风光互补论文.docx

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风光互补论文

第一章绪论

课题的背景及意义

随着经济社会的进展，能源供需矛盾和环境问题压力将会进一步显现，能源结构也将面临重大挑战。

目前，全世界化石能源日渐紧缺，能源压力愈来愈大。

在此大环境下，可再生能源取之不尽、用之不竭的特性决定了其在以后能源格局中的重腹地位，全世界各国均把清洁能源作为自身能源变革的重要进展方向。

从20世纪70年代开始，尤其是最近几年来，可再生能源已慢慢成为常规化石燃料的一种替代能源，世界上许多国家或地域将可再生能源作为其能源进展战略的重要组成部份；美国的加利福尼亚，2017年20%的电力以后自可再生能源（2002年已经达到12%）；欧盟，2010年22%的电力或整个能源的12%以后自可再生能源（1999年可再生能源电力为14%）1997年占整个能源的6%）旧本，2010年光伏发电要达到483万千瓦（2003年为万千瓦）；拉丁美洲，2010年整个能源的10%要来自可再生能源。

我国新能源产业的开展已有连年，我国大型风电设备制造业也已进入一个新的高速进展时期，到2008年12月底，我国己有近70家企业进入并网风力发电机组整机制造行业，中、小型风力发电机组制造业也在快速进展。

太阳能产业最近几年在我国进展迅速。

截至2007年末，全国推行农村太阳能热水器4286万平方米、太阳房1468万平方米、太阳灶112万台。

纵观世界可再生能源进展，有以下几大趋势。

（1）技术水平不断提高，本钱持续下降。

（2）进展速度加速，市场份额增加。

（3）可再生能源己成为各国实施可持续进展的重要选择。

（4）可再生能源是一种朝阳的产业，孕育着庞大的潜在经济利益。

因此，不管从减缓能源危机、解决环境污染、爱惜人类生存环境、有效开发和利用自然资源，仍是从社会和经济的进展要求动身，开发和利用风能、生物质能和太阳能等可再生能源都有极为重要的现实意义。

从久远处看，用干净的可再生能源取代常规化石能源，不仅是人类普遍的美好愿望，也是世界能源进展的必然趋势。

风光互补发电的提出及应用前景

1.2.1风能、太阳能特点

在常规能源（如煤、石油）日趋紧缺并严峻污染环境的今天，太阳能和风能愈来愈被重视。

它们具有常规能源所没有的优越性：

第一，太阳能和风能都能够永续利用或循环利用，只要有太阳照射地球地面就会增温，空气就会流动，风能也一样用之不尽。

第二，利用太阳能和风能的设备，一次投资就可常年利用，除维修开支外，大体上没有常常性的花费，是廉价的。

第三，太阳能和风能可不能造成大气污染。

常规能源利用进程中，会释放出大量对人类有害物质，而太阳能和风能在利用进程中可不能给环境带来污染，也可不能破坏生态系统。

第四，太阳能和风能处处都有，专门是那些缺乏常规能源的农村、野外、沙漠、高原、海洋，不需远程运输。

第五，太阳能和风能的总量是庞大的。

有人估量过，将长300千米、宽100千米的沙漠地带的太阳能全数利用起来，就可知足全世界的能量需求。

固然，尽管风能、太阳能存在上述诸多优势，但也存在着一些缺点:

第一，这两种能源甚为分散，不管是太阳能仍是风能都是一种能量密度极低的可再生能源，不易集中起来而形成庞大的功率。

第二，受天气阻碍而转变，不稳固。

不论太阳能仍是风能，都随天气和气候的转变而不断转变。

在利用这两种能源时存在一些困难。

第三，受地形阻碍大，地域不同显著。

尽管太阳能和风能的优势很多，可是这些缺点的存在，使得单独利用其中一种清洁能源转变成经挤靠得住的电能进程中仍存在着诸多技术难题。

可是，随着现代科技的进展与进步，风能和太阳能资源的利用在技术上都有专门大冲破和进展，专门是在风能、太阳能综合利用方面，充分利用两种能源在诸多方面的互补性，能够成立起经济合理、加倍稳固靠得住的能源利用系统。

