摘要巨太阳能与风能是地球上最常见的的绿色可再生能源，太阳能具有普遍
性，
大性，等特点，但也同时具有能量不稳定，能量密度低等特性。太阳能只能在白而且晚间风力发电效果较好，才能够发电，而风能不分昼夜，天阳光充足的时候，因此为解决太阳能发电环境影响更大，但是相对于太阳能而言，风能更不稳定，并使发出的电能能够方便使用互补风力发电的优势，不稳定且不能在晚上发电，等问题，本文设计了一种以51单片机为控制核心的低成本智能风光互补充电控制器。硬件方面本设计采用PWM调波控制buck降压电路，来稳定太阳能输出；采用UC3906铅酸蓄电池专用充电芯片为蓄电池充电，使铅酸蓄电池充电更合理；采用两块铅酸蓄电池作为出能源原件；由于采用集成芯片提高了系统的稳定性，简化了电路缩减了成本。同时控制器还具有防雷击保护电路，放蓄电池反接保护电路，太阳能电池板防反接保护电路，过流保护电路，并内置双轴太阳跟踪器驱动电路。软件方面，本设计采用三种可选用电模式：默认模式（模式一），蓄电池持续供电模式（模式二），太阳能电池板供电模式（模式三）和一种单蓄电池工作模式（模式四）。
Abstract
引言
太阳能与风能是地球上的清洁能源，利用太阳能风能发电可以保护环境还减少化石能源的使用。但是风能于太阳能同样存在不稳定，容易受到天气，季节，纬度等各种地理上、环境上的因素影响。太阳能是以光辐射的形式传播到地球上的，因此太阳能的能量密度低，不便于利用。风能的原动力来自于太阳，可以说风能是太阳能的另一种存在形式，虽然能够昼夜发电，不分阴晴，但是与太阳能相比，发电能量波动性更大，为提高太阳能风能的利用率人们不断改进太阳能电池板与风力发电机的性能，已获得最大的能量转换。
但仅仅改进太阳能电池板与风力机是不够的，虽然采用风能与太阳能互补发电的模式已经可以昼夜连续发电，但在不加任何处理的风光互补发电装置发出的电能一样不稳定，会受各种因素影响，使电压电流时刻波动。众所周知，我们所采用的用电负载都是在稳定电压下才会正常工作的，电压不稳就会严重影响设备的正常运行，因此需要加入控制器，将不稳定的输出电压经过稳压后在连接到负载上，是解决这一问题的有效方法。
风光互补控制器的作用是稳定风光发电系统的电压输出，使其能为蓄电池充电，也可以作为直接供电系统为辅在供电。有恒定的电压才会使风光互补发电系统得到广泛的应用。在新疆，可以利用当地丰富的太阳能，风能资源不仅节约了有限的煤炭资源还为当地人民带来了方便。风光互补发电系统还可以用在一些不易架设电源线的野外为通信设备，检测设备提供独立电源。还可以用在一些小型设备上做充电器电源使用。
这些设备都有一个共同的特点不仅需要独立发电系统为其供电，最主要的还可以为这些设备内置的蓄电池充电。而如今所使用的蓄电池不外铅酸蓄电池，锂电池，或者镍镉电池等等。这些电池都有其独特的充电特性曲线，不一样的充电条件，
不一样的欠电压过电压阈值点，仅仅依靠发电系统本身是无法很好的完成而太阳能控制器可以通过内部集成电路的运作满足这些蓄电池不同的这项任务，
充电要求。
1课题背景及意义
太阳能：太阳能是地球上清洁能源之一，太阳能还可为人类提供50亿年的能量，可以说太阳能是取之不尽用之不竭的绿色能源。据统计地球赤道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得2，地球表面某一点1kw/m173000TW。在海平面上的标准峰值强度为的能量可达24h 的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量。太阳能还可以转换成生物能、风能、海洋能、水能等，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。
根据太阳能的利用方式又可分为三大类：太阳能热利用技术，太阳能热发电技术和太阳能光伏技术。本文所研究的课题利用太阳能发电的太阳能光伏技术。
太阳能是地球万物的能量源泉，可以说取之不尽用之不绝。太阳通过其内部不断发生的核聚变，向外部辐射能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。
风能：在中国距地10米的高度，风能资源总储量约为32.26亿千瓦，可实际开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦。虽然可以利用的风能占总储量很小的一部分，但是2.53亿千瓦的能量仍然不是个小数目。
据统计，东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200瓦/平方米的等值线平行于海岸线；新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富的地区，有效风能密度为200～300瓦/平方米；而黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度在200瓦/平方米以上；但是在云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50瓦/平方米以下，全年中风速大于和等于3米/秒的时数在2000小时以下，全年中风速大于和等于6米/秒的时数在150小时以下，风能潜力很低。虽然并不是在全国各地都适合利用风能发电，但是在风能资源少的地方却可以充分利用太阳能发电，风光互补发电可以克服这种不足，通过调配风力机与太阳能电池板的功率配比达到最佳发电效果。
在当今随着现代文明的日益发展，人们的生活中也越来越多的需要能源。大到工业生产所需的能源，小到人们的日常生活，虽然能量形式不一，但追奔溯源还是利用地球上的自然资源。但这些资源却并不是取之不尽用之不竭的，煤炭，石油，天然气，这些蕴藏在地球上的自然资源是经过数亿年自然界古生物对太阳能的积累才形成的。然而在人类工业化的几百年时间里，这些资源就已经趋于枯竭。在人类工业化，现代的同时，不仅消耗了大量的能源，还造成了环境的污染。温室效应，酸雨，臭氧层空洞这些灾害都是伴随人类的发展而产生的。
因此绿色能源环保等新概念因运而生，人开始保护环境，节约资源。但是节约资源并不等于创造资源，像化石能源就是不可再生资源。而现代工业又过分依赖于这些不可再生能源，因此开发一种绿色可再生能源来取代这些不可再生能源是人类当前研究的新课题。
在绿色可再生能源利用方面，出现了风能，水力能，潮汐能等等，但追本溯源这
些能量均来自太阳能。于是在太阳能方面人类开始有了研究。太阳能直接来自于太阳，它的优点是：
（1）绿色无污染，也不会产生二氧化碳，是最理性的清洁能源。
（2）不需要运输，存储简单方便。
（3）可以直接利用其热能比如太阳能热水器，太阳能炉灶等等。
（4）转化成电能存储，太阳能光伏发电。
（5）太阳能具有普遍性，全球任何一个地方都可以使用。
（6）太阳能具有能量巨大的特点，根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。
如此巨大而丰厚的能源，对现代化日益发展，对能源需求日益增大的人类来说，无疑是开发的热点。但是尽管太阳能具有以上的优点，但在使用开发的角度上来说，同样也具有一些缺点：
