新疆大學
課程名：風光互補發電技術
指導老師:
學生姓名：
學號：所屬院系：電氣工程學院
專業：新能源科學與工程
班級：風動14-1班
完成日期：2023年 12 月30日
課程內容總結
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）將發出的電能儲存到蓄電池組中，當使用者需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到使用者負載處。是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電裝置共同發電。風光互補發電站採用風光互補發電系統，風光互補發電站系統主要由風力發電機、太陽能電池方陣、智慧型控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成乙個發電系統，將電力併網送入常規電網中。
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。一、風光發電系統的技術構成大致可以分為如下的幾個方面：
1.發電部分：由1臺或者幾台風力發電機和太陽能電池板矩陣組成，完成風－電；光－電的轉換，並且通過充電控制器與直流中心完成給蓄電池組自動充電的工作。
2. 蓄電部分：由多節蓄電池組成，完成系統的全部電能儲備任務。
3. 充電控制器及直流中心部分：由風能和太陽能充電控制器、直流中心、控制櫃、避雷器等組成。完成系統各部分的連線、組合以及對於蓄電池組充電的自動控制。
4.供電部分：由一台或者幾台逆變電源組成，可把蓄電池中的直流電能變換成標準的220v交流電能，供給各種用電器。
二、風光互補發電的特點
1.風光互補發電系統由太陽能光電板、小型風力發電機組、系統控制器、蓄電池組和逆變器等幾部分組成，發電系統各部分容量的合理配置對保證發電系統的可靠性非常重要。
2.由於太陽能與風能的互補性強，風光互補發電系統在資源上彌補了風電和光電獨立系統在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統在蓄電池組和逆變環節是可以通用的，所以風光互補發電系統的造價可以降低，系統成本趨於合理。
3.風光互補發電站是針對通訊基站、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，處於無電狀態、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。
三、風光互補發電的優點
1.利用風能和太陽能的互補性，彌補了獨立風電和獨立光伏發電系統的不足，可以獲得比較穩定的和可靠性高的電源；
2.充分利用土地資源；
3.保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；
4.對系統進行合理的設計和匹配，可以基本上基本上由風光互補發電系統供電，獲得較好的經濟效益；
5.大大提高經濟效益。
風光互補發電系統的設計
風能是太陽能在地球表面的另外一種表現形式，由於地球表面的不同形態對太陽光照的吸熱係數不同，在地球表面形成溫差，地表空氣的溫度不同形成空氣對流而產生風能。因此，太陽能與風能在時間上和地域上都有很強的互補性。白天太陽光最強時，風很小，晚上太陽落山後，光照很弱，但由於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。太陽能和風能在時間上的互補性使風光互補發電系統在資源上具有最佳的匹配性，風光互補發電系統是資源條件最好的獨立電源系統。綜合考慮寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和**西部等地最適合風光互補發電，河北西北部、山西北部、內蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、**東南部和新疆南部等地次之。
雖然東南沿海最適合風力發電，但颱風的破壞性太大，有可能一次性將風光互補發電裝置摧毀，因而根據實際地點考慮是否安裝風光互補發電裝置。
一、風光互補發電系統設計原則主要有：先進性、完整性、可擴充套件性、智慧型性等
1.風光互補發電系統設計的基本條件必須具備以下3個條件:
（1）當地的風能資源狀況和太樣能資源狀況，如日照，氣候、風速等基礎資源資料；
（2）用電裝置的配置，功率，供電電壓範圍，負載特徵，是否連續供電；
（3）風力發電機和太陽能元件的功率特性。
2.風光互補發電系統設計的主要內容包括如下：
（1）負載的特性、功率和用電量的設計及相關計算；
（2）風力發電機的日平均發電量的計算；
（3）太陽能電池日方陣平均發電量的計算；
（4）蓄電池容量的計算；
（5）風力發電機、太陽能電池組件、蓄電池之間相互匹配優化設計；
（6）太陽能電池方陣安裝傾角的確定；
（7）系統運**況的**及系統經濟效益分析等。
3.風光發電系統的技術構成
（1）發電部分
（2）蓄電部分
（3）充電控制器及直流中心部分
（4）供電部分
二、選定地區氣候分析
臨澤縣位於甘肅省河西走廊中部，地處東經99°51'-100°30'，北緯38°57'-39°42'之間。臨澤縣屬大陸性荒漠草原氣候。氣候乾燥，降雨稀少，蒸發量大，多風。
氣候特徵是四季分明，冬季寒冷而漫長，夏季炎熱而短暫，春季公升溫快，秋季降溫較慢。四季雲量少，晴天多，光照充足，太陽輻射強。年平均日照時數為3052.