1.2.2风光互补发电系统的提出

所谓风光互补，顾名思义，强调的确实是风能与太阳能的结合。

事实上，风能与太阳能的结合有着天然优势。

风能是太阳能的另一种转化，太阳照射地球引发温度转变产生风。

咱们能够注意到，一样白天风小太阳辐射大，夜晚风大太阳辐射小，夏日风小太阳辐射大，冬季风大而太阳辐射小，晴天风小雨天风大。

风能和太阳能在时刻和季节上如此吻合的互补性，决定了风光互补结合后发电系统靠得住性更高、更具有有效价值。

因此，风光互补发电系统的显现能够专门好的弥补太阳能和风能提供能量间歇性和随机性的缺点，实现不中断供电。

风光互补发电系统大体上能够分为两类，一类是并网型发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂，将同意来的能量通太高频直流转换后变成高压直流电，通过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流;另一类是离网型发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路，系指采纳区域独立发电、分户独立发电的离网型供电模式，将接收来的能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量通过充电操纵器后以化学能的形式贮存在蓄电池。

离网型较并网发电而言投资小、生效快，占地面积小，从安装到投入利用的时刻视其工程量，少则一天多则二个月，无需专人值守，易于治理。

本系统选取离网型风光互补发电系统作为研究对象。

本课题研究的内容

这次课题设计的目标是设计一个输出功率在600W的小功率离网型风光互补发电系统，采纳了最大功率点跟踪（MPPT）技术，此项技术能提高光伏阵列和风力发电机组对蓄电池的充电效率和增加两支路的输出能量，另外，还能实现对蓄电池的恒流—恒压—浮充三段式充电。

针对小功率风光互补发电系统风机选型，光伏组件，操纵器的诸多问题的进行选型，论文将展开以下几方面要紧内容：

1.风机的选型，风机功率的计算

2.光伏组件的选型，光伏组件的计算

3.风光互补的特点，风光互补的操纵器选型

4.逆变器的功能介绍，逆变器的选型

的风光互补发电系统设计，和对风机和光伏组件的选型

6.蓄电池的计算和选型。

第二章风光互补发电系统概述

风光互补发电系统的整体结构

本风光互补发电系统结构如图2-1所示。

它要紧由太阳能光伏电池组、风力发电机组、操纵器、蓄电池、交流直流负载、逆变器等部份组成。

该系统是集太阳能、风能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能操纵技术为一体的复合可再生能源发电系统。

图2-1风光互补发电系统结构图

（1）风力发电部份是利用风力机捕捉风能并将其转换为机械能，然后通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过操纵器对蓄电池进行充电，可直接对直流负载供电，也可通过逆变器对交流负载供电。

（2）光伏发电部份利用太阳能光伏阵列的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，可直接对直流负载供电，也通过逆变器将直流电转换为交流电对交流负载供电。

（3）逆变器部份的作用是将风光互补发电系统所发出的直流电能转换成交流电能。

在很多场合，都需要提供AC220V；AC110V的交流电源。

由于蓄电池的直接输出一样都是DC12V；DC24V；DC48V。

为能向AC220V的电器提供电能，因此需要利用DC-AC逆变器。

同时它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。

（4）操纵器部份依照日照强度、风力大小及负载的转变，和谐风力发电机组、光伏阵列的最大功率跟踪，和实现对蓄电池的充放电操纵、过充过放爱惜等功能。

它不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调剂:

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。

发电量不能知足负载需要时，操纵器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的持续性和稳固性。

（5）蓄电池部份由多块蓄电池组成，在风光互补系统中同时起到能量调剂和平稳负载两大作用。

它将光伏发电系统和风力发电系统输出的电能转化为化学能贮存起来，以备供电不足时利用，从而保证负载工作的持续性和稳固性。

太阳能光伏发电理论

光伏电池能量转换的原理是PN结的光生伏特效应。

当太阳光照射到PN结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部PN结周围生成的载流子没有被复合而抵达空间电荷区，受内建电场的吸引，空穴流入P区，而电子则流入N区，致使N区积存了过量的电子，P区则积存过量的空穴。