（1）太阳能具有分散性，虽然太阳能到达地球的能量很大，但是主要以太阳光辐射到地球，这种辐射能意味着太阳能的能量密度很低，分散性很强。举例来说，以北回归线附近为例：在晴朗的夏天，中午12点时太阳高度达到最高也就是一日内辐射量达到最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1／5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备。（2）不稳定性：在不同的纬度，地域，再加上受到不同的天气状况的影响，太阳能在不同的时间里能量一直在变化，十分不稳定。要想把太阳能转变成可利用的能源如热能、电能，就需要一定的转换，并且需要能够稳定能量的设备。这给太阳能的使用增加了难度。
（3）太阳能利用效率低，目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到技术性的制约。
因此开发出一套太阳能控制器高效的利用太阳能资源是本课题研究的重点。太阳能控制器是太阳能发电系统的重要设备,其性能的好坏直接影响太阳能发电系
统的使用效率。
为弥补太阳能发电在阴天，晚间时不能发电等不足之处，采用风光互补发电系统。风力机可以再太阳能发电效果不好时补充功率输出，如果二者都能够正常工作，会输出更多的能量，给蓄电池和负载提供足够的能量，使发电效果相对于独立的风能发电、太阳能发电更好，更实用，对环境的适应性也更强。
2太阳能控制器国内（外）应用现状
早在1981年, 丹麦的N. E. Busch和K llenbach提出了太阳能和风能混合利用的技术问题。当时最初的风光互补发电系统只是将风力机和光伏组件简单的进行组合。缺乏相关统计数据，简单组合的风光互补系统发挥的效能不是很理想【[ ] 尹静, 张庆范. 浅析风光互补发电系统[J].节能与新能源, 2008 ( 8) : 43 45, 75.】。随着风光互补发电技术的发展和应用，相关的研究也越来越丰富，在美国有C. I. Aspliden 研究的太阳能风能混合转换系统的气象问题; 在前苏联有N. Aksarni等人根据概率原理, 统计出近似的太阳能、风能潜力的估计值, 为风光
互补发电系统的研究和利用提供了科学的数据支持。
产生了一批新的的, 随着时间的推移风光互补发电技术研究的进一步深入．
研究成果。而且利用了计算机技术在软件开发方面, 有西班牙Zaragoza 大学Rodo lfo Dufo Lopez 等人用C+ + 语言开发了一套用于风光、光柴油机等互补发电系统的基于遗传算法的优化系统【[ 7] 朱芳,王培红.风能与太阳能光伏互补发电应用及其优化[ J] .上海电力,2009(1):23- 26.】。还有美国可再生能源实验室（National Renew ableEnergy Labo ratory）和Colorado State 科罗拉多州立大学（University）合作开发的hybrid2应用软件。hybrid2对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行, 根据输入的混合发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得1 年8 760 h 的模拟运行结果。
在国外风光互补系统应用方面，加拿大Saskatchewan大学Rajesh Karki 等人通过研究独立小型风光发电系统成本及可靠性课题, 得出负载与风光资源条件合
理配置的发电系统, 是降低发电成本、提高系统可靠性的重要途径, 并指出互补发电系统扩容的可行性。
在亚洲的其他一些国家, 在泰国有人通过TRN SYS16 暂态仿真软件对风光互
补发电系统进行了成本评估, 在马来西亚有人通过采用遗传算法程序对净成本
最低化和配置最优化进行了分析研究, 在孟加拉国则有人通过根据拟牛顿算法
对风光互补独立发电系统进行了优化配置。通过研究人员的不断努力，推进了风光互补发电技术的前进。
早在上世纪七八十年代我国小风电已早于大型风电开始在内蒙、新疆等偏远地区作为送电到乡的国家“863”项目，进入农牧民的家庭生活，那时大型风电产业尚未被认识、太阳能产业还不知在哪个角落。当时小型风电仅仅被市场定位在偏远无电地区，依靠国家扶持型发展，无法进入市场化发展，整个产业规模小、投资少。
直到2000年左右，随着太阳能产业发展，国际上环保、节能意识的提
升，小风电才逐步被上升到“节能、减排”的高度，伴随太阳能产业的成熟，宁波风神风电开创的“风光互补新能源”理念才开始受到关注。同时，市场定位从偏远农村转向沿海城市，从环境资源好的区域转向环境资源差的区域，从国内市场开始走向国际市场并占据领先地位【[]杜尚斌.小型风力发电及风光互补新能源产业[J].中国仪器仪表,2010,5:27-28.】。
我国在风光互补发电研究方面，上海交通大学的机械与动力工程学院曾对内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗牧区户用型可再生能源发电系统的使用情况、牧民经济条件进行调查, 分析了推广户用型可再生能源发电系统过程中所存在的问
题及原因进行了研究, 并指出风光互补发电系统仍需进一步优化配置来提高整
个系统的使用可靠性【[ ] 彭军, 李丹, 王清成, 余岳峰. 户用型可再生能源发电系统在苏尼特右旗应用的调查分析[ J ] . 农业工程学报,2008, 24 ( 9) :
193- 198.】。
此外国内一些大学也在做相关研究，例如香港理工大学与中科院广州能源所、半导体研究所合作研究出了一整套以CAD 进行风光互补发电系统优化设计的方法。这种方式同样借助于当今计算机技术，通过软件方法计算出太阳能风力机组件的特性参数更好的获得了风光互补发电的设计参数，使风光互补发电设计更合理更完善更科学。
同样在工程实践中，国内的一些也做得很不做，如中国卫星通信集团公司对青海村村通工程中的风光互补发电系统实际运行情况进行了分析, 系统经过1
年的运行, 完成了计划任务并显现出很好的经济效益, 同时也指出系统在准确性和可靠性上仍存在一些问题。．
3太阳能电池板特性
3.1太阳能电池板的发展简介
太阳能是地球上重要的清洁能源，在太阳能利用的方面首先使用的是太阳能所提供的热能，如太阳能炉灶，热水器等等。其次在太阳能转换成电能方面，如在上世纪五十年代，在太阳能技术发展史上有两项重大技术突破：一个是在美国贝尔实验室研制出转换效率只有6％的单晶硅太阳能电池，尽管转换效率只有6%
但是已经初步具有实用价值，另一个是1955年在以色列提出的选择性吸收表面概念和理论，依据这个理论研制出了选择性太阳吸收涂层。这两项重大技术突破对此后太阳能的发展和利用具有重要意义，并为现代太阳能技术发展奠定了技术基础。
此后自上世纪七十年代以来，由于世界能源危机，加之工业发展带来的越来越多的环境污染。迫于环境和能源压力人们开始研究太阳能和新型可再生能源。终于在1973年世界上一些国家开始制定政府级太阳能计划，这其中有美国的阳光发电计划，并于1980年把太阳能发电计划列入公共电力规划，投入资金累计多达
8亿美元。在日本七十年代也制定了阳光计划，并于1993年把“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。此外还有德国以及欧盟等一些国家以及一些发展中国家也相继制定了自己的太阳能计划。而在我国，自“六五”以来中国政府就把研究和开发太阳能以及可再生能源技术列入国家科技攻关计划，这一举措促进了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。
3.2太阳能发电原理
太阳能发电是利用太阳能电池板的光伏特效应进行发电的。光伏效应又称广生伏特效应，是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