9小時，氣溫日較差大，縣城年平均日較差14℃，年平均氣溫為7.7℃。常年以西北風和東風為主。
圖1 全國年平均風功率密度風布圖
圖2全國太陽能資源分布圖
三、家用電器功耗分析
為了盡量合理而準確的設計，我們在這裡分析計算了一般家庭使用的用電器功耗。
表1 各種家用電器的情況
四、電量與用電量的匹配設計
離網風光互補發電系統發出的電能首先經過蓄電池儲存起來，然後再由蓄電池向電器供電。所以，必須認真科學地考慮，風力發電機功率，太陽能電池組件功率與蓄電池容量匹配和靜風期儲能等問題。目前，離網風光互補發電系統的輸出功率與蓄電池容量一般都是按照輸入和輸出相等，或輸入大於輸出的原則二進行匹配的。
（1）裝置日用電量計算
qi=pi*ti
式中：qi ——日用電量pi ——裝置額定功率；
ti ——日用電小時數。
（2）系統總用電量估算
qm=（p1+p2+...+pi）*ni*ti
式中：qm——系統負荷最大日用電量（kw*h）；
pi ——每種相同裝置的額定功率（kw）；
ni ——具有相同額定功率的裝置的數量；
ti ——該類裝置的日平均使用時間（h）；
i——1,2,...n個不同型別的裝置數量。
（3）發電能力的測算
日平均發電量則是由風力發電機和太陽能電池組件的發電能力及當地風光資源狀況決定的。q=q1+q2
式中：q1——風力發電機組的日平均發電量；
q2——太陽能電池組件的日平均發電量。
（4）風力發電機組供電能力的測算方法
計算中假設風力發電裝置利用率為100%。具有風頻圖的風力發電機輸出功率計算公式：
q=（p1+p2+...pv）*tv
式中：q ——風力發電機在計算期間的發電總量（kw*h）；
pv——在風速v時風力發電機的輸出功率（w）；
tv——場地風速v的期間累計小時數（h）。
如果不能得到風速頻率分布圖，則可用當地的年平均風速進行估算。用年平均風速值時的發電機輸出功率值乘以年度總的小時值8760h，即：
q1=k*8760*pv
式中： q1——年發電量（kw*h）；
pv ——年平均風速值時發電機組輸出功率；
k——修正係數，取1.2~1.5。
根據經驗，按平均風速計算的發電量小於實際按風速頻率分布的年發電量，因此可按一定的比例進行適度修正（修正係數取1.2~1.5）。
五、光伏發電部分設計方法
（1）確定負載功耗
w=（i1+i2+...+ih）*h
式中：i——負載電流； h——負載工作時間（h）
w=140+500+2880+720+36=4276w
（2）確定蓄電池容量
首先確定系統直流電壓，確定的原則是：1依據國家電壓標準即12v、24v、48v……，2要盡量提高電壓，減少線路損失。3最好不要超過300v,以便於選取裝置。
綜合考慮風光互補發電系統專用控制逆變器額定電壓大多為48v，所以這裡我們選取48v為系統直流電壓。
c=w*d*1.3
式中：d——自給天數； c——蓄電池標稱容量（10h放電率）
c=4276*2*1.3=11117.6w
（3）確定方陣傾角。
選定最佳傾角為250.
（4）計算方陣β傾角下的輻射量
sβ=s*sin(α+β)/sin
式中：sβ——β傾角方陣太陽直接輻射分量；
中午時太陽高度角；
s ——水平面太陽直接輻射量。
rβ=s*sin(α+β)/sina+d
式中：rβ——β角方陣面上的太陽總輻射量；
d ——散射輻射量。
（5）計算方陣電流
imin=w/（tm*1*2）
imax=w/（tmin*1*2）
式中: imin——方陣最小輸出電流；tm ——平均峰值日照時數，tm=rβ/100；
tmin——最小峰值日照時數；
1 ——蓄電池充電效率；
2 ——方陣表面灰塵遮散損失。
平均峰值日照時數為5小時，最小峰值日照時數為兩小時；
（6）確定方陣電壓
太陽能電池方陣在任何季節的工作電壓應滿足：
v=vf+vd
式中：vf——蓄電池浮充電壓（25℃）；
vd——線路電壓損耗。
風光互補發電系統
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