它们在PN结周围形成与势垒方向相反的光生电场。

光生电场除部份抵消势垒电场的作用外，还使P区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这确实是光生伏特效应。

将晶体硅太阳电池的正、负电极和外接电路连接，那么外接电路中就有光生电流流过。

晶体硅太阳电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。

单体太阳电池工作电流一样为20mAlcm2，工作电压一样为，固通常不能单独作为电源利用。

将太阳能电池单体进行串、并联和封装后，成为具有必然电性能的太阳电池串，然后就能够够封装成具有机械强度的太阳电池组件，将多个组件固定在支架上，用导线连在一路，就可成为光伏阵列，从而产生系统所需的电压电流。

1）光伏阵列的重要参数

太阳电池的I-V特性曲线是指在必然温度和日照强度时，太阳电池输出电流与电压的关系。

图2-2所示为某一确信的日照强度和温度时的I-V特性曲线。

图2-2太阳能电池特性曲线

由图2-2可见，太阳电池的I-V特性曲线表明太阳电池既非恒流源，也非恒压源，而是一种非线性直流电源，它的输出电流在大部份工作电压范围内相当恒定，但电压升高到一个足够高的电压以后，电流迅速下降至零。

通常太阳电池的额定功率概念如下:

当日照强度为1000W/m2，太阳电池温度为250C，而且大气电压为时，太阳电池输出的最大功率为额定功率。

在图2-2中的M点即为“最大功率点（MPP）”。

现在电流为几，电压为气。

太阳电池额定功率的单位是“峰瓦”，符号为“Wp”。

依照特性曲线概念太阳能电池的几个重要参数如下:

（1）短路电流（Isc）在给定温度日照条件下所能输出的最大电流；

（2）开路电压（Voc）:

在给定温度日照条件下所能输出的最大电压；

（3）最大功率点电流（Im）:

在给定温度日照条件下最大功率点上的电流；

（4）最大功率点电压（Vm）:

在给定温度日照条件下最大功率点上的电压；

（5）最大功率点功率（Pm）:

在给定温度日照下所能输出的最大功率；

Pm=Im·Vm

光伏阵列在恒定温度不同辐射强度下的I-V与P-V特性

图2-3与图2-4别离是光伏阵列在恒定温度250C时，不同的辐射强度（S）下表现出的电流一电压（（I-V）和功率一电压（P-V）特性。

从图2-3中咱们能够看出当辐射强度从200~1000W/m2上升时，光伏阵列的输出短路电流（Isc）和最大功率点电流（Im）都显著增大，而输出的开路电压随辐射强度的增大，增大并非明显。

而从图2-4中咱们能够出，最大输出功率随辐射强度的增大有明显的增大，其中最大输出功率点为图2-3中虚线与各实线的交点所示。

图2-3不同辐射强度条件下光伏阵列的I-V关系图

图2-4不同辐射强度条件下光伏阵列的P-V关系图

3）光伏阵列在相同日照不同温度下的I-V与P-V特性

图2-5与图2-6别离给出了光伏阵列在恒定辐射强度1000W/m2时，在转变的温度（0C）下的条件下，表现出来的典型电流一电压（I-V）和功率一电压（P-V）特性。

从图2-5中咱们能够看出当辐射强度为1000W/m2恒定不变时，温度从00C到500C上升时，光伏阵列的输出开路电压（Voc）和最大功率点电压（Vm）都显著减小，而输出的短路电流随温度的上升，增大并非明显。

而从图2-6中咱们能够出，最大输出功率随温度的上升而有明显的减小，因此对最大输出功率阻碍明显，其中最大输出功率点为图中虚线与各实线的交点所示。

图2-5不同温度下光伏阵列的I-V关系图

图2-6不同温度下光伏阵列的P-V关系图

由图2-3到图2-6可知，在温度相同时，随着太阳辐射强度的增加，对光伏阵列的电流阻碍显著，对电压则阻碍不明显，结果致使最大输出功率的增加；而在辐射强度相同时，随着温度的上升，对光伏电池的电压阻碍显著，对电流则阻碍不明显，结果致使最大输出功率的减小。

另外，从图2-4和图2-6咱们还能够看