太阳能电池板所采用的材料是一种特殊的半导体，它导电性介于导体和绝缘体之间。半导体的组成原子也是由带正电的原子核和带负电的电子构成。半导体的硅原子外层有4个电子，正常情况下他们会按固定轨道围绕硅原子核转动。当受到外界扰动时，这些外层电子会获得能量，从而溢出所在轨道而成为自由电子，而在原来的轨道上就会出现上一个空位，这个空位被称为“空穴”。
在纯净的硅晶体中，是没有自由电子的，也就是说自由电子和空穴的数目是相等的。但在硅晶体中掺入硼、镓等元素后，由于这些元素具有俘获电子的能力，在参杂硅晶体中会形成“空穴”，此时晶体就有一定的导电能力了，这时的晶体被称为空穴型半导体，用符号P代表。假如掺入的是能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。
当把这两种半导体结合时，在交界面上会形成一个P-N结。P-N结像栅栏一样，阻碍着电子和空穴的移动。当这种晶体受到阳光照射时，电子获得光能，向N
区移动，使N区带负电，同时空穴向P区移动，使P区带正电。这样一来，在P －N结的两侧会产生电动势，我们把这种现象称为“光生伏打效应”。
当把P层和N层用金属引线引出连接到负载上时，就会在外部负载上获得电这样就构成以满足不同的需要，结串联或并联，P-N再把多个这样的流和电压。．
了太阳电池板。太阳能电池板图如下所示：
图太阳能电池板
风力发电机工作原理
4铅酸蓄电池充放电特性
4.1铅酸蓄电池简介
铅酸蓄电池最早由法国人普兰特（G.Plante）于1859年发明，自发明以来铅酸蓄电池的发展已经经历了150多年。在这150多年的发展历史中，其产品种类，电气特性，应用类型等方面取得了长足的进步。铅酸蓄电池如今早已广泛的应用在交通，工业，通信，军事，航海，医疗，航空等多个领域，可以说当今的铅酸蓄电池在世界现代化发展中起到了不小的作用。
铅酸蓄电池的种类：
（1）普通铅酸蓄电池；普通铅酸蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，其放电的化学反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅和铅)和负极板活性物质 (海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，其中极板的栅架是用铅锑合金制造的。其优点是电压稳定、价格也比较便宜。但是也有缺点，它的比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁容易造成环境污染。
（2）干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过20—30分钟就可使用。但是如果超过最长存储时间，蓄电池的电极会被氧化不能立即投入使用，需要先补充充电5到10小时之久。
下图为干荷蓄电池图：
图干荷蓄电池
（3）免维护铅酸蓄电池：顾名思义，这种蓄电池较之前两种不需要维护，或需要少量维护。这是出于免维护蓄电池自身结构上的优势，它的电解液消耗量非常小，所以在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。这种结构可以让它密封使用，不必担心有气体溢出，由于是密封的还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。它的使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。
市场上的免维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。
从电压分类上讲免维护铅酸蓄电池有2.4伏，4伏，6伏，8伏，12伏，24伏等系列，从容量讲从200毫安时到3000安时不等。因此免维护铅酸蓄电池具有广泛的应用环境。
此外VRLA电池也属于免维护电池，是基于AGM（吸液玻璃纤维板）技术和钙栅板的可充电电池，具有优越的大电流放电特性和超长的使用寿命。它在使用中不需加水。VRLA电池用途广泛，可用在电动工具，应急灯，UPS，电动轮椅，计算机和通讯设备等方面。
下图为免维护铅酸蓄电池图：
图免维护铅酸蓄电池
综合对比以上几种铅酸蓄电池，考虑到太阳能发点一般放在户外，野外，或．者一些不易架设电缆线的设备上，如果蓄电池需要工作人员维护，显然很不方便，而且还要求蓄电池能够存储足够多的能量，一是为设备供电之用，另一个是能够
风光互补发电系统 技术方案
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是当前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不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，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，能够保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统能够共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，因此风光互补发电系统的整体造价能够降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，能够减少储能的蓄电池组
2016年全国职业院校技能大赛高职组 “风光互补发电系统安装与调试”赛项规程 一、赛项名称 赛项编号：GZ-047 赛项名称：风光互补发电系统安装与调试 英语翻译：Installation and Commissioning of Hybrid Wind/PV Power Generating System 赛项组别：高职组 赛项归属产业：制造 二、竞赛目的 通过竞赛，检验和展示高职院校能源产业、加工制造、信息技术等相关专业教学改革成果以及学生的通用技术与职业能力，引领和促进高职院校与本赛项相关专业的教学改革，激发和调动行业企业关注和参与教学改革的主动性和积极性，推动提升高职院校的人才培养水平。 三、竞赛内容 本竞赛由技能、综合素质二部分内容组成，其中技能部分占权重95%，职业素养部分占权重5%。竞赛时间为4小时。具体见表1。 表1 竞赛内容、时间与权重表
（一）技能竞赛内容 技能竞赛4小时,在KNT-WP01风光互补发电实训系统平台上进行。 竞赛内容涉及光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统的安装、接线、测试、编程、调试、故障排除、分析等实训考核以及职业素养考核。根据任务书,完成以下操作内容: （1）光伏电池组件、投射灯、光线传感器的安装。光伏电池伏安特性的测试。 （2）光伏供电系统的控制单元、接口单元、可编程序控制器、传感器、智能仪表、继电器等器件的安装、接线和测试。 （3）光伏电池组件对光跟踪的程序编制和测试。 （4）蓄电池组充放电工作参数的测试、保护电路测试。 （5）光伏供电系统相关电路的绘制与分析。 （6）风力供电系统的控制单元、接口单元、可编程序控制器、传感器、智能仪表、继电器等器件的安装、接线和测试。 （7）风力发电机的输出特性测试。 （8）逆变器工作参数测试。 （9）逆变系统相关电路的绘制与分析。 （10）逆变负载的组建。 （11）监控系统组态界面的设计与操作。 （12）通信系统的相关参数设置与测试。 （13）系统的故障排除。
