進資源節約型和環境友好型社會的建設。

總之，相信隨著設備材料成本的降低、科技的發展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環保的新能源發電系統將會得到更加廣泛的應用。

合肥賽光電源科技有限公司 http:///

第二篇：戶用風光互補發電系統可行性報告

戶用風力與太陽能光伏互補發電系統

設計可行性研究報告

一、風力與太陽能光伏發電行業發展前景分析

風力發電是一種將風能轉換為機械能，由機械能冉轉換為電能的機電裝置。利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來帶動發電機發電。依據目前的風能技術，大約1米/秒的微風速度，便可以開始發電。

光伏發電是利用單晶硅、多晶硅或非晶硅半導體電子器件光伏效應原理有效地吸收太陽輻射能, 并直接轉變成電能的發電方式。

風力發電、太陽能光伏發電是近年來國內外應用比較廣泛、最有發展前景的可再生能源利用技術。在當今化石能源日益減少、生態環境遭受破壞的情況下，利用以風能、太陽能為代表的清潔、可再生能源，對于改善現有能源結構，緩解能源危機，實現人與自然的可持續發展具有重要的意義。

世界各國尤其是發達國家高度重視以太陽能和風能為代表的新能源發展，通過增加財政投資、減免稅收、電力回購補償等一系列措施，鼓勵刺激風力發電、太陽能光伏發電行業的發展。以太陽能光伏行業為例，2009年，全球光伏市場累計安裝量提高了45%，達到了22.9GW。新增光伏裝機容量接近5.8GW，增速為46.6%。其中，德國新增光伏裝機容量從1.8GW提高到3.8GW，幾乎翻了一番，從2008年41.1%的占比上升為51.7%，居全球第一位。其它國家也發展迅速，意大利安裝了711MW，成為第二大市場，捷克和比利時09年分別安裝了411MW和292MW。歐洲以外的國家也同樣發展迅速，日本安裝了484MW，美國則安裝了470MW，其中包括40MW的離網系統。而風電行業，2009年全球風電裝機總量達到157900MW．較上年增加了37500MW。歐洲的風能發電發展最快，其中德國十分重視風電發展，目前是世界上風電技術最先進的國家。截至2006年底，德國風電總裝機容量達到了20 622 MW，占世界風電總裝機容量的1／3以上．德國風力發電量約占全年總發電量的6％，居世界第1位．到2010年，德國風電裝機容量達到23 000 MW，可提供德國8％～10％的電力需求，l5個歐盟成員國可再生能源生產的電力滿足全部電力需求的22％．

在當前階段，風力發電、太陽能光伏發電市場的發展很大程度依賴于相關國家制定的支持機制和法案，支持機制和法案的頒布、更改、增強或削弱都會對風力發電、光伏市場和產業造成深遠的影響。德國、日本、美國等發達國家風力發電、太陽能光伏發電行業能有如此迅速的發展，均得益于相關國家有一套成熟的激勵措施和支持法案，值得指出的是：日本、德國、西班牙、意大利、韓國等許多國家制定的風能、太陽能發電回購補償政策，對促進、鼓勵民間發展太陽能光伏、風能發電起到至關重要的作用。

我國光伏發電和風能產業起步于20世紀70年代，90年代中期進入穩步發展時期，經過30多年的努力，已迎來了快速發展的新階段。2006年至2008年，中國的新能源市場投資年均增長率為67％，23.5億美元的投資中大約有60％投向了太陽能領域，其余主要投資到風能領域。特別是在“光明工程”先導項目和“送電到鄉”工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，太陽能電池及組件產量逐年穩步增加，我國光伏產業經歷爆發式增長，已基本形成了涵蓋多晶硅材料、鑄錠、拉單晶、電池片、封裝、平衡部件、系統集成、光伏應用產品和專用設備制造的較完整產業鏈。產業鏈各個環節的專用設備和專用材料的國產化加快，許多設備完全實現了國產化并有部分出口。到2007年底，全國光伏系統的累計裝機容量達到10萬千瓦（100MW），從事太陽能電池生產的企業達到50余家，從業人員達到8萬人以上。而我國風電行業近年來發展也非常迅速，到2009年底，我國風電總裝機容量累計為2580萬千瓦，其中并網風電1613萬千瓦，占全國總裝機容量的占1．85％，另還有967萬千瓦未并網風電。其中僅2009年新增裝機容量就達到1300萬千瓦。總的風電裝機容量位于美國、德國之后，名列全球第三。2009年，我國風電發電量為275億千瓦時，占總的發電量比例為0．75％。

近年來，國家財政對太陽能和風能產業的補貼力度逐年增強。2008年，我國開始啟動屋頂和大型地面并網光伏發電示范項目的建設；2009年初完成了甘肅敦煌10MW級大型荒漠并網光伏電站的招標工作；同時太陽能屋頂計劃與金太陽示范工程、風能發電的財政補貼項目也相繼推出，這一系列的政策措施給我國未來的太陽能光伏和風能產業提供了一個廣闊的發展空間。

我國現行的補貼政策主要針對光伏設備生產企業、大型項目承建商和一些示范性項目，缺乏對于小型發電系統或是消費者、投資者的激勵政策。這也是我國光伏產業商業化推廣遲緩的重要原因。經驗表明，我國政府的政策

導向將在未來一段時間內決定著國家風能與光伏產業的發展水準和市場需求。直到現在，我國還沒有太陽能上網電價和新能源電力回購補償政策,每年幾百兆瓦的太陽能電站建設與每年幾個吉瓦太陽能光伏電池生產能力相形見絀,遠不成比例。因此,太陽能上網電價和新能源電力回購補償政策盡快出臺是中國太陽能與風能發電產業的當務之急。相信在節能減排、低碳經濟的大背景下，針對目前風能與光伏發電成本高、國內產業對進出口依存度過高的特點，我國將加大政策指導和扶持力度，一旦國家新能源電力回購補償政策出臺, 風能、太陽能發電行業必將迎來迅猛發展的時機。

二、項目市場定位分析

我國2006年頒布的《可再生能源法》 規定：電網企業應當全額收購其電網覆蓋范圍內的可再生能源并網發電項目的上網電量。但實際上由于光伏上網電價成本是常規能源上網電價的1O倍而無法實施。最近我國完成的8MW 并網光伏系統的前期研究表明，目前完全商業化運作的并網光伏發電上網電價成本大約為3．4元／千瓦時，這樣高的成本無論是國家補貼還是全民分攤，大面積發展都會遇到很大的困難和阻力。如果是一般家庭用的光伏發電系統，則發電成本更高，通過在淘寶網檢索進行價格對比，國內多晶硅太陽電池價格大約為10~15元／瓦，一套戶用3000瓦太陽能光伏發電系統單是太陽能板就需30000~45000元左右，若配套蓄電池、逆變器、整流器、控制器及附屬部件及安裝費，至少需40000~50000元左右。網上檢索到華威能源生產的整套3000瓦太陽能光伏發電系統市場銷售價格最低為36916元。按照一般家庭每月電費200元計算，理論上需要至少15年~20年才能收回成本，而且還不包括使用過程的維護費用。通常,家庭預期投資回收期超過5年就很難被消費者所接受。在光伏發電成本還不具有市場競爭力，且缺乏實質性政策支持的情況下，戶用太陽能光伏發電系統很難直接走向市場。另外，風力發電的上網價格在0．42~0．72元／千瓦時，成本正逐漸接近火電成本，但分散式風力發電機系統的可靠性較差，隨機性和間歇性強，電能質量較差，需進行比較復雜的處理才能使用。因此，風能發電和太陽能光伏發電系統只有在遠離電網且必須用電的地方才能找到其商業的價值。根據初步分析，目前，風能與太陽能光伏發電系統具有市場價值的地方和行業如下：

1、偏遠農村、山區、草原、邊防哨所，海島等地方。

這些地方遠離電網，迫切需要用電改善工作和生活條件，使用柴汽油發

電成本過高，而風能或太陽能發電系統恰好能夠填補這一空缺。

2、遠離城市和供電線路的移動通信基站。

移動通信基站用電負荷都不會太大，若采用市電供電，架桿鋪線代價很大，若采用柴油發電機供電，存在柴油儲運成本高，系統維護困難、可靠性不高的問題。要解決長期穩定可靠的供電問題，只能依賴當地的自然能源，而太陽能和風能可作為取之不盡的可再生能源。將大大降低電源配置成本。

3、高速公路沿線的交通標志和錄像監控裝置。

高速公路的外場監控設備一般采用直接敷設電纜的供電方式，諸如互通立交、彎道、坡道、特大橋等需重點監控的路段往往離電源點的距離很遠，采用傳統電纜供電方式，就必須使用比較粗大的銅芯線纜來降低電壓衰減，從而導致建設費用過高，同時運營期間也因電纜經常被盜而給業主造成重大的經濟損失和運營管理的不便。而采用風光互補的方式對外場監控設備供電，與傳統電纜供電相比省去了中間電纜及其敷設的過程，大大降低了供電成本，具有很好的性價比。而且高速公路上由于車輛行駛速度很快，不斷卷起的氣流會使公路兩旁常年處于有風狀態，保證風光互補系統常年處于運行供電狀態。

4、漁船作業和生活用電。

漁船出海作業需要保證衛星導航、通信設施、安全指示燈、標志燈、燈光作業燈等的供電，泊港后需要有人留守，留守人員需要照明、電視、冰箱等生活用電。因此，漁船常年需要用電，過去一直靠柴油發電機發電解決。購置柴油發電機和發電用油的成本并不低。如果設計1000瓦以下價格在10000元以下的船用小型風力與太陽能光伏互補發電系統,則可以很好地解決漁船用電問題，完全可以做到成本低于使用柴油發電機。目前，在浙江、江蘇省沿海一帶，在政府的倡導下，漁船開始普及安裝300瓦~1000瓦的微小型風力與太陽能光伏互補發電系統,節省了大量燃油，應用效果比較好。北海作為沿海城市，海上風力和太陽能資源充沛，北部灣和南海大批的作業漁船，可以作為市場的潛在用戶，完全有可能在漁船找到市場的切入點。

三、項目技術定位分析

風能和太陽能由于受地理分布、季節變化、晝夜交替等影響，其能量密度變化較大。然而，太陽能與風能在時間和地域上都有一定的互補性，白天太陽光最強時，風較小，晚上太陽落山后，光照很弱。但由于地表溫差變化

大而風能加強。在夏季，太陽光強度大而風小，冬季，太陽光強度弱而風大。太陽能發電穩定可靠，但成本較高，而風力發電成本較低，但隨機性大，供電可靠性差。因此相對于單一的風能、太陽能發電，風光互補發電系統是更經濟合理、穩定、持續的發電模式。將兩者結合起來，可實現晝夜發電，提高系統供電的連續性、穩定性和可靠性。另外，以家庭用戶為單位的風能與太陽光伏發電系統是今后最普遍的一種新能源應用方式。因此，應該將項目考慮定位為：獨立的離網型小型風力與太陽能光伏互補發電系統。利用成熟先進的以單片機為核心的嵌入式技術、電力電子技術、小型微風發電技術和多晶硅太陽能電池，研發出一種功率在300瓦以上，3~5千瓦以下，具有微風發電和太陽能光伏發電互補功能，智能化控制程度較高的家庭用小型發電系統。為將來太陽能光伏發電大規模商業化應用做好技術儲備。

四、系統的基本構成

風光互補發電系統主要由風力發電機、風電整流器、太陽能光伏電池陣、控制器、蓄電池、逆變器等部分組成。如圖所示：

其工作原理是：風力發電機將風能轉換成交流電能，先經整流器整流成為直流電，由控制器對蓄電池充電，然后再通過逆變器轉換成交流電才能供給交流負載。太陽能光伏電池陣將太陽能直接轉換成直流電，并通過逆變器可將直流電轉換為交流電對負載進行供電，同時在光伏電能充裕時由控制器對蓄電池充電。在日照不足時，儲存在蓄電池中的直流電能經過逆變器，變換成交流電供給交流負載使用。正常工作情況下，風力發電部分和光伏發電部分可以獨立工作，也可以同時工作。

1、風力發電機

按主軸旋轉方向分為兩類：水平軸式風力發電機，轉動軸與地面平行，需隨風向變換調整葉輪的朝向。多采用水平軸、上風向、三葉片式，該類型風力發電機具備較高的風能利用率,價格低廉，但葉片旋轉直徑較大。垂直軸式風力發電機轉動軸與地面垂直，葉輪不需改變方向。依形狀可分為桶形轉子和打蛋形轉子等。新型垂直軸風力發電機(H型)采用了新型結構和材料，具有啟動風速低、噪音低、抗風能力強等優點，1米/秒微風就可起步發電。葉輪旋轉直徑較小，安裝使用方便，但價格相對較高，目前處于推廣應用階段。小型風力發電裝置可使用的發電機類型較多，有直流發電機、電磁式交流發電機、磁阻式發電機及感應子式發電機等。永磁同步發電機由于其結構簡單，效率高，體積小的特點得到廣泛應用。本裝置的風力發電機采用交流永磁同步發電機。按價格要求選取水平式或垂直式風機。

根據淘寶網檢索價格，300瓦垂直式風力發電機價格為2000元左右，超過500W的垂直式風力發電機價格6000~10000元以上。300瓦水平式風力發電機價格為1500元左右，1000W的水平式風力發電機價格3500元左右。水平式風力發電機價格比較便宜，但因旋轉直徑過大，對風向要求較嚴，不適宜安裝在漁船上。因此陸上系統可選取水平式風力發電機，但船用系統宜選垂直式風力發電機。

2、太陽能光伏電池陣列

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，最高的達到24％，是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的。使用壽命一般可達15年，最高可達25年，制作成本很高。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率約12％，使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短，制作成本相對較低。因此得到大量發展。非晶硅太陽能電池是近年開始應用的一種新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，最高只能達到10％左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減較快。薄膜式太陽電池是太陽能電池今后的發展方向。

按照性能價格比，系統宜選取多晶硅太陽能電池。據淘寶網檢索，多晶硅價格為10元~15元/瓦，面積為0.008平方米/瓦，則300瓦價格為3000元~4000元左右。面積為2.4平方米。

3、風光互補控制器

主要用于控制太陽能電池和風力發電機同時對蓄電池進行智能充電。裝置采用單片機控制系統，具備防雷、PWM卸載、太陽能防反充、過電壓自動剎車、蓄電池反接和開路保護等完善的保護功能，并有液晶顯示。控制系統的風電、光電均采用PWM 脈寬調制充電方式，智能三階段充電模式，即采用主充、均充、浮充的方式進行充電，其中光電采用最大功率跟蹤（MPPT）充電技術；卸荷采用無級卸載的方法；保護功能包括防雷、過充、過放(蓄電池低電壓告警、關斷、恢復)、反接、蓄電池過壓、太陽能光電池過流、輸出過載以及短路等。具有如下設計指標：

(1)PWM整流電路：采用具有PWM端口的單片機軟件控制與外圍整流電路相結合的方法，調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。將風力發電機輸出的交流電變換成為可控制的直流電提供給蓄電池充電。(2)PWM無級卸載：在太陽電池板和風力發電機所發出的電能超過蓄電池和逆變輸出需要時，控制系統必須將多余的能量通過卸荷釋放掉。普通的控制方式是將整個卸荷全部接上，此時蓄電池一般還沒有充滿，但能量卻全部被耗在卸荷上，從而造成了能量的浪費。有的則采用分階段接上卸荷，則階段越多，控制效果越好，但一般只能做到五六級左右，所以效果仍不夠理想。裝置采用PWM（脈寬調制）方式進行無級卸載，在正常卸載情況下，可確保蓄電池電壓始終穩定在浮充電壓點，只將多余的電能釋放到卸荷上。從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用，并確保了蓄電池的使用壽命。

(3)智能限壓限流充電：由于蓄電池只能承受一定的充電電流和浮充電壓，過充電電流和過電壓充電都會對蓄電池造成嚴重的損害。本控制器通過單片機實時檢測蓄電池的充電電壓和充電電流，并通過控制光伏充電電流和風機充電電流來限制蓄電池的充電電壓和充電電流，從而確保了蓄電池的使用壽命。

(4)液晶顯示蓄電池電壓和充電電流和運行數據：能夠直觀了解蓄電池的電壓狀態，并可以根據蓄電池的電壓來調節使用負載的大小和時間。(5)完善的保護功能：

a、太陽能防反充：在夜間等光線不好的情況下，蓄電池的電壓可能會高于太陽能電池陣列的端電壓。裝置配置防反充電路，以防止蓄電池對太

陽能電池產生反充。b、防雷保護：內帶有避雷裝置，能將雷電產生的瞬時強電壓和電流釋放掉，以保護本控制器及后級設備不受雷擊損傷。c、蓄電池反接保護：如果蓄電池不小心反接，則相當于發生短路，即會產生巨大的瞬時電流。如果不加保護，則必然會損壞蓄電池和設備本身。裝置具有完善的蓄電池反接保護功能，在不小心反接時，電路中的保險絲會自動熔斷，使得整個蓄電池回路斷開，從而有效保護蓄電池和本設備。d、蓄電池開路保護：長期使用后，蓄電池可能會發生開路或接觸不良。裝置在蓄電池開路后會發出聲光報警，并保護設備自身不被損壞。e、過風速和過電壓剎車：在大風或過電壓狀態下，本控制器將自動啟動電磁剎車，以保護風機和蓄電池。

(7)數字化智能控制：核心器件采用功能強大的單片機進行控制，外圍電路結構簡單，且控制方式和控制策略靈活強大，確保系統運行的穩定。

意法半導體的STM32F103單片機芯片功能強大，有較強的PWM控制功能，且研發人員均已熟練掌握該芯片的使用，因此控制器設計擬選STM32F103單片機。

4、逆變器

逆變器是一種電源轉換裝置，主要功能是將蓄電池的直流電逆變成標準工頻交流電。逆變器通過全橋電路，采用正弦波脈寬調制SPWM技術經過調制、濾波、升壓等，得到與電網負載頻率、額定電壓等相匹配的正弦交流電供用戶使用。

正弦波逆變器的優點是輸出波形基本為正弦波，在負載中只有很少的諧波損耗，對通信設備干擾小，整機效率高。隨著電力電子技術的進步，脈寬調制技術的普及，SPWM型正弦波逆變器逐漸成為逆變器的主流產品。以單相全橋式逆變器為例，四個對角的開關功率管以每個對角線的兩個開關管為一組，依次導通和關斷，在負載兩端就產生交替的正負電壓，形成交流輸出。當此交替導通的頻率與負載所需的交流頻率相同時，其輸出的電壓為方波電壓。當開關管以比逆變交流輸出電壓高許多的頻率開關，且每次開關的脈寬按照正弦波的幅值調制時，就變成了正弦波脈寬調制輸出的逆變器，加濾波器后其輸出的電壓波形就是正弦波輸出逆變器。

逆變器將直流電轉化為交流電，若直流電壓較低，則通過交流變壓器升壓，即得到標準交流電壓和頻率。在中、小容量的逆變器中，由于直流電壓

較低，如蓄電池的公標電壓為直流12V、24V、48V，就必須設計升壓電路。

中、小容量逆變器一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，推挽電路，將升壓變壓器的中性插頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電力，由于功率晶體管共地邊接，驅動及控制電路簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其缺點是變壓器利用率低，帶動感性負載的能力較差。

全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點，功率晶體管調節輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有續流回路，即使對感性負載，輸出電壓波形也不會畸變。該電路的缺點是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須采用專門驅動電路或采用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發生共同導通，必須設計先關斷后導通電路，即必須設置死區時間，其電路結構較復雜。

推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器，由于升壓變壓器體積大，效率低，價格也較貴，隨著電力電子技術和微電子技術的發展，采用高頻升壓變換技術實現逆變，可實現高功率密度逆變，這種逆變電路的前級升壓電路采用推挽結構，但工作頻率均在20KHz以上，升壓變壓器采用高頻磁芯材料，因而體積小、重量輕，高頻逆變后經過高頻變壓器變成高頻交流電，又經高頻整流濾波電路得到高壓直流電(一般均在300V以上)再通過工頻逆變電路實現逆變。

采用該電路結構，使逆變器功率大大提高，逆變器的空載損耗也相應降低，效率得到提高，該電路的缺點是電路復雜，可靠性比上述兩種電路低。

正弦波輸出的逆變器控制電路，可采用微處理器控制，這些單片機均具有多路PWM發生器，并可設定上、上橋臂之間的死區時間，完成正弦波信號的發生，并檢測交流輸出電壓，實現穩壓。

逆變器的主功率元件的選擇至關重要，目前使用較多的功率元件有達林頓功率晶體管(BJT)，功率場效應管(MOSFET)，絕緣柵晶體管(IGBT)和可關斷晶閘管(GTO)等，在小容量低壓系統中使用較多的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較低的通態壓降和較高的開關頻率，在高壓大容量系統中一般均采用IGBT模塊，這是因為MOSFET隨著電壓的升高其通態電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統中占有較大的優勢，而在特大容量(100kVA以上)系統中，一般均采用GTO作為功率元件。

此外，逆變器還應具備如下保護功能或措施，以應對在實際使用過程中出現的各種異常情況，使逆變器本身及系統其他部件免受損傷：

(1)輸入欠壓保捷當輸入端電壓低于額定電壓的85％ 時，逆變器應有保護和顯示。

(2)輸入過壓保捷當輸入端電壓高于額定電壓的130％時，逆變器應有保護和顯示。

(3)過電流保護：逆變器的過電流保護，應能保證在負載發生短路或電流超過允許值時及時動作，使其免受浪涌電流的損傷。當工作電流超過額定值的150％ 時，逆變器應能自動保護。

(4)輸出短路保捷逆變器短路保護動作時間應不超過0．5s。

(5)輸入反接保護：當輸入端正、負極接反時，逆變器應有防護功能和顯示。

(6)防雷保護：逆變器應有防雷保護。(7)過溫保護等。

（8）逆變器還應有輸出過電壓防護措施，以使負載免受過電壓的損害。系統逆變器是最關鍵的核心部件，涉及單片機嵌入式技術、正弦波脈寬調制SPWM控制技術、全橋逆變電路、高頻變壓器升壓變成高頻交流電，又經高頻整流濾波電路得到高壓直流電(一般均在300V以上)再通過工頻逆變電路實現逆變一系列復雜的電力電子技術。是項目重點攻關的技術難點。逆變器設計擬選意法半導體的STM32F103單片機芯片，該芯片有較強的PWM控制功能，且研發人員均已熟練掌握該芯片的使用。

項目開發應將重點放在系統控制器與逆變器的核心技術上，只有擁有系統控制器與逆變器核心技術作為自主知識產權，該產品才有市場和技術生命力。

5、蓄電池組

在常用的蓄電池中，主要有鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳金屬氧化物蓄電池和鉛酸蓄電池。其中鉛酸蓄電池價格低廉、性能可靠、安全性高，且技術上又不斷進步和完善，得到了廣泛的應用。隨著各種蓄電池技術的發展，國內外電池充電技術也不斷更新，目前多模式充電技術被認為是最佳充電技術。其綜合了恒壓和恒流充電法優點，使蓄電池保持較高的容量和較長的使用壽命。多模式充電方法的四種充電狀態分別是涓流充電，大電流充電，過

充電和浮充電。該充電模式需要設計單片機嵌入式軟件進行才能進行精確控制。

(1)涓流充電

如果蓄電池電壓低于閾值電壓，充電器將用預先設定的涓流充電電流給電池充電。隨著涓流充電繼續，電池電壓逐漸升高，當電壓升高到閾值電壓時立即轉入大電流快速充電。如果電池電壓在充電周期開始就高于其閾值電壓時，則跳過涓流充電直接進入大電流快速充電模式。

(2)大電流快速充電

在這種模式下充電器以恒定的最大允許電流給電池充電。最大電流與電池容量有關，往往以電池容量的數值來表示。在大電流快速充電這段時間里，電池電量迅速地恢復。當電池電壓上升到過充電壓時，大電流快速充電模式結束，轉入過充電狀態。

(3)過充電

如果從大電流充電狀態直接轉入浮充狀態，電池容量只能恢復到額定容量的80％～90％。在過充電狀態下，充電電壓保持恒定不變，充電電流連續下降。當充電電流下降到足夠小時，電池容量己達到額定容量的100％，充電過程實質上己經完成，轉入浮充狀態。

(4)浮充電

該狀態主要用于補充電池自身放電所消耗的能量。在浮充電模式下，充電器輸出電壓下降到較低的浮充電壓值，充電電流通常只有10～30mA，用以補償電池因自身放電而損失的電量。浮充電壓仍將隨環境溫度變化而變化。當電池電壓下降到浮充電壓的90％時，充電器將轉入大電流充電狀態，使上述充電過程重新開始。

多模式充電法綜合了恒流充電快速而安全、及時補償鉛酸蓄電池電量的優點和恒壓充電能夠控制過充電以及在浮充狀態保持電池100％電量的優點。它綜合了常規充電法和快速充電技術的優點，使蓄電池保持較高的容量和較長的使用壽命,是目前光伏系統應用最多的一種控制方式。

隨著近年來微電子技術的飛速發展，以單片機嵌入式技術為核心的充電控制技術進入了一個全新的自適應、智能階段，即自適應智能充電技術。自適應充電系統遵循各類電池的充電規律進行充電。充電系統由具有特殊功能的單片機控制，不斷檢測系統參數，按一定的算法不斷調整充電參數，同一

充電器可適應不同種類電池的充電，充電系統自適應調整自己的輸出電流，無需人工選擇，避免操作失誤。以光伏充電系統為例，光伏電池將太陽能轉變為電能，蓄電池將轉變出來的電能儲存起來，充電控制環節在系統中起著樞紐作用。一方面充電控制環節調節光伏電池的輸出功率，使盡可能多的太陽能轉變為電能，提高系統效率；另一方面它需要根據不同條件來選擇蓄電池的充電模式，從而加快蓄電池的充電速度，延長蓄電池的使用壽命。光伏系統輸入能量穩不穩定，控制環節具有舉足輕重的作用。

系統選用循環壽命長，使用壽命長，性能價格比高的風光發電系統儲能用固定型(開口式)鉛酸蓄電池。按1000瓦負載計算，電流約為5安培，要保證在連續2天無風、無晴天時．蓄電池組可獨立保證系統給重要負載正常供電。需容量240ah，若按負載500瓦，需容量120ah。單體蓄電池額定電壓為12 V，蓄電池組可選1塊或多塊蓄電池串聯組合而成總容量滿足要求。根據淘寶網檢索價格，光伏系統用蓄電池單位價格約為11元/ah,240ah約需2600元左右，120ah約需1300元左右。

初步估算，研制一套系統的組件、材料費約需2萬元左右。定型產品成本按1000瓦容量約需1萬元。300瓦約需7000元左右。

五、系統研發的初步計劃

（1）項目課題組人員組成（略）

（2）項目研發經費概算

略(3)項目進展時間

略

第三篇：風光互補發電設備安裝工作總結

風光互補發電設備安裝工作總結

2011年10月19日我們成立安裝調試小組共計6人，立即組織小組成員開會研究，進行現場勘察，研究如何做好基礎，如何將風機的立桿立起來，如何做立桿的拉線。為了圓滿的完成公司交給我們這項任務，小組成員6人組織了3次會議，設計圖紙，最后經過領導審核，決定采用加長立桿長度，在辦公樓主樓樓頂制作一個長500mm×寬500mm×高500mm的混凝土基礎，混凝土基礎養護1周。加工DN100×3400mm立桿一根（根據加工圖制作）,拉線地錨3個，7米拉線2條，10米拉線1條。

2012年10月27日制作混凝土基礎。戴國強、宋昕巖、郭凱旋、趙鵬。2012年11月1日按照設計圖紙制作加長立桿（儀表部）。

2012年11月2日下午立桿，將電池、太陽能電池板、風機、控制器、逆變器、運到樓頂。郭凱旋組裝、安裝太陽能電池板，宋昕巖、戴國強、邵偉、劉燕鴻、田永亮、郭凱旋等。

2012年11月3日上午劉毅、馮思緣、楊昊辰、郭凱旋、趙鵬、郝金起等參加風機組裝、架設立桿工作，這項工作得到了儀表部張鵬、陳真、王健鵬、范墩墩等多為同志的大力支持協助。

下午，進行電池組連接、設備連接、敷設線纜、控制箱安裝。參加人員有：宋昕巖、戴國強、郭凱旋、郝金起、于巍、趙鵬等。2012年11月4日安裝完畢。

第四篇：風光互補發電系統比賽總結(張志遠)

風光互補發電系統比賽總結

2014年4月25參加了江蘇省高等職業院校技能大賽——‘康尼’杯風光互補發電系統安裝與調試比賽。在這次比賽中我們學校代表隊取得了三等獎的成績，這離不開輔導老師們的心血和汗水，以及我們參賽選手的辛勞和努力。在這里我首先要感謝培養和教育我的各級老師以及領導,是你們給我提供了這個舞臺,沒有你們的培養就沒有我今天的進步。

這次比賽我們不僅代表了個人，還代表了學校，我們為學校爭得了榮譽。這場競賽雖然取得了一定的成績，但同時也暴露出一些問題，針對這些問題，現對本次競賽的情況作如下總結，以便為下一屆參加競賽的學弟學妹們做個參考。

1、心理素質是影響競賽的關鍵因素。比賽不僅比技術，也比心理素質。技術再高的人如果欠缺一定的心理素質，將會直接影響到自身的發揮。比賽時切忌著急，要冷靜不要慌，先做好功能部分，如果有時間再去抓細節，細節有時是成敗的關鍵。在平時的訓練中要把每一次練習當成比賽，這樣才能在平時的訓練中提高自己的心理素質。

2、團隊精神至關重要。在平時的訓練中，大家都會遇到不同的問題，遇到問題時要互相討論，相互指出各自的不足，相互交流，相互考核，團結作戰，共同成長，有了這樣的團結精神，才能在比賽中“厚積薄發”。

3、要有速度、要細心。每個參賽選手的技能水平都不相上下，比賽比的就是操作的速度快不快，在操作的過程中細不細心。競賽中失誤大部分都是不細心所導致的。拿上位機人機界面來說，顯示界面一定要有條理性，看上去要美觀，重要的是建立I/O變量和數據變量的建立與鏈接。在按鈕鏈接變量時一定要找準變量否則會出現一連串的錯誤。在寫界面腳本是語句不能有錯誤，所以在上位機上既要細心又要注意速度。在plc編程上，程序的完整性是很重要的，拿到題目時要仔細讀懂題意，弄清題目所要實現的功能，這就要求在編程時不僅速度要快，而且不能遺漏觸點和指令，一步一步的編，但不能盲目地追求速度，這樣才能保證編程既有速度又有質量。另外，在離開考場前一定要做好善后工作，首先要把桌面清理干凈，再次要把實驗箱和導線收拾好。

4、要學會自學。自學能力是我們要具備的基本素質，遇到難題和不懂的問題一定要自己去查資料，不要因為沒有學過而灰心而失去信心，每個學生在課堂上學的東西總是有限的，很多知識是要靠自己去學習和積累。這次比賽我收獲最大的就是提高了我的自學能力。平時的練習要腳踏實地，既不能圖快，更不能懶散。遇到問題要勤思考勤動手，把問題的原因、現象以及解決方案用紙記錄下來，這樣不至于以后犯同樣的錯誤。我相信只要這樣堅持下去，自己的技能必定會有所進步。

5、本次競賽是一次理論與實踐相結合的競賽，給了我們一個自我提高和學習的好機會，但是在理論題中我們的準備還是不足的，沒有很好的理解和掌握風力發電和光伏發電及逆變原理的理論知識。所以在比賽時我們的理論部分的分數就差了好多。

我們非常感謝為我們指導的老師們，非常感謝學校各級領導對我們的鼓勵與支持，我們在今后的學習中將更加努力，苦練技術，用我們的辛勤勞動來回報學校，回報社會。

總結人：張志遠

2014.5.05

第五篇：一種基于風光互補發電的物聯網遠程監控系統

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一種基于風光互補發電的物聯網遠程監控系統

作者：郭棟 徐欣 楊根科 田作華 朱青山

來源：《現代電子技術》2013年第01期

摘 要：針對遠程運行的風光互補發電系統，提出基于視頻監控、射頻通信、GPRS傳輸、數據庫應用及圖形化LabVIEW編程的物聯網遠程監控系統，重點介紹了系統各模塊的硬件設計、軟件設計，數據的傳輸流程以及服務器數據庫的配置、客戶端軟件的實現。該系統實際應用于風光互補發電系統中，可實時同步測量顯示風光互補發電過程的各種數據，存儲的數據庫信息可以為日后的科學研究提供依據，為風光發電技術的改進與提高奠定了基礎。關鍵詞：風光互補； 物聯網； 監控系統； LabVIEW