200W风光互补发电系统技术功能方案设计.docx
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200W风光互补发电系统技术功能方案设计
标准合用文案
200W风光互补发电系统
技术功能方案
文档
标准合用文案
2009年11月
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标准合用文案
一系统简介1
二原理及组成2
2.1风力发电组件4
2.2太阳能组件4
2.3风光智能控制器5
2.4蓄电池部分5
2.5正弦波逆变器5
2.6资源环境条件6
三系统设计6
3.1设计总则6
3.2系统功率容量计算8
3.3风力发电组件9
3.4太阳能组件11
3.5风光智能控制器12
3.6蓄电池14
3.7正弦波逆变器17
3.8系统防雷18
四系统建设及施工19
4.1施工序次19
4.2施工准备19
五设施安装查验20
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标准合用文案
5.1风力发电组件20
5.2太阳电池组件21
5.3整体控制部分21
六检查和调试22
6.1连接检查22
6.2试运行前检查23
七系统性能试脸23
7.1试验目的23
7.2保护功能试验23
7.3显示功能试验24
7.4电能质量试验25
7.5试验报告编写25
八风光互补发电系统配置26
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标准合用文案
一系统简介
风光互补发电系统经过把风能和太阳能转变成电能，利用蓄电池储能，直接
输出直流电，也许经过正弦波逆变器，输出交流电。
风光互补发电代表了绿色能
源的发展方向，是21世纪最具吸引力的能源利用技术。
太阳能是地球上所有能源的本源，风能是太阳能在地球表面的别的一种表现
形式，由于地球表面的不相同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的
吸热系数不相同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不相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，夜晚太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而使风能加
强。
在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。
风能和太阳能
在时间和季节上这样切合的互补性，决定了风光互补结合后发电系统可靠性更
高、更拥有合用价值。
因此，风光互补发电系统是综合利用风能、光能解决设施
供电的最正确方式。
太阳能作为传统的绿色能源已经广泛应用在我们的平常生活和生产中，而
且，我国太阳能板等产品的生产技术水平已经达到世界先进水平，产品的免保护
期已经高出10年。
在灯塔、航标、基站上的应用特别广泛。
风能不受太阳光辉的影响，能够24小时依照风速的大小不断的产生电能。
但是，风力资源诚然丰富，却经常遇到有台风也许飓风的损坏。
一旦台风也许飓
风来临传统的扇叶式风能发电机就难逃厄运，带来巨大的经济损失。
建议风机采
用垂直式、涡轮型造型，不受风速、风向的影响，其最大的抗风能力达到
60米
/秒，也就是17-18级台风。
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标准合用文案
这样，在夏季太阳光辉充足时，太阳能发电就起重视要的作用，在夜间、冬
季等时候风能发电不但能够填充太阳能发电的不足，而且能够为设施供应牢固可
靠的能源。
与过去发电系统对照，风光互补发电系统拥有以下优点：
（1）利用干净干净、可再生的自然能源发电，不耗用不能再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境友善，符合经济社会可连续发展战略。
（2）比独立太阳能光伏发电系统的发电量增加35%一45%，大大增加绿色能源的利用比率。
（3）风光互补发电设施与建筑物圆满结合，既可发电又能作为装饰资料，使物质资源充足利用发挥多种功能，使建筑物科技含量提高、充足响应国家节能减排的政策。
（4）分布式建设，就近就地分别发供电，既有利于增强供电牢固性，又可降低线路耗费。
（5）风光互补发电系统是世界各发达国家在绿色能源应用领域竞相发展的热点和重点，是世界绿色能源发电的主流发展趋势，市场巨大，远景广阔。
二原理及组成
风光互补发电系统由风力发电机组和太阳电池组件共同组成的能够将风的
动能和太阳的光能变换为电能的混杂发电系统。
风力发电机以自然风作为动力，
风轮吸取风的能量，驱动风轮及风力发电机旋转，将风能变换为电能。
太阳能发
电利用光生伏打效应原理制成，将太阳辐射能量直接变换成电能。
风光互补发电
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标准合用文案
系统由下述部件组成：
风力发电组件、太阳电池组件、风光互补控制器、蓄电池
组、逆变器。
正弦波
交流负载
逆变器
风光互补
控制器
风力发电组件
直流负载
太阳电池组件
蓄电池组
系统结构图
风力发电组件
风光互补控制
器、蓄电池、逆
变器安装箱
太阳电池组件
现场安装表示图
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2.1风力发电组件
风力发电机组的选择涉及要素有：
当地的年平均风速，最低月平均风速，无
有效风速期时间的长短和用电总功率需求，依照用电功率需求确定风力发电机组
的功率。
依照年内最低的月平均风速，选择风力发电机组额定风速值。
在总功率
需求较大时，可使用相同规格的2台或多台风力发电机组在直流输出端串通或并
联使用。
在多雷区或有特别要求的使用环境，应采用有适合防雷措施的风力发电
机组。
风力发电机采用垂直轴方案设计，拥有转速低、无噪声、安全性高、细风可
发电、体积小、整机重量轻、无需调向对风装置、风电变换效率高、可承受60
米/秒风速等特点和优势。
发电机组多采用永磁直驱发电机，其整机结构简单，低速发电性能优异，可靠性高，安装保护方便。
2.2太阳能组件
太阳能电池组件是将太阳光能直接变换为电能的发电装置，经过导线连接的
太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，拥有必然的防腐、防风、
防雹、防雨的能力。
当应用中需要较高的电压和电流而单个组件不能够满足要求时，
可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。
太阳能电池组件功率的选择，峰值功率由系统日平均最低耗电电量、无有效
风速时当地峰值日照小时数和系统损失因子来确定。
系统的太阳电池组件的最小
功率应能保证供应出系统日平均最低耗电电量。
在多雷区或特别环境中使用太阳
电池方阵应有防雷措施。
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2.3风光智能控制器
控制器必定拥有风力发电充电电路和光伏充电电路。
两充电通道要各自独立
和有效隔断。
控制器风电充电电路的最大功率要大于或等于风力发电机组额定输
出功率的2倍。
控制器光伏充电电路的最大功率应大于系统光伏功率的
1.5倍。
在多雷区或特别环境中使用的控制器应有防雷措施。
2.4蓄电池部分
应该优先采用储能用铅酸蓄电池和其他适合风光互补发电使用的新式蓄电
池。
蓄电池组的串通电压必定与风光互补控制器的输出电压相般配。
蓄电池的容
量是由日最低耗电量，设定的连续阴天的天数，最长无风期的天数和蓄电池的技
术性能，如自放电率、充放电效率和放电深度等要素共同确定的。
系统采用的蓄电池必定是经过有认证资格的检测机构依照相关国家或行业
标准进行测试查验合格的蓄电池。
当密封铅酸蓄电池在海拔2500m以上条件下
使用时，必定使用能够适合于这样的条件下使用的型号。
2.5正弦波逆变器
逆变器是将直流电变换成交流电的设施。
由于风光互补发电输出的是直流
电，对于所带负载是交流性质的情况，逆变器是不能缺少的。
逆变器按输出波形
可分为方波逆变器和正弦波逆变器，介绍使用正弦波逆变器。
逆变器的输出功率应该由交流供电设施的种类、功率和使用的时间来计算和
确定。
逆变器的额定输出功率最少应该大于系统总功率的
1.2倍。
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2.6资源环境条件
风光互补发电系统安装的地域，当地年平均风速大于，同时年度太
阳能辐射总量不小于500MJ/m2是风光互补发电系统介绍使用区。
风光互补发电系统连续、可靠工作的条件：
a）环境温度：
-25℃—+45℃；
b）空气相对湿度：
不大于90％（25℃±5℃）；
c）海拔高度不高出1000m。
三系统设计
3.1设计总则
系统设计的目标是确定发电系统各部件的容量及运行控制策略，合理的设计
方案能降低系统成本，增加系统运行的可靠性。
太阳能与风能在时间和地域上有
很强的互补性因此，风光互补能够降低系统的总成本。
在风光互补发电系统的优
化设计中，应该在获得安装点的天气数据和负载容量后，经过选择不相同的系统部
件组合方式确定系统容量，尔后再选择在给定系统容量下的最优运行策略。
3.1.1系统的电能质量设计
当系统的直流电压在额定电压值的90%-120%范围内变化时，系统的交流
输出频率应保持在50Hz±2.5Hz范围内，即频率牢固度为±5%。
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输出为额定功率，当系统的直流电压在额定值的90%-120%范围内变动时，
系统交流输出电压变化范围应不高出额定值±10%。
逆变器的输出波型应该是正弦波，其正弦波波型失真度应不高出±5%。
3.1.2系统的保护功能
a）蓄电池欠压保护；
b）蓄电池过充保护；
c）负载短路保护；
d）过负荷保护；
e）系统拥有有效防范风力发电机组空载电压冲击措施，保证在出现最大空载电压时，系统内所有电器设施包括系统外面的用电器均能获得有效保护。
3.1.3系统拥有的显示功能
a）风力发电充电显示；
b）太阳能发电充电显示；
c）蓄电池电压状态显示；
d）控制器、逆变器工作状态显示；
e）各种保护状态显示。
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3.2系统功率容量计算
3.2.1设施负载统计
序号
设施名称
额定电压
功率
日工作时间
备注
（V）
（W）
（h）
1
A
220AC
100
10
2
B
24DC
100
24
3
4
3.2.2蓄电池容量计算
系统配置容量满足在无风、阴雨天情况下最少保持
2天对设施供电。
蓄电池依照24V设计，计算以蓄电池放电容量70%，逆变器效率按
90%考
虑。
计算蓄电池所需安时数以下：
交流负载：
计算内容
计算值
单位
备注
交流功率
100
W
逆变效率90%
电流值
A
24V设计
小时数
20
h
10h，2天
放电容量
133
Ah
放电容量70%
直流负载：
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计算内容
计算值
单位
备注
直流功率
100
W
电流值
A
24V设计
小时数
48
h
24h，2天
放电容量
286
Ah
放电容量70%
累计24V
蓄电池需要安时数为133+286=419Ah
。
3.2.3发电功率计算
系统正常运行时，发电功率除要带额定负载外，还要达成对蓄电池的充电，
风力发电、太阳能发电的发电功率需要满足额定负载容量。
系统配置充电控制器依照24V设计，效率按90%考虑。
计算风光互补发电功率以下：
计算内容
计算值
单位
备注
负载功率
212
W
交流逆变效率90%
发电功率
236
W
效率90%
3.3风力发电组件
采用一体化垂直风轮发电单元。
由立柱、风轮、发电机、轴承等组成。
整套
风力发电单元只有风轮一个活动部件，采用永磁无刷发电机组，包括感觉绕组、
发电感觉磁极。
没有转向、碳刷等易耗、易损部件，使用寿命明显延长。
使用垂
直式，在2m/s—60m/s风速都可安全使用。
涡轮型风叶造型，能达到空间360
度受风，在细风和台风天气下都能够正常发电。
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系统需要236W发电功率。
依照现场风力情况，平常情况下风力无法达到
风机的额定运行风速，配置2台额定功率180W/24V的风力发电组件，以满足
系统需要。
单台风机指标：
额定功率
固定桅杆金属
切入风速1.5m/s
额定风速12m/s
切出风速无
受风面积0.4㎡
叶片重量8kg
变速箱无变速箱
转子速度控制无需，电子控制
超速控制无需
主制动系统电子
测定噪音0dB
发电机型号YJD-1018
发电机结构永磁型
发电机电压1-400V
风机发电功率曲线：
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3.4太阳能组件
太阳电池方阵的结构设计要保证组件与支架的连接牢固可靠，并能方便地更
换太阳电池组件。
组件应安装在能够调治倾角、有防腐化措施的支架上，保证安
装牢固。
支架应能够保证正确的方向和角度，以使其能够获得最大的发电量。
系统需要236W发电功率。
为最大利用太阳照射时间内的发电，能以较短
的时间给蓄电池组充电。
配置2组额定功率180W/24V的太阳能发电组件，以
满足系统需要。
单组太阳电池参数：
最大输出功率Pm
180W
功率误差
±3%
最正确工作电压Vm
开路电压Voc
短路电流Isc
最大系统电压VDC
1000V
变换效率ηm
15.9%
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电池片种类单晶硅
电池片数量48片（6*8）
工作温度-40—85℃
玻璃种类高透光，钢化
不相同温度下的I-V曲线：
3.5风光智能控制器
控制器整机与风力、太阳能的发电充电电路需要符合相应的标准和要求。
采
用最大功率追踪技术，最大限度地把风力、太阳能的发电变换为蓄电池充电电流。
控制器拥有风力发电充电输人端、光伏充电电路输人端、蓄电池接线端、逆
变器接线端。
控制器光伏充电电路满足以下要求：
a）充电电路可承受的最大电压为发电输出额定电压的
1.5倍；
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b）充电电路可承受的最大电流为发电输出短路电流的
1.5倍；
c）充电电路电压降≤1.2V；
d）有防范组件反接的电路保护；
e）拥有防范蓄电池反向放电的保护功能。
控制器供应蓄电池的荷电状态指示:
a）充满指示:
当蓄电池被充满，充电电流被减小或风光发电回路被切离时的指示;
b）欠压指示:
当蓄电池电压已经偏低，需要减负荷用电时的指示;
c）负载切离指示:
当蓄电池电压已经达到过放点，负载被自动切离时的指示。
指示器能够是发光二极管（LED），也能够是模拟或数字表头也许是蜂鸣告警。
同时带有明显的指示或标志符号，使现场使用在没适用户手册的情况下也能够知
道蓄电池的工作状态。
控制器性能特点：
a）微电脑芯片控制，可编程设定充放电参数点以适应不相同场合的特别要求。
b）可防范各路充电开关同时开启、关断时引起的振荡。
c）各路充电检测拥有“回差”控制功能，可防范开关进入振荡状态。
d）保护齐全：
过充、过放、过载、开路、短路、反接、防反放电、过热等
一系列报警和保护功能。
e）可配RS232/485接口，便于远程遥信、遥控。
f）LCD数码显示功能，可显示出当前蓄电池电压、风机输出电压电流、光伏电池组输出电流、负载电流及蓄电池充电电流。
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g）拥有电量累计功能，风机、光伏发电量独立统计。
h）蓄电池充电拥有温度补偿功能。
控制器技术指标：
直流额定电压24V
额定输出电流30A
最暴风机输入功率400W
风机输入电压
1-400V，3线
最大光伏电池功率400W
光伏输入电压
1-40V，2线
控制器自耗电流
蓄电池与负载压降
3.6蓄电池
蓄电池是用于为系统内设施供应电源的储能部件，在系统用电的同时，由风
光互补控制器对蓄电池充电。
蓄电池采用赞同深度循环放电应用、长寿命的铅酸
密封免保护阀控蓄电池，正常使用放电深度可达80%，能够明显降低今后的维
护成本。
系统需要419Ah/24V蓄电池容量。
用单节电压12V的蓄电池进行串通，
并用2组蓄电池并联以保证系统牢固安全。
共配置4节225Ah/12V蓄电池，累
计容量为450Ah/24V，满足系统的需要。
单节蓄电池参数：
标称电压12V
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额定容量
225Ah
电池内阻
≈2.8mΩ
使用温度
-40—50℃
最正确使用温度
15—25℃
浮充电压
均充电压
充电电流上限
55A
主要参数曲线：
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3.7正弦波逆变器
正弦波逆变器用于将蓄电池直流电逆变变换成正弦波交流电输出，供应交流
供电设施电源。
逆变器自带显示单元，可显示逆变器输出电压、电流、功率，运
行状态、异常报警等各项电气参数。
同时拥有标准电气通讯接口，可实现远程监
控。
系统需要100W交流功率。
配置1套输入直流24V，功率100W正弦波逆
变器即可满足系统需要。
逆变器特点以下：
a）无变压器，实现了小型轻量化。
b）有自动运行功能。
上电后自动运行，向负荷供电。
c）具备显示单元，可显示输出功率、运行状态及异常等内容。
d）带有通讯功能，可向远程监控发送其电流、电压、状态等数据。
具备保护功能：
a）欠压保护。
当输入电压低于标称值90%时，能自动关机保护。
b）过电流保护。
当工作电流高出额定值150%时，逆变器能自动保护。
当电流恢复正常后，设施能正常工作。
c）短路保护。
当逆变器输出短路时，拥有短路保护措施。
短路消除后，设施能正常工作。
d）极性反接保护。
输入直流极性接反时，设施能自动保护。
待极性正接后，设施能正常工作。
e）雷电保护。
逆变器拥有雷电保护功能。
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主要技术参数：
额定容量
100W
输入额定电压
24VDC
输入电压赞同范围
21.6V—35V
输入额定电流
输出频率精度
50±
输出电压精度
220V±3％
输出额定电流
波形失真率
≤3％（线性负载）
功率因数
过载能力
150，10秒
峰值系数
3:
1
逆变效率
90%
3.8系统防雷
为了保证系统在雷雨等恶劣天气下能够安全运行，要对这套系统采用防雷措
施。
主要有以下几个方面：
（1）地线是避雷、防雷的重点，在进行设施安装固准时，需要采用专用接
地线引出，并用降阻剂与接地址可靠连接，接地电阻应小于4欧姆。
（2）风力发电组件、太阳能组件的支架应保证优异的接地。
接地螺栓应通
过降阻剂与接地址可靠连接，接地电阻应小于4欧姆。
（3）直流输出端、正弦波逆变器交流输出端，应采用二级防雷保护。
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四系统建设及施工
系统的施工包括：
风力发电组件的安装固定，太阳电池组件的安装，电气安
装箱的安装调试，系统的运行调试。
4.1施工序次
按以下序次进行系统建设：
风力发电支架安装—发电机安装—风机叶片安
装—太阳电池支架安装—太阳电池组件安装调试—电气安装箱安装—各设施线
缆连接—系统运行调试—试运行测试—竣工查收。
风光互补发电系统各部件安装达成，外电路施工竣工后，应按以下序次安全
可靠地进行系统部件连接和系统与外电路的连接：
第一进行控制器与逆变器的连接。
将控制器与蓄电池组连接，虽有防反接保护，也应注意不能将电池正、负极
性接反。
将太阳电池板掩盖后，与控制器光伏输人端连接。
使风力发电机处于停止状态，将输出线与控制器风力发电输人端连接。
4.2施工准备
4.2.1技术准备
技术准备是决定施工质量的重点要素，主要需要进行以下几方面的工作：
（1）先对实地进行勘探和检查，获得安装现场相关数据并对资料进行解析
汇总，以便进行符合实质的施工设计。
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（2）准备好施工中所需规范，作业指导书，施工图册相关资料及施工所需
各种记录表格。
（3）组织施工队熟悉图纸和规范，做好图纸初审记录。
（4）技术人员对图纸进行会审，并将会审中问题做好记录。
（5）会同施工单位对图纸进行技术交底，将发现的问题提交设计部门，并
由设计部门做出解决方案（书面）并做好记录。
（6）确定和编制的确可行的施工方案和技术措施，编制施工进度表。
4.2.2现场准备
（1）物质的存放
准备临时库房，储藏风光互补发电系统的风机组件、太阳电池、安装支架、
电气安装箱、线缆及其他辅助性的资料。
（2）物质准备
施工前对风力发电组件、太阳能电池组件、安装支架、控制器、蓄电池、逆
变器等设施进行检查查收，准备好安装设施及使用的各种施工所需主要原资料和
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