离网风光互补发电系统的维护 （2013— 2014学年第一学期） 班级： 姓名： 学号： 专业：电气工程及其自动化 时间： 2013年12月 指导教师：
新疆大学电气工程学院 离网风光互补发电系统的维护 一、引言 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭，石油，天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生，无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 二、证论 2.1 离网风光互补发电系统简介 风光互补发电系统是一种将光能和风能转化为电能的装置，由于太阳能与风能的互补性强，该系统能弥补风电和光电独立系统在资源上的间断不平衡性、不稳定性。可以根据用户的用电负荷情况和资源条件对系统容量进行合理配置，既保证供电的可靠性，又降低发电系统的造价。同时，风光互补发电系统是一套独立的分散式供电系统，可不依赖电网独立供电，不消耗市电，不受地域限制，环保又节能，还可作为一道典雅的风景为城市景观增姿添彩。风光互补发电系统运行方式分为离网运行和并网运行两种。系统图如下：
图1 离网风光互补发电系统 2.2 离网风光互补发电的风光互补系统的结构简介 本离网型风光互补发电系统采用2组2KW的风力发电机，2KW的太阳能电池组件，通过风机控制器，太阳能控制器向蓄电池组供电，再经过逆变器向设备供电。系统框图如下所示。 图2离网风光互补发电的风光互补系统的结构 2.3 离网分光互补发电系统的工作原理及组件介绍 2.3.1 光互补发电系统的工作原理 风光互补离网发电系统是利用风能发电机和太阳能电池组件将风能和太阳能转换为电能，通过控制器作用将其存储在蓄电池中，然后再由控制器控制蓄电
风光互补发电系统 方案
光伏发电系统在别墅中的应用方案 1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统，安装在别墅屋顶上，用于演示光伏发电系统在别墅中应用的情况，为日后大面积推广提供参考。 1.2光伏发电系统的要求 本项目设计一个5kWp的小型系统，平均每天发电25kWh,可供一个1kW的负载工作25小时。能够满足别墅正常见电的需要（一般家庭每天用电量在10kWh左右）。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 长春北纬43 °05’～45 °15’；东经124 °18’～127 °02’。长春市年平均气温 4.8°C，最高温度39.5°C，最低温度-39.8°C,日照时间2,688小时。夏季，东南风盛行，也有渤海补充的湿气过境。年平均降水量522至615毫米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最热月（7月）平均气温23℃。秋季，可形成持续数日的晴朗而温暖的天气，温差较大，风速也较春季小。 2.2太阳能光伏发电系统原理 太阳能光伏发电是一种新型的发电方式, 基本原理是光生伏特
效应原理, 也就是当太阳光照射在某些特殊材料上, 会引起材料中电子的移动, 形成电势差, 从而由太阳光能直接转换为电能。这其中的特殊材料也就是光伏发电的的最基本元件被称为太阳电池半导体, 即太阳能电池(片), 它包括有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、控制器等几大部分组成, 由这些电子元器件构成的系统, 安装维护简便, 运行稳定可靠。白天太阳能电池组件将太阳辐射出的光线转变为电能, 储存在蓄电池里, 在夜间或需要时, 从蓄电池里将电能释放出来, 用于照明和其它用途。太阳能电池组件是发电设备, 蓄电池是储能设备, 控制器、逆变器是充放电控制保护和直交流变换设备。 2.3太阳能光伏发电主要部件 (1) 太阳能电池板： 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 (2) 太阳能控制器： 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其它附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
风光互补发电实训系统 技 术 方 案 南京康尼科技实业有限公司 2013年2月26日
第一部分：技术参数 KNT-WP01型风光互补发电实训系统 一、概述 2013年全国职业院校技能大赛高职组“风光互补发电系统安装与调试”赛项使用的大赛设备是由南京康尼科技实业有限公司研发生产的产品“KNT-WP01型风光互补发电实训系统”。 二、设备组成 KNT-WP01型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，如图1所示。KNT-WP01型风光互补发电实训系统采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。 (1)、设备尺寸：光伏供电装置1610×1010×1550mm 风力供电装置1578×1950×1540mm 实训柜3200×650×2000mm (2)、比赛场地面积：20平方米 图1 KNT-WP01型风光互补发电实训系统 三、各单元介绍 1、光伏供电装置 (1)、光伏供电装置的组成 光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方
向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成，如图2所示。 图2 光伏供电装置 4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转时，通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。 (2)、光伏电池组件 光伏电池组件的主要参数为： 额定功率 20W 额定电压 17.2V 额定电流 1.17A 开路电压 21.4V 短路电流 1.27A 尺寸 430mm×430mm×28mm 2、光伏供电系统 (1)、光伏供电系统的组成 光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单
风光互补发电系统 概述 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 风光互补发电系统的发展过程及现状 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作开发了hybrid2应用软件。 hybrid2本身是一个很出色的软件，它对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行，根据输入的互补发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得一年8760小时的模拟运行结果。但是hybrid2只是一个功能强大的仿真软件，本身不具备优化设计的功能，并且价格昂贵，需要的专业性较强。 在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐
风光互补发电系统现状及发展状况 高洁琼 (ft西大学 ft西·太原030013) 摘要:本文介绍了风光互补发电系统的结构、工作原理和优缺点,以及风光互补发电系统的发展过程及现状,同时说明其应用前景。太阳能和风能之间互补性很强， 由这两者结合而来的风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。 关键词: 风能太阳能风光互补系统 1.风光互补发电系统的结构、工作原理、基本要求以及优缺点 1.1风光互补发电系统的结构 风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄 电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池 等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。1.2风光互补发电系统的工作原理及运行模式 风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械 能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；光伏发 电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电， 通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的 220v 交流电，保证交流电负载设备的正常 使用。同时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；控制 部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行 切换和调节：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。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的 电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；蓄电池部分由多块蓄 电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系 统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下 运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发 电机组和光伏发电系统联合向负载供电。 1.3风光互补发电系统的优缺点
2015年全国高职技能大赛 “康尼杯” 风光互补发电系统安装与调试赛项 答题纸（08卷） 工位号: 比赛时间: 2015年06月
2．光伏电池组件开路电压和短路电流的测量 表1 光伏电池组件开路电压和短路电流的测量数据 光伏电池组件 灯1和灯2亮灯1亮 灯1亮且摆杆向东偏移 处于限位位置 开路电压 （V） 短路电流 （A） 开路电压 （V） 短路电流 （A） 开路电压 （V） 短路电流 （A） 1块 2块并联 2串2并 4．简述问题 （1）厂商在销售光伏电池板时，一般给用户提供光伏电池板的哪几个主要电参数？ （2）在正常的工作条件下，随工作温度变化的光伏电池U-I特性曲线和P-U特性曲线如图3所示，简述光伏电池的开路电压和短路电流与工作温度的关系。图3中的标幺值是物理量及参数的相对值即实际值与基准值之比；W/m2是光照度单位。 图3 相同光照度而不同工作温度的光伏电池组件特性（a）U-I特性；（b）P-U特性
2．绘制S7-200 CPU226输入输出接口图 图3 S7-200 CPU226输入输出接口图
7．光伏电池组件的输出特性测试 表5 摆杆垂直且灯1和灯2亮时的光伏电池组件输出电压和输出电流测量值 组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 表6 摆杆垂直且灯1亮时的光伏电池组件输出电压和输出电流的测量值 组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 表7 灯1亮且摆杆向东偏移处于限位位置时的光伏电池组件输出电压和输出电流的测量值组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12
风光互补供电系统项目可行性研究报告 目录 第一章项目绪论 (7) 一、项目名称及建设性质 (7) 二、项目承办单位 (7) 三、项目建设选址及用地综述 (7) 四、项目土建工程建设指标 (8) 五、设备选型方案 (9) 六、主要能源供应及节能分析 (9) 七、环境保护及清洁生产和安全生产 (10) 八、项目总投资及资金构成 (11) 九、资金筹措方案 (11) 十、项目预期经济效益规划目标 (11) 十一、项目建设进度规划 (12) 十二、综合评价及 (13) 第二章报告编制总体说明 (16) 一、报告编制目的及编制依据 (16) 二、报告编制范围及编制过程 (18) 第三章项目建设背景及必要性 (21) 一、风光互补供电系统产业发展规划背景 (21) 二、项目建设背景 (22)
三、项目建设的必要性 (25) 第四章建设规模和产品规划方案合理性分析 (28) 一、建设规模及主要建设内容 (28) 二、产品规划方案及生产纲领 (29) 第五章项目选址科学性分析 (30) 一、项目建设选址原则 (30) 二、项目建设区概况 (30) 三、项目用地总体要求 (31) 第六章工程设计总体方案 (32) 一、工程地质条件 (32) 二、工程规划设计 (32) 三、建筑设计方案 (34) 四、辅助设计方案 (35) 五、防水和防爆及防腐设计 (36) 六、建筑物防雷保护 (37) 七、主要材料选用标准要求 (37) 八、采用的标准图集 (38) 九、土建工程建设指标 (38) 第七章原辅材料供应及成品管理 (40) 一、原辅材料供应及质量管理 (40) 二、原辅材料采购及管理 (41) 第八章工艺技术设计及设备选型方案 (42) 一、原料及成品路线原则及工艺技术要求 (42) 二、项目工艺技术设计方案 (43) 三、设备选型方案 (44)
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 2017年04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是目前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不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，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，可以保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，所以风光互补发电系统的整体造价可以降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，可以减少储能的蓄电池组容量，使发电系统造价降低。经济上更趋于合理，随着我国4G通信网的开通，可实现大范围的无线传输图像资料，风光互补监控系统将在森林防火、防盗猎监控、城市乡村的防犯罪监控、古墓群的防盗墓监控、边防地区的防偷渡监控、生态保护区的防盗猎监控、旅游地区的安全监控和矿产资源的防乱开采监控等领域得到广泛的应用，这种监控系统体系不仅能大大降低管理成本，而且能实现有效及时和安全的防护体系。对降低森林火灾，减少资源破坏，提高破案率都有非常极的意义。技术的进步可以促进社会管理手段的进步，同时，新技术的广泛应用才能进一步促进新技术产业的发展。
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 2017年04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是目前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不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，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，可以保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，
可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，所以风光互补发电系统的整体造价可以降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，可以减少储能的蓄电池组容量，使发电系统造价降低。经济上更趋于合理，随着我国4G通信网的开通，可实现大范围的无线传输图像资料，风光互补监控系统将在森林防火、防盗猎监控、城市乡村的防犯罪监控、古墓群的防盗墓监控、边防地区的防偷渡监控、生态保护区的防盗猎监控、旅游地区的安全监控和矿产资源的防乱开采监控等领域得到广泛的应用，这种监控系统体系不仅能大大降低管理成本，而且能实现有效及时和安全的防护体系。对降低森林火灾，减少资源破坏，提高破案率都有非常极的意义。技术的进步可以促进社会管理手段的进步，同时，新技术的广泛应用才能进一步促进新技术产业的发展。 技术方案 1、设计依据： 系统应用地点资源条件要求： （1）平均风速3.5m/s以上地点； （2）太阳能资源属Ⅲ类以上可利用地区。
风光互补发电系统 第一章绪论 1.1 能源与环境问题 能源是是国民经济发展与社会文明进步的基石，能源可持续发展是人类社会可持续发展的重要保障之一。从原始社会开始，化石能源逐步成为人类所用能源的主要来源，这种状况一直延续至科技发达的现代社会。随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。此外，大量使用化石燃料己经为人类生存环境带来了严重的后果，全世界每天产生约1亿吨温室效应气体，己经造成极为严重的大气污染、温室效应、酸雨等环境影响。开发利用可再生新能源以实现能源可持续发展是人类应对能源问题的有力方法之一。 1.2 新能源发展现状 当前，世界各国普遍重视能源技术创新，技术研发与制度创新越来越受到推崇。美提出培育世界领先水平的科技人员，建设世界一流的能源科技基础设施，整合基础研究和应用研究，加快研究电力储备、智能电网、超导输电、二氧化碳捕获、先进电池、纤维素乙醇、氢燃料以及清洁煤、核能、太阳能和风能等先进发电技术。日本也提出了引导未来能源技术的战略，从2050年、2100年超长期视点出发，展望未来能源技术，制定2030年科技战略。我国也看到新能源发展的紧迫性，加快建立法律法规，积极扶持新能源发展，新能源在我国的发展速度很快。 在新能源体系中，可再生能源是自然界中可以不断再生、永续利用的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。 1.3 互补发电的概念 很多可再生新能源因其资源丰富、分布广泛，而且在清洁环保方面具有常规能源所无 法比拟的优势，因而获得了快速的发展。尤其是小规模的新能源发电技术，可以很方便地就地向附近用户供电，非常近合在无电、少电地区推广普及。不过由于风能、太阳能等可再生新能源本身所具有的变化特性，所以独立运行的单一新能源发电方式很难维持整个供电系统的频率和电压稳定。 考虑到新能源发电技术的多样性，以及它们的变化规律并不相同，在大电网难以到达的边远地区或隐蔽山区，一般可以采用多种电源联合运行，让各种发电方式在个系统内互为补充，通过它们的协调配合来提供稳定可靠的、电能质量合格的电力，在明显提高可生能源可靠性的同时，还能提高能源的综合利用率。这种多种电源联合运行的方式，就称为互补发电。
风光互补供电系统： ：风光互补发电是一种将光能和风能转化为电能的装置。该系统无空气污染、无噪音、不产生废弃物。因此风光互补发电系统是一种自然、清洁的能源。目前在世界范围内风力发电和太阳能发电发展非常迅猛，其中丹麦和德国的风力发电已经成为主要的电能来源。人类为使居住环境不再受污染，风能和太阳能将是今后世界能源的必然选择。让太阳照亮夜晚，让清风吹亮公园，美丽的环境增添优雅的风车景观,加上象征太空技术的蔚蓝色的太阳能电池板，相信一定会使世界更加怡人！ 优势： 由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。 ：：风光互补供电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，即可保证系统供电的可靠性，又可降低发电系统的造价。无论是怎样的环境和怎样的用电要求，都可作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求。应该说，风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。这种合理性表现在资源配置最合理,技术方案最合理,性能价格最合理。正是这种合理性保证了风光互补发电系统的高可靠性。 性能： ：风光互补发电系统由太阳能发电板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要，供电系统为了满足广大用户的用电要求、为用户提供可靠的电力，会认真分析用户的用电负荷特征以及用户所处区域的太阳能和风能资源状况针对不同用户配置适合用户的一整套系统。 保护和控制，包括过充、过放、过载、过温、短路、反接；对风力发电机实行强风自动限速；对市电进行旁路自动切换；对输出实行多路控制；对负载增加节电控制等等，使保护和控制动作十分安全可靠与稳定。 风光互补发电原理图如下：
KH-T11风光互补发电实训系统 一、概述： KH-T11风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，风光互补发电实训系统采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。 二、设备参数 KH-T11风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成，如图1所示。MY-PV25 风光互补发电实训系统采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。 1、设备尺寸：光伏供电装置1610×1010×1550mm 风力供电装置1578×1950×1540mm 实训柜 3200×650×2000mm 2、场地面积：20平方米 三、设备组成： 1、光伏供电装置 (1)、光伏供电装置的组成 光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成， 光伏供电装置 设备由4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上，摆杆底端与减速箱输出端连接，减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转时，通过减速箱驱动摆杆作圆周
摆动。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关，用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。直流电动机旋转时，水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动，接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。 (2)、光伏电池组件 光伏电池组件的主要参数为： 额定功率 20W 额定电压 17.2V 额定电流 1.17A 开路电压 21.4V 短路电流 1.27A 尺寸 430mm×430mm×28mm 2、光伏供电系统 (1)、光伏供电系统的组成 光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、网孔架等组成。如图3所示。(2)、控制方式 光伏供电控制单元的追日功能有手动控制盒自动控制两个状态，可以进行手动或自动运行光伏电池组件双轴跟踪、灯状态、灯运动操作。 (3)、DSP控制单元和接口单元 蓄电池的充电过程及充电保护由DSP控制单元、接口单元及程序完成，蓄电池的放电保护由DSP控制单元、接口单元及继电器完成，当蓄电池放电电压低于规定值，DSP控制单元输出信号驱动继电器工作，继电器常闭触点断开，切断蓄电池的放电回路。 (4)、蓄电池组 蓄电池组选用4节阀控密封式铅酸蓄电池，主要参数： 容量 12V 18Ah/20HR 重量 1.9kg 尺寸 345mm×195mm×20mm 3、风力供电装置 (1)、风力供电装置的组成 风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航控制机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成。
5.3.1风光互补发电系统设计 风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响．然而太阳能与风能在时间上和地域上一般都有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强．在夏季，太阳光强度大而风小；冬季，太阳光强度小而风大。太阳能发电稳定可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，随机性大，供电可靠性差。若将两者结合起来，可实现昼夜发电．在合适的气象资源条件下，风光互补发电系统能提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，在很多地区得到了广泛的应用．如图5.1为某地10 月份某日典型的太阳能和风资源分布，因此采用风光互补发电系统，可以弥补风能和太阳能间歇性的缺陷。 图5.1 某地10 月份典型日太阳能和风能资源分布图风光互补发电的优势： （1）利用风能和太阳能的互补性，弥补了独立风电和独立光伏发电系统的不足，可以获得比较稳定的和可靠性高的电源。 （2）充分利用土地资源。 （3）保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。 （4）对系统进行合理的设计和匹配，可以基本上基本上由风光互补发电系统供电，获得较好的经济效益。 5）大大提高经济效益。
风光互补发电系统主要组成部分（1）发电部分：由一台或者几台风力发电机和太阳能电池阵列构成风—电、光—电发电部分，发电部分输出的电能通过充电控制器与直流中心完成蓄电池组自动充电工作。 （2）蓄电部分：蓄电部分主要作用是将风电或光电储存起来，稳定的向电器供电。蓄电池组在风光互补发电系统中起到能量调节和平衡负载两大作用。 （3）控制及直流中心部分：控制及直流中心部分由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成，完成系统各部分的连接、组合及对蓄电池组充放电的自动控制。控制及直流中心具体构成参数由最大用电负荷与日平均用电量决定。 （4）供电部分：供电部分不可缺少的部分是逆变器，逆变器把蓄电池储存的直流电转换为交流电，保证交流负载的正常使用。同时，还有稳压功能，以改善风光互补系统的供电质量。 图5.2 风光互补发电系统 设计一个完善的风光互补发电系统需要考虑多种因素．如各个地区的气候条件，当地的太阳辐照量情况，太阳能方阵及风力发电机功率的选用，作为储能装置蓄电池的特性等．因此，必须选择建立一些先进的数学模型进行多种计算，确定合理的太阳能电池方阵和风力发电机容量，使系统设计最优化． 数学模型计算 1.蓄电池容量计算 蓄电池的容量C 通常按照保证连续供电的天数来计算：
太阳能风光互补发电系统 1.问题的提出 如何解决能源危机问题，已经成为全球关注的热点。节能和环保已成为当今世界的两大主题。在当前可利用的几种可再生能源中，太阳能和风能是应用比较广泛的两种。风光互补发电控制系统是为了弥补传统电力的不足而设计的独立发电设备。它是由太阳能电池组件与风力发电机配合而成的一个系统，通过微型计算机的远程控制，并实现了免维护的功能。 2.风光互补发电系统的现状 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。 在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。 目前国内进行风光互补发电系统研究的大学，主要有中科院电工研究所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。各科研单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内蒙古大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算即辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。 3.一个设计好的太阳能风光互补发电的设计框图结构 该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。
第３７卷第３期２ ０ １ ４年５月 河北农业大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＨＥＢＥＩ Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２ ０ １ ４ 文章编号：１０００－１５７３（２０１４）０３－０１１５－０３ ＤＯＩ：１０．１３３２０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊａｕｈ．２０１４．００７５景观灯小型风光互补发电系统的改进 祁丙宝， 孙维连， 王会强， 孙 铂 （河北农业大学机电工程学院，河北保定０７１０００） 摘要：目前国内风光互补系统快速发展并应用在了各个行业，本研究针对风光互补发电系统在运行当中容易出 现的一些问题进行研究，以达到优化系统的目的。对一些关键电气元件进行有效控制，基于光源随动系统和最 大功率补偿的技术，提高了有效光照时间和系统的稳定性，并且创新性的把此系统应用在了日常生活当中的景 观灯上，为景观灯提供了单独的电源供应系统，简化了工序，降低了成本，是节能环保的一个具体实践应用。 关 键 词：光源随动控制；功率给定；风光互补；节能环保 中图分类号：ＴＫ５１１文献标志码：Ａ Ｗｉｎｄ／ＰＶ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｏｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｌｉｇｈｔｓ ＱＩ Ｂｉｎｇ－ｂａｏ，ＳＵＮ Ｗｅｉ－ｌｉａｎ，ＷＡＮＧ Ｈｕｉ－ｑｉａｎｇ，ＳＵＮ Ｂｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｗｉｎｄ／ＰＶ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｖｅｒ ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｏｌｏｎｇｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｌｌｕｍｉｎａ－ ｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ｍａｋｅ ｉｔ ｏｐｅｒａｔｅ ｓａｆｅｌｙ ａｎｄ ｓｔａｂｌｙ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｌｙ ａｐ－ ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｄａｉｌｙ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｌｉｇｈｔｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｍ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅ－ ｄｕｒｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ ｉｓ ａ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｓａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ；ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｇｉｖｅｎ；ｗｉｎｄ／ＰＶ ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒ－ ｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ 风能和太阳能作为一种能源多样化，社会可持续发展的能源代表，已经被社会认可，而且两者具有天然的匹配互补性［１－２］。针对风能与太阳能的特点，指出风力与太阳能互补发电比单一发电方式更优越，并介绍风力与太阳能光伏互补发电的研究现状及进一步发展所要做的努力［３］。 传统的风光互补照明系统虽然直接应用了风光互补技术，但是因为受气候，地势的影响，系统的稳定性和系统的工作效率都不够理想，仍然需要连接电网。如果建立单独的电源供应系统不仅加大了施工难度，更重要的是增加了投入成本。因此，要解决长期稳定的可靠供电、不建输电线路、也不做挖路埋线工程，就必须学会地取材，利用自然资源［４］。本研究在分析小型风光混合发电系统的运行结构以及混合发电系统各种控制策略的基础上，选定风力发电机、太阳能电池组件进行优化改进，并把其应用于生活当中的景观灯，以期解决传统风光互补照明系统中存在的问题。 收稿日期：２０１３－１０－２８ 作者简介：祁丙宝（１９８７－），男，河北省张家口人，在读硕士生，主要从事机电一体化研究． 通讯作者：孙维连（１９５６－），男，教授，主要从事机械设计和材料方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｄ９９９＠ｅｙｏｕ．ｃｏｍ
风光互补发电系统 摘要：风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统。本文通过对风光互补发电系统的动力来源-风能和太阳能资源的初步调研，分析了风光互补发电系统的优势，并总结了国内外风光互补发电系统的研究现状，对其基本的工作原理进行了阐述。最后对举例说明了风光互补发电系统的应用前景。 关键词：风光互补，现状，工作原理，应用前景 1.引言 能源是人类社会发展和进步的物质基础，人类社会的发展和进步离不开优质能源的开发利用和先进的能源技术的不断革新。煤和石油等矿物能源的开发和利用推动了近代工业革命的发展，极大地改变了人类的生活方式。由于煤、石油、天热气等常规能源的储量是有限的，据估计，地球上煤炭最多可用300年，石油最多可维持40多年，天然气还可以维持50多年，不断爆发的能源危机严重阻碍了人类社会的发展进步。为了缓解不断加重的能源危机，世界各国相继加大了对可再生能源的研究。可再生能源是指除常规能源外的包括风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等能源资源。 为了降低能耗和解决日益突出的环境问题，全球都投入到了可再生发展能源的热潮之中，全球可再生能源发展取得了明显成效。主要表现在：成本持续下降，市场份额不断扩大，其定位也开始由补充能源向替代常规能源的方向转化。近10年来，全球风力发电市场保持了28％的年均增长速度，太阳能光伏发电的年均增长速度超过30％[1]。 进入新世纪以来，中国的可再生能源利用步入了快速发展的轨道，特别是自2006年可再生能源法实施以来，中国可再生能源已经进入快速发展时期。2009年中国可再生能源在一次性能源消费结构中所占的比例已从2008年的8％提升至9％。根据中国国家能源局制定的《新能源产业振兴发展规划》，预计到2011年，新能源在能源结构中的占到的比重达到2％(含水电为l％)，新能源发电容量占总电力装机容量的比重将会达到5％(含水电为25％)。其中风电装机容量将会达到3500万千瓦(陆地风电3000万千瓦，海上风电500万千瓦)，太阳能发电装机容量达到200万千瓦[2]。除此之外，根据(2008年中国风电发展报告》的预测，估计到2020年末，全国风电开发建设总规模有望达到1亿kW。到2020年全国
风光互补发电系统 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 中文名称 风光互补发电系统 外文名称 Scenery complementary power generation system 拼音 fengguanhubufadianxitong 目录 1 简介 2 发展过程 3 结构 4 应用前景 5 解决方案
5.1 应用场景 5.2 对策 5.3 方案特点 6 总结 7 发电分析 8 互补控制 简介 风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机(将交流电转化为直流电)将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。 发展过程 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable