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摘要 (1)
ABSTRACT (2)
1前言 (3)
1.1可再生能源开发应用 (3)
1.2风能资源现状 (3)
1.3太阳能资源现状 (3)
1.4风光互补供电系统的优势 (4)
1.5存在问题 (4)
1.6主要内容 (4)
2风光互补发电原理 (5)
2.1风光互补发电系统结构 (5)
2.1.1发电部分 (5)
2.1.2控制部分 (7)
2.1.3储能部分 (7)
2.1.4逆变部分 (8)
2.1.5风光互补发电系统智能充电控制的设计 (8)
2.1.6用电负载 (9)
3工程概况 (12)
3.1风能资源 (12)
3.2太阳能资源 (12)
3.3气象数据 (13)
4风光互补路灯的设计 (14)
4.1路灯灯源的选择 (14)
4.1.1 高压钠灯与 LED 对比分析 (14)
4.1.2光源性能对比分析 (14)
4.1.3光源电气特性比较 (14)
4.1.4 光源对比分析结论 (15)
4.2道路照明方式 (15)
4.3路灯分布方式 (16)
4.4道路的有效宽度计算 (17)
4.5路灯的安装高度与间距 (17)
4.6道路照明照度设计计算 (17)
4.6.1利用系数法 (17)
4.6.2道路的光通量计算 (18)
4.6.3 道路照明光源设计 (18)
4.7设计要求 (18)
4.8 蓄电池的容量的确定 (19)
4.9太阳能电池板发电能力测算及计算 (19)
4.10风力发电机组发电能力的测算 (20)
4.11风光互补路灯系统控制器 (21)
4.12防雷击配置 (22)
4.13小结 (22)
5楼顶风光互补发电系统设计 (23)
5.1设计要求 (23)
5.2蓄电池容量的确定 (23)
5.3发电机型号选择 (23)
5.4太阳能电池组件的选择 (24)
5.5太阳能电池阵列的安装 (24)
6结论 (26)
参考文献 (27)
致谢........................................................................................................................... 错误！未定义书签。
沈阳农业大学学士学位论文
摘要
本文结合太阳能、风能可再生绿色环保等特点，阐述了太阳能光伏发电、风力发电系统在运行过程中能量的产生、转换和控制等各个环节的工作原理以及单独利用所存在的问题。进一步介绍了风光互补发电系统在运行过程中的工作原理，并且对太阳能光伏发电、风力发电系统和风光互补发电系统的输出功率控制进行了对比。相比得出风光互补发电系统的优点。
通过查阅文献资料、收集数据并结合的基本情况和路灯照明系统的规范，对传统的路灯灯源进行了对比，在考虑安全和实用性方面选择20W LED节能灯泡作为此次设计的灯源。根据路灯的高度计算公式和的路面宽度设计路灯高度为6m，灯泡离地面高度为5m，悬挑长度为0.75m。对路面附近的一些固定物高度和风力资源及太阳能资源进行处理并进行计算，得出基地楼的风力资源和太阳能资源可以满足路灯的照明要求。并采用300W叶片直径为1.5m的风力发电机，LNGF-85W的太阳能电池板作为路灯的用电来源；对基地实验楼高度、混泥土强度和楼顶风力及太阳能情况进行资料收集，根据基地楼的一些用电情况设计采用1个塔架高4m功率为300W，叶片直径为2.5m的垂直轴风力发电机，光伏阵列电池板选7块型号为LNGF-210W的电池板。
关键词：风光互补发电；路灯；屋顶风光互补；
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风光互补系统设计
Abstract
This combination of solar, wind and other renewable green features , elaborated solar photovoltaic, wind power generation system in the process of energy generation, conversion and control other aspects of the works and use of the problems alone . Further information on wind and solar power generation system during operation works, and for solar photovoltaic, wind power systems and solar hybrid power system output power control were compared. Compared to wind and solar power systems derived advantage .
Through access to literature , data collection and combine the basic situation of the energy base and street lighting system specification , the traditional street light sources were compared , in considering the safety and practicality choose 20W LED energy-saving light bulbs as the design of the light source . Calculated according to the height of lights and energy base design street pavement width height is 6m, bulbs from the ground height 5m, cantilevered length of 0.75m. On the road in the vicinity of the energy base fixture height and wind resources and solar energy resources to be processed and it calculated the base floor of the wind resources and solar energy resources to meet the requirements of street lighting .And using a rotor diameter of 1.5m 300W wind turbine , LNGF-85W solar panel electricity as a source of lights ; laboratory building on the base height of the roof of concrete strength and wind and solar conditions for data collection , according to the base floor Some electricity consumption design uses a tower 4m high power 300W, blade diameter of 2.0m vertical axis wind turbine , photovoltaic array panels selected 23 model LNGF-210W of solar panels .
Keywords:Wind and solar power generation; lights ; rooftops complementary ;
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沈阳农业大学学士学位论文
1 前言
1.1 可再生能源开发应用
一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类型。再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。它们在自然界可以循环再生。
经过多年的发展，我国可再生能源的开发利用已取得了很大进展。从风电资源开发来看，2003年底，全国并网风力发电装机容量为5.69×105kW，风电装机容量位居世界第10位，已经基本掌握单机容量7.5×102kW以下大型风力发电设备的制造能力，正在开发兆瓦级的大型风力发电设备。从小水电发展来看，到2003年底，我国小水电装机容量为3.08×107kW，近年来年均增长量在1.5×106kW以上。我国小水电设计、施工、管理及设备制造在国际上处于领先地位。从太阳能技术发展来看，到2003年底，全国太阳能热水器使用量达到5.0×107m2，占全球使用量的40%以上。太阳能热水器生产量达1.0×107m2，全真空玻璃管热水器在世界市场上占据主导地位。从沼气利用来看，我国的沼气技术开发始于上世纪50年代，70和80年代得到大规模发展，主要用于满足农村居民生活用能。目前全国有户用沼气池1000 多万口，年产沼气约3.0×1010m3。已建成大中型沼气工程1900多处，年产沼气约1.2×1010m3。尽管我国可再生能源产业发展取得了很大进展，但与发达国家相比还有很大的差距，还远远不能适应我国能源发展战略的要求。可再生能源发展缓慢客观上是风力发电、太阳能发电的成本难以与化石能源去竞争，但从国外的经验来看，关键是促进可再生能源发展的政策力度不够所至。发展可再生能源利在社会，意在长远，可再生能源很难与常规能源在市场上竞争，因此必须通过辅以特殊的能源政策，反映国家的意志，促进可再生能源的发展[1]。
1.2 风能资源现状
我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。根据全国900多个气象站陆地上离地l0m高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100W每平方m，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53×109kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5×109kW，共计约1.0×1010kW。如果陆上风电年上网电量按等效满负荷2.0×103h计，每年可提供5.0×1012kWh电量，海上风电年上网电量按等效满负荷2.5×103h，每年可提供1.8×1013kWh电量，合计2.3×1013kWh电量[2]。
由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。据资料显示，2004年全国在建项目的装机容量约1.5×1015kW，其中正在施工的约4.2×1014kW，可研批复的6.8×1014kW，项目建议书批复的4.5×1014kW，包括五个1.0×1014kW特许权项目。
1.3 太阳能资源现状
我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，全国各地太阳年辐射总量达3.3×105kJ/cm2年，中值为5.86×102kJ/cm2年。年日照时数在2200小时以上的地区约
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风光互补系统设计
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占国土面积的2/3以上。
我国太阳能资源分布的主要特点有:太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬220-350。这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云雾雨多，在北纬300-40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长[3]。
1.4 风光互补供电系统的优势
图1-1是针对相同的天气数据、相同的风力发电和光伏发电模型，其中最下端曲线代表的是风光互补的结果，中间曲线表示风力发电的结果，最上端曲线表示的是太阳能发电的结果。由图1-1可清楚地看到在较高的可靠性（如LOLP=0.1）时，风光互补独立供电系统成本最小，其次是独立风力发电系统，而太阳能独立供电系统成本最高。从仿真的结果上看，采取风光互补独立供电系统是在这三种供电方式中最经济、最可靠的方式[4]。
图1-1 风光互补、光伏、风力供电结果比较
1.5 存在问题
其效率较低造价昂贵技术有待改进管理不够完善等因素。而且风电和光电系统都存在由于资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡问题，所以风电和光电系统都必须通过蓄电池储能才能稳定供电。但每天的发电受天气的影响很大导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态。使得蓄电池组使用寿命降低。
1.6 主要内容
通过介绍我国风能和太阳能资源情况，及风光互补研究进展，对风能、太阳能和风光互补进行了对比。确立了风光互补系统设计方案，为沈阳农业大学工程学院农业建筑环境与能源工程专业的专业科研楼（ ）的过道照明，立面亮化，路灯照明的用电进行风光互补发电的设计。在收集 风能和太阳能资源的基础上，确定 院内路灯、科研楼过道及整体立面亮化设计的方案。设计内容包括：（1）院内路灯的风光互补设备的设计；（2）科研楼过道照明及立面亮化发电设备的计算和选择；（3）相关设备的选取及布置。
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2 风光互补系统原理
光电系统的原理是将太阳能通过光电板转化成电能，在通过控制器充电至蓄电池，然后通过逆变器对荷载供电。其优点是系统的可靠性高、运行和维护成本低，缺点是造价成本高、部分地区的太阳辐射量较小，供能不足[5]。
风电系统的原理是将风能通过小型风机转化为电能，再利用控制器对蓄电池充电，然后通过逆变器对荷载供电。其优点是系统单位时间发电量大，系统造价、运行和维护成本低，但是大部分地区风能供应量随季节和天气变化较大，可靠性不足。
风光互补发电系统利用风能和太阳能的强互补性，解决了单独的风电系统和光电系统在能量来源不足方面的问题。并且风电系统和光电系统整体原理相似，在电能存储和逆变环节是通用的，因此风光互补发电系统的整体造价要比单独的风电和光电系统的造价要低，系统的建造和维护成本趋于合理[6]。
2.1 风光互补发电系统结构
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、交直流负载等部分组成，如图2-1所示。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，可以划分成４大环节，即发电部分、储能部分、控制部分及逆变部分。
图2-1 风光互补发电系统结构 2.1.1 发电部分
风光互补系统设计
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风力发电机组和光伏电池组是该系统的发电部分。风力发电部分是先利用风力机将风能转换成机械能，再通过风力发电机将机械能转换成电能；光伏发电部分是利用太阳能电池板的光生伏打效应，将光能转换成电能。在风光互补发电系统中，风能和太阳能可以独立发电也可以混合共同发电，具体要采用哪种发电形式，主要取决于当地的自然资源条件和发电的综合成本。通常情况下，在风能资源较丰富的地区宜采用风能发电，而在光照较好的地区宜采用光伏发电。就成本而言，风能发电的综合成本要远低于太阳能光伏发电的综合成本。所以，根据风能和太阳能在时间和地域上的互补性，合理地将二者进行最佳匹配，既可实现供电的可靠性，又能降低发电系统的综合成本[7]。
（1）风力发电原理
风力发电机组进行发电时，要求输出电频率保持恒定。这不论对风力并网发电还是风光互补运行都是必要的。要保证风电的频率恒定，就要采取相应的措施。一种方式就是保证发电机的恒定转速，即恒速恒频的运行方式，因为发电机由风力机经过传动装置进行驱动运转，所以这种方式无疑要恒定风力机的转速，这肯定会影响到风能的转换效率；另一种方式就是发电机转速随风速变化，通过其它的手段保证输出电能的频率恒定，即变速恒频运行[8]。前面提到的风力机风能利用系数(该系数跟叶尖速比(叶轮尖的线速与风速的比值)有关)，根据贝兹极限[9]，存在某一确定的叶尖速比使Cp 达到最大值。因此，在变速恒频的运行方式下，风力机和发电机的转速可在很大范围内变化而不影响输出电能的频率，这就给我们提供出条件来采取适当的措施使风力机的叶尖速比接近最佳值，从而更大限度地利用风能。风力机的能量转化风轮从风中吸收的功率可以用下面的公式表示，即[10] 3
21V A C P p ****=ρ (2-1)
A=πR 2 (2-2) 式中:P 为风轮输出的功率,W ；
C p 为风轮的功率系数为0.593；
A 为风轮扫掠面积,m 2；
ρ为空气密度kg/m 3；
v 为风速，m/s ；
R 为风轮的半径，m 。
如果接近风力机的空气全部动能都被转动的风轮叶片所吸收，那么风轮后的空气就不动了，然而空气不可能完全停止，所以风力机的效率总是小于1。
各种类型的风力机都只能从风能中获取一部分能量。风力机从自然风能中吸收的能量大小程度通过风能利用系数C P 进行衡量。风能利用系数定义为风轮吸收的能量和风能的总能量之比，即 1W W
C p = (2-3) 30121V A W ***=ρ (2-4) 式中：W 是风轮吸收到的能量；
W 1为远前方风的总能量 ；
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V 0是风力机远前方风速。
（1）光伏阵列发电原理
风光互补发电系统中，由光伏阵列负责将太阳光辐射转换成电能。光伏发电阵列是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳能直接转化为电能的。
常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P 型硅，表面扩散层是N 区，两个区的连接处称为PN 结。PN 结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层减反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。光生伏打效应就是在这样的结构下产生的。光是由光子组成的，而光子是含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定。光被晶体硅吸收后，在PN 结中产生一对的正、负电荷，由于在PN 结区域的正、负电荷被分离，于是一个外电场就产生了，将一个负载连接在太阳能电池的上、下两表面间时，将有电流流过负载，于是太阳能电池就产生了电流，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大[11]。
目前世界上有三种已经商品化的硅太阳能电池，即单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。单晶硅电池材料成本比较昂贵；多晶硅电池的效率一般要比单晶硅电池稍低，但是它的成本比单晶硅电池要低；非晶硅太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但是光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池，目前多用于弱光性电源，如手表、计算器等的电池[12]。
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，它的尺寸一般为4cm 2到100cm 2。太阳能电池单体的工作电压为0.45-0.50V ，工作电流为20-25mA/cm 2，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串联、并联并封装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，它可以满足负载所要求的输出功率[13]。
2.1.2 控制部分
控制部分主要是根据风力大小、光照强度及负载变化情况，不断地对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。风光互补控制器，是整个系统中最重要的核心部件，一般采用无极卸载方式对蓄电池进行管理与控制，一方面把调节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储存起来，当发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池储存的电能送给负载。在这一过程中，控制器要控制蓄电池不被过充或过放，从而保证蓄电池的使用寿命，同时也保证了整个系统工作的连续性和稳定性。
2.1.3 储能部分
蓄电池在整个发电系统的作用：一是储能，由于自然风和日照是不稳定的，在风、日照充足的条件下，可以存储供给负载后多余的电能，在风力、日照不佳的情况下，可以输出电能给负载；二是稳压，风力发电机的转速和输出电压的大小取决与风速的大小，由于自然风的变化极大，随机性强，使得电压浮动范围很大，通过蓄电池调节，供电电压可以保持稳定；三是风光互补，风力发电与光伏发电是两个独立发电系统，它们在某个时刻的发电强度有很大差别，利用蓄电池可以将二者产生的电能结合起来，实现二者的互补。
蓄电池容量配置是否合理，对小型风光互补发电的技术经济指标影响很大。铅酸蓄电池价格低廉、性能可靠、安全性高，且技术上又不断进步和完善。本文采用铅酸蓄电池作为风光互补发电系统的储能装置。在系统中蓄电池除了将电能转化成化学能储存起来，使用时再将化学能转化为电能释放出来外，还起到能量调节和平衡负载的作用[14]。 铅蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。蓄电池供给外电路电流时称为放
风光互补系统设计
电，放电时电流从正极流出，经用电器流向负极。在蓄电池内部的电流方向则与上述方向相反，电流是从负极流向正极的。在电流的作用下，电解液内部处于电离状态，硫酸和正负极板上的活性物质反应形成硫酸铅，硫酸量逐渐减少，硫酸中的氢和正负极板上的二氧化铅的氧气发生反应变成水。根椐电解液相对密度的大小可以判断蓄电池的放电程度和确定放电终了的主要标志。必需注意在正常使用情况下，蓄电池不宜放电过度，否则，将使和活性物质在一起的细小硫酸铅结成较大的结晶，增大了极板电阻，影响充电时的还原。
铅蓄电池的充电过程是电能转换成化学能的过程。若使铅蓄电池在放电终了后，使正负极板上的生成物质恢复为原来的活性物质，就必须具备一定的条件，这个条件是利用直流电源进行充电。
充电的过程与放电过程正好相反，铅蓄电池内部电流方向是从正极流向负极，充电的电流即从负极流出，经过充电设备流向正极。在充电电流的作用下，正负极板上硫酸铅分形成二氧化铅和铅，硫酸反回电解液中，当电池充电后，两极板活性物质被恢复为原来的状态，而且电解液中的硫酸成份增加，水份减少。铅蓄电池充电终期可由电解液相对密度的大小来判断。充电终期时，由于正负极上的硫酸铅已大部分转变成二氧化铅和海绵状铅。如果再继续充电，充电电流只能起分解水的作用，结果在负极板便有氢气逸出,在正极板则有氧气逸出，形成强烈的冒气现象。因此充电终期，电流不宜过大，否则，产生气泡过于剧烈，易使极板活性物质脱落，所以充电电流应适当的减小。
防反充二极管又称阻塞二极管，其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电或出现短路故障时，储能部件通过太阳能电池方阵放电，这种对太阳能电池的反向放电会致其损坏。防反充二极管串联在太阳能电池方阵电路中，起到单向导通的作用。它必须能承受足够大的电流，而且正向导通的电压降要小，反向饱和电流也要小。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管[15]。
2.1.4 逆变部分
逆变器的作用是把蓄电池中的直流电能变换成交流电，供交流负载设备的正常使用，可由一台或几台逆变器组成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[16]。
由于蓄电池输出的是直流电，因此只能给直流负载供电。而在实际生活和生产中，用电负载有直流负载和交流负载2种，当给交流负载供电时，必须将直流电转换成交流电提供给用电负载。逆变器就是将直流电转换为交流电的装置，也是风光互补发电系统的核心部件之一，系统对其要求很高。此外，逆变器还具有自动稳压的功能，可有效地改善风光互补发电系统的供电质量。
无论是对于光伏并网发电系统、风能并网发电系统，还是对风光互补并网发电系统，逆变器都是必不可少的关键组成部件。逆变器的转换效率以及对逆变系统的控制效果将直接关系到整个系统的运行经济性、有效性和可靠性。在并网式风光互补发电系统中，虽然整个系统及其生产的并网用电是整合统一的，但是由于系统主要是利用了风光资源在时间上的互补性，而且由于光伏发电和风能发电各自的特点也很不相同，所以光伏发电与风能发电在实际的系统中是相对独立的，而且使用相对独立的逆变器构成各自的逆变系统，最后在当地电网处整合并网。
2.1.5 风光互补发电系统智能充电控制的设计
在风光互补发电系统中逆变器输入端的能量来源于蓄电池，而蓄电池中储存的能量来源于太阳能和风能这两种绿色能源。系统具体构成参数由使用时最大用电负荷与日平均用电量所决定。最大用电负荷是选择系统逆变器容量的最根本依据，而平均日发电量
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则是选择太阳能光伏板及风机和蓄电池组容量的依据。同时系统安装地点的风光资源状况也是确定光电板和风机容量的另一个依据。
风光互补发电系统中铅酸蓄电池的充电控制方法直接影响到系统的性能。充电控制方法的优劣影响到铅酸蓄电池的荷电量的大小，也关系到蓄电池的使用寿命。选择合理的充电控制方法尤为重要。本设计采用了基于单片机控制的三阶段智能充电方法。所谓三阶段智能充电是指充电过程中的3个阶段[17]，即主充电阶段、限流充电阶段、浮充阶段。第一阶段主充电阶段，由电压采样电路获取蓄电池的电压状况，当电压小于标准开路电压时，由最大功率点跟踪策略来找出风光互补系统的最佳工作点，以最大功率点电流对蓄电池进行充电。太阳能电源、风力发电机以其所能提供的最大电流对蓄电池充电。由于太阳能光伏电池和风力发电机的电流与天气状况有关，所以大电流的取值将在一定范围之内。保持大电流充电至后，进入第二阶段。第一阶段的充电程度可达70%～90%。第二阶段过限流充电阶段，以恒定的标准电压充电，以恒定的标准电压充电，在此阶段，蓄电池仍未充满，但是为了避免充电电流过大而造成电池极化，要对充电电流进行逐渐的降低。随着蓄电池端电压的进一步升高，电池电流进一步降低，直到到达浮充电流（浮充电流一般为0.015C）值时，第二阶段结束。进入第三阶段。第二阶段的充电程度近100%。但为了防止蓄电池浅放电，并且使端电压维持在相对稳定的值域，要对其进行浮充电。即以浮充电流值对蓄电池进行涓流充电，直到蓄电池亏电，然后进行下一个周期的充电过程[18,19]。
2.1.6 用电负载
并网用风光互补发电系统的用电负载根据不同的系统布置会有一定的区别。在可调度式系统中，由于系统有蓄电池存在，因此可以同时满足直流负载和交流负载的两种负载形式，通过逆变控制器可以协调直流负载与交流负载同时工作且满足并网需求；在不可调度式系统中，蓄电池不存在，光伏阵列和风力机组生产的电，主要通过逆变器转化为交流电进入了电网，因此它的主要负载就是交流负载，为了满足直流负载的需要，必须再次通过变压、整流等环节对馈入电网的交流电进行处理，然后才能作为直流来使用。此时风光互补生产的电能的使用方式等同于对当地电网电能的使用方式[20]。
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风光互补系统设计
3 工程概况
位于沈阳市沈阳区，沈阳市地处东经123度15分至124度45分，北纬42度42分至44度20分，位于中国东北地区南部，辽宁省中部，以平原为主，山地、丘陵集中在东南部，辽河、浑河、秀水河等途经境内。年平均气温平均气温8.3℃，全年降水量500mm，全年无霜期183天。受季风影响、降水集中、温差较大、四季分明。冬寒时间较长，近六个月，降雪较少；夏季时间较短，多雨。春秋两季气温变化迅速，持续时间短：春季多风，秋季晴朗。沈阳地区的年平均风速2.9m/s左右，其中第二季度平均风速最大，各月平均风速可达2.3～4m/s，1～2月较小。受季风环流控制，风向有明显季节变化。秋冬季节主导风向为偏北风，平均风速较小，春夏季节主导风向为偏东南风，平均风速较大。年极大风速13.4m/s～22.4m/s[22]。的年平均风速要高于沈阳市年平均风速。
通过对沈阳地区，特别是的风光资源条件的综合调查和分析。可以知道具有较好的风力发电资源和太阳能资源优势。沈阳市的年平均风速2.9m/s，日照时间最高达年日照时间2060小时。我国对不同太阳能辐射量的区域分为五类，沈阳地区属于四类地区，全年日照时数为1400-2200小时，每年辐射量在419-502kJ/cm2，太阳能资源基本符合光伏发电条件，但是如果只是利用光伏太阳能板发电供电，显然不具备优势。风能和太阳能的在时间上具有很强的互补性，项目实施地的道路周边比较开阔，障碍物少，为推广风光互补服务提供了极好的自然条件。因此在的道路照明中建设风光互补照明系统具有可行性。
本工程为沈阳农业大学秸秆实验楼工程，位于沈阳农业大学校园院内经度为123度30分，纬度为43度5分，常年平均风速2.9 m/s，月有效太阳辐射平均值为430 MJ/m2，本工程占地面积为778.66m2，总建筑面积为3176.61m2标高为72.60m建筑物长51.4m宽14.4m高18.6m,本工程为框架结构，地上四层。正厅左侧为秸秆研究室右侧为生物质油研究室。主要用于科研研究共有各类实验室14间，会议室2间，其它一些配套房间16间。2、3、4层有过道需要过道照明每层楼需要照明灯7盏，共21盏。基地入口右侧为东北地区农村沼气科技创新示范基地高7m宽5长25m。基地路面宽5m入口30m处有个90°的拐弯，然后有个直路长100m。
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图3-1 区域平面图
风光互补系统设计
图3-2 平面图
3.1 风能资源
根据查阅文献得出沈阳地区多年来每天风速变化如表3-1和每月平均风速如表
3-2。
表3-1沈阳每天风速变化
时间（h）23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 风速（m/s） 2.4 2.3 2.2 2.2 2.8 3.1 3.8 4.1 4.1 3.5 2.8 2.6
表3-2沈阳每月平均风速
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 风速（m/s） 2.7 2.3 3.4 4 3.7 3 2.6 2.4 2.5 2.8 3.1 2.8 3.2太阳能资源
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根据查阅文献得出沈阳地区多年来每月平均辐射值如表3-4和每天辐射变化值如表3-5。
表3-4沈阳每月平均辐射值
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 辐射值（MJ/m2）240 300 440 560 610 590 550 540 480 380 250 210
表3-5沈阳每天辐射变化值
时间（h）23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 辐射值（MJ/m2）0 0 0 0.05 0.51 1.3 1.8 1.6 0.9 0.2 0 0 3.3气象数据
根据查阅文献得出沈阳地区多年来每月每月阴天天数如表3-6。
表3-6沈阳每月阴天天数
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 阴天天数（天） 6 7 5 8 7 6 6 6 7 7 6 7
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风光互补系统设计
4 风光互补路灯的设计
4.1 路灯灯源的选择
4.1.1 高压钠灯与 LED 对比分析
高压钠灯作为传统的路灯灯源所以下面主要对高压钠灯和半导体LED光源在道路照明中的应用进行对比分析，相关数据来自当地LED照明生产企业的调研数据，主要对比其光效，色温，寿命，维护等方面的参数。
4.1.2 光源性能对比分析
衡量光源最重要的参数就是发光效率。现阶段半导体LED灯的灯具光效要略优于钠灯，随着LED技术的发展和成熟，灯具光效会再大大的提高。小功率照明路灯，如果采用高压钠灯，其整灯有效光效只有为45~60Lm/W，而LED路灯可达到80~85Lm/W。从光效上看，目前的发光二极管光效要比钠灯高上一个级别，可节能20%以上。但是对于大功率的路灯，高压钠灯的发光效率可以达到70-75Lm/W，而LED路灯目前的功率应用最多的还是250W以下级别。因此简单的认为LED路灯比高压钠灯路灯具有优势是不客观的。
道路照明的灯具对使用寿命的要求都比较高，LED路灯是采用半导体元件激发光子，因此在正常使用条件下其理论寿命都比较长，其寿命可达了50000小时。照明灯具行业常借鉴的美国能源之星对灯具寿命测试标准（L70标准），光衰变为初始流明值的70%的使用时间规定一般装饰灯为15000小时，其它灯为25000小时。但是路灯的运行寿命还要考虑灯具透镜，密封配件，电源配件等元件的影响，一般以所有部件的最短寿命为灯具寿命。一般LED路灯在正常运行条件下能达到35000小时左右，而金属卤化物灯的寿命在6000-12000小时，高压钠灯的使用寿命在20000小时左右。可见LED路灯在使用寿命上大大超出传统气体放电光源灯具，具有很强的实用性。
其次灯具的显色指数也是衡量照明光源的重要因素。以LED光源（白光）为例，LED 灯具的色温在3500-7000K之间，显色指数可以达到80～95。而传统高压钠灯的色温范围在1900-2100K之间，显色指数Ra在23～40。通过光源的参数可知出高压钠灯显色指数较低，显色性较差，对物体原有色彩的还原性较差，不利于周边环境色彩的还原和艺术的表现；LED光源显色指数比较高，显色性比高压钠灯好，能很好的还原被照物体的色彩。但是色温偏冷，高压钠灯的色温比较接近自然光。
发光量的调节对灯具具有重要的意义，半导体灯具有较完美的调光性能。因为半导体灯具光亮度的输出和工作电流成正比，因此可以在一定范围内通过减小电流的方法来调光。半导体LED灯还可以采用PWM调节来调节发光量，得益于LED的特殊的发光结构，可以通过调节电压占空比和电压频率等参数来有效的调节半导体光源的强度。
在灯具效率方面，高压钠灯灯具是360°空间发光，灯具需要将半空间的出射光线通过反射投射另一个方向的空间，这就会由于光的吸收和对自身挡光而降低灯具效率。LED灯具的光通量损失比较小，因为与传统灯具不同，半导体发光有定向的特性，使用发光二极管作为光源的灯具，光效损失比较小，光线的利用率比也较传统灯具高。
高压钠灯的色温2000－2500K之间，主要是黄光，色温偏暖，对穿雾性较强。半导体LED路灯的色温在5300K左右，色温偏冷，但是显色性好。整体来说在有雾、多尘的条件下，高压钠灯在机动车导向方面有优点。
4.1.3 光源电气特性比较
高压钠灯的不足之处就是无法通过电压来调整发光量，不仅如此，高压钠灯对供电
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电压的要求比较苛刻，如果电压突然下降5%以上，路灯有可能自行熄灭，电压恢复后重启需要10min-15min 的时间，这对道路交通和园区的人行道照明就会带来长时间的照明缺失。而LED 灯的开关性能好，不需要预热，在通电的时候可以同步点亮或者关闭。可以通过控制器的PWM （脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中）。调节来调整灯具光亮，调整灯具的发光功率等参数，工程实用性和可靠性要由于传统高压钠灯。
LED 路灯采用发光二极管作为光源，具有功耗低的特点，采用低压供电，需要相应的整流和变压设备，但是运行问题，寿命长，且不含有害金属汞。相反，高压钠灯的发光气管中含有汞金属等有害元素，在收到破坏，老化和废品处理时都会产生环境污染。
4.1.4 光源对比分析结论
通过上文的分析，半导体灯具具有一定的工程应用优势，其分析结果如表4-1所示： 表4-1 LED 照明灯具与高压钠灯灯具整体性能比较
编号
比较参数 高压钠灯性能 LED 灯参数性能 1
发光效率 40-60 Lm/W 80-90 Lm/W 2
功耗 一般为 50W-200W 低，仅为高压钠灯的 30%~40% 3
工作电压 AC AC200V ～AC230V AC180V ～AC280V （AC-DC ） 4
功率因数 功率因数低 功率因数接近 1 5
电源效率 可达 75%左右 高，90%以上 6
发热量 发热量大 发热量小，仅为高压钠灯的30% 7
光源使用寿命 20000 小时，光衰比较快 50000 小时光衰小于 30% 8
启动时间 10-20 分钟 瞬间启动，无延时 9
连续启动 无法短时连续启动，灯具不允许连续起动 允许连续开关控制模式，对 LED 几乎没有损坏 10 环保 含汞，污染 环保
通过调研和上文的分析，由于近年来LED 行业的迅速发展，使前几年LED 光源光效低，灯具整体功率低的问题得到改善，目前的LED 光源国内行业可以制作100-120Lm/W 甚至更高的小功率发光二极管，LED 行业的前景非常广阔，因此在园区路灯选用LED 光源是一种节能，绿色，应用新科技的综合考虑，更是长期运行较为经济的策略。
4.2 道路照明方式
道路照明设计应根据道路和场所的特点及照明要求，选择常规照明方式或高杆照明方式。本工程应用中采用的是灯具安装在高度＜15m 的灯杆上进行照明的常规（杆）照明。
根据《城市道路照明设计标准》CJJ 45--2006的照明标准如表4-2所示对 有地理位置分布，选择道路所需的照度[22]。
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表4-2 机动车交通道路照明标准值
级
别
道路类型 路面亮度 路面照度 眩光限制阈值增量T 1(%)最大初始值 环境比SR 最小值 平均亮度 L av （cd/m 2） 总均匀度U o 最小值 纵向均匀度U L 最小值 平面照E av (Lx)维持值 均匀度U E 最小值
Ⅰ 快速路，主干路含大型公共
建筑的主干路
1.5/
2.0 0.4 0.7 20/30 0.4 10 0.5 Ⅱ 次干路
0.75/1.0 0.4 0.5 10/15 0.35 10 0.5 Ⅲ 支路 0.5/0.75 0.4 —— 8/10 0.3 15 ——
上表中表中所列的平均照度仅适用于沥青路面。在计算水泥混凝土路面时，路面的平均照度值可同级别降低约30%设计。
根据《城市道路照明设计标准》的标准， 5m 双向机动车道属于的是城市次干路，所以选择低一档平均照度为10 LX 。
4.3 路灯分布方式
采用常规照明方式时，应根据道路横断面形式、宽度及照明要求进行选择，并应符图4-1所示要求：
图4-1常规照明灯具布置的五种基本方式
（a ）单侧布置；（b ）双侧交错布置；（c ）双侧对称布置；（d ）中心对称布置；（e ）横向悬索布置
由于道路照明灯具仰角过大时，会在弯道等区域产生眩光，影响驾驶安全和舒适性，增大仰角也不能并不一定提高平均照度及有效照射区域的面积。照明设计规范中明确灯具的仰角在一般情况下不得大于15°，本工程应用中选择仰角5°的常规路灯结构，悬梁长度按照规范中不宜超过安装高度1/4的规定，选择厂家符合规定的尺寸型号[23]。
根据 的道路使用情况，道路为一级道路5m 宜采用单侧布置方式。
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4.4 道路的有效宽度计算
根据《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006，不同路段的有效宽度、照明方式各不相同。
W eff =Ws-XL （4-1）
式中：W eff 为单侧排列路面有效宽度，m ；
W s —路面实际宽度，m ；
XL —悬挑长度，m ；
路面宽5m ，悬梁约0.75m ，有效宽度为W s -XL=5-0.75=4.25m
4.5 路灯的安装高度与间距
路灯的安装高度和间距与选定的道路照明灯具参数有关，根据规范如表4-3所示进行选取设计。
表4-3灯具的配光类型、布置方式与灯具的安装高度、间距的关系
配光类型
截 光 型 半 截 光 型 非 截 光 型 布置方式 安装高度
H(m)
间距S(m) 安装高度H(m) 间距S(m) 安装高度H(m) 间距S(m) 单侧布置 H ≥W eff
S ≤3H H ≥1.2W eff S ≤3.5H H ≥1.4W eff S ≤4H 双侧交错布
置
H ≥0.7W eff S ≤3H H ≥0.8W eff S ≤3.5H H ≥0.9W eff S ≤4H 双侧对称布
置 H ≥0.5W eff S ≤3H H ≥0.6W eff S ≤3.5H H ≥0.7W eff S ≤4H
常规车行道灯根据配光分为截光、半截光、非截光三种类型，截光型灯具的最大光强方向是0~65°，半截光型的最大光强度是0~75°。在指定的角度方向上所发出的光强最大允许值，截光型车行道灯超过了90°，而非截光最大只能达到80°，快速路主干道及迎宾路、通向政府机关和大型公共建筑的主要道路、市中心或商业中心的道路、大型交通枢纽等干道严禁采用非截光车行道灯，在次干道支路、主要供行人机动车通行的居住区道路不得采用非截光车行道灯[24]。
根据表4-3，路面宜采用半截光型灯具并选定相应的间距和高度，根据LED 灯具的特性和景观照明需要，均选用半截光型灯具，并做如下分析计算。
道路宽5m 采用单侧布置所以安装高度H 大于或者等于1.2×5=6m ，可选择某厂6m 高风光互补路灯，光源高约5m ，间距S 小于或者等于3.5×5=16.5m 。设计选择路灯间距16m 。
4.6 道路照明照度设计计算
4.6.1 利用系数法
在市政道路设计中，常采用逐点照度计算法和利用系数法来计算照明设备光通量与路面平均照度，本文采用利用系数法进行设计计算，利用系数表是由灯具生产商提供，可以通过相关的系数对照明平均照度进行计算。 WS NK E av Φ=μ （4-2）
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式中：μ 为路灯的利用系数取0.7；
N 为路灯的光源数量单侧道取1；
K 为路灯维护系数取0.74；
S 路灯间距，m ；
W 为路面实际宽度，m ；
本工程应用中根据《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006中道路横断面形式、宽度及照明要求选用的均为安装仰角5%的路灯安装方式。考虑路灯外壳透镜和其他光学配件的光通量损耗，按90%修正。经计算查表 的 一级道路5m 人行机动车宽路段利用系数为0.74。
4.6.2 道路的光通量计算
有1个主要路段在前文中进行了路面照度的分析，根据利用系数法我们可以计算出各路段灯具的光通量需求：
NK WS
E av μ=Φ （4-3）
式中：E av 为根据规范和道路选择的最低平均照度；
μ 为路灯的利用系数；
K 为路灯维护系数；
S 路灯间距，m ；
W 为路面实际宽度，m ；
5m 道路照明光源光通量Φ=（5×5×16）÷(0.74×1×0.7)=772Lm
4.6.3 道路照明光源设计
根据本章的选择分析和计算，对 的道路照度和分布设计进行计算，同时根据相关数据结论选定LED 灯源功率，按照目前国内厂家半导体照明光源70-80Lm/W 选取如表4-4所示：
表4-4 路灯照明参数
路段
实际路宽 路灯布置 灯具 照明光源 路灯光源高度 路灯间距 灯具利用系数 最低光通量 光源功率选定 机动车
道 5m 单侧布置 太阳能景观灯 节能型LED
5m 16m 0.91 772 Lm 20W 4.7 设计要求
负载：每盏路灯20W ，按照沈阳的日照情况， 风光互补路灯及太阳能路灯的照明时间应该满足每天10~12小时的工作时间。以每天10小时进行估算；其日用电量为：
W 日=20×10=200Wh
蓄电池：根据沈阳的气象数据，设计保证连续5个阴雨天路灯都可以正常工作所以设计总用电为1kWh ；
对系统一般采用冗余设计，估算的日用电总量按照计算负荷用电量的1.2倍计算，因此根据式4-4，式4-5进行总量估算。
%120
W ?=日总W （4-4）
风光互补电源系统的设计原理及应用 现在全国都在发展新能源，储能、负载相同，发电方式不同和资源上的互补性，使风电和光电系统集成为风光互补系统电源成为必然。另外一个特点是地域性，不同地域具有不同的太阳能和风能资源。太阳能也是这样，有明显的地域性，这是它一个特点。另外一个特点是不确定性。资源不确定性，即每天的发电量受天气影响很大，会导致系统发电与用电不平衡，使蓄电池组长期处于浅充，这也是引起该系统失效的主要原因。蓄电池在该系统中承担的电的储存和供给的作用，它必须能够适应8 这种浅充，基于这样的分析我们提出设计原理，开展以蓄电池管理为核心的研究，把发电组建、控制组建、出能组建和负载设计为一个整体，实现能量的最大化利用，这就是我们提出的边远系统的设计原理。根据地域条件的不同，这个系统又可演变为光点系统、风电系统和风光互补三种形式。尽管国内有很多部门在做，但是基础方面的工作还做的不够。 系统由什么组成呢？风电和广电的发电部件、蓄电池储能部件、供电部件和控制部件，这四大部件组成。我们要做到稳定可靠，各部件及规范。首先讲系统的规范和标准，这也是我参与起草《移动通信设备风光互补电源系统》，就构成了系统种类、构成及划分，部件要求和鉴别，系统选择与设计、安装、调试，维护管理等等，都有明确的规定。 蓄电池作为我们通信行业对蓄电池很熟悉、不陌生，用于太阳能系统蓄电池不是普遍的电池，我们有专门对太阳能系统的要求和测试方法。风能发电机有一个通用的标准，我们推荐使用另外一种风机，也符合国家的标准。它的特点是和先速和过栽均采用电磁制动，同是具备叶片变形失速功能，这个大量使用在我们的基站上，重量轻、故障小，输出的电也比较稳定。因为风率的利用
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。
太阳能风光互补LED路灯基本设计方案 一．风光互补LED路灯设计案例分析 1．1设计依据 《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006 《公路工程技术标准》JTG D70-2004 （1）、每套路灯系统配置设计 ★年平均风速3m/s以上地区。 ★年平均风速3m/s以上地区。 ★太阳能资源Ⅱ类及以上可利用地区。 （2）、路灯功能描述： ★亮灯时间及控制： 路灯配置采用一台400LW风力发电机、一组100W太阳能电池板、一套60WLED灯具、2只200AH/12 V铅酸阀控蓄电池，组成一支独立的风光互补路灯照明系统。可保证每天可靠亮灯8～10小时。 ★可靠性：系统在连续没有风和太阳能补充能量的情况下能正常供电3～5天。 ★光控亮灯、时空关灯；全功率、半功率全自动控制。 ★结构：灯杆总高10米；灯高8米；采用双边交叉布灯，灯杆间距25米。 ★蓄电池采用埋地处理，提高电池性能寿命及提高防盗窃作用。 （3）、配置清单
附件电缆等2、工程设计方案 （1）、风光互补路灯电路设计方案 系统电路原理图： 系统性能特点： l、智能充、放电控制，可相对延长蓄电池的使用寿命； 2、工作模式：24小时定时模式； 3、负载开路及短路保护，并具有自动恢复功能；
4、采用专用芯片对LED灯进行恒功率、启动控制，具有过流、过电压保护，灯泡开路、短路保护； 5、防频闪双频工作模式，灯温补偿； 6、采用工业级芯片低功耗设计，可在高温、寒冷、潮湿的环境下可靠工作； 7、使用、维护简单方便，全自动控制。 （2）、路灯杆的设计方案 风力发电机和太阳能电池是风光互补路灯的标志性组合，要保证风力发电机和太阳能电池能平稳、安全的运行，同时也配合路灯灯杆的多样化造型，我们将风光互补路灯灯杆设计为自立式路灯灯杆。风力发电机位于灯杆的顶端，太阳能电池板位于灯杆的中部，详见下图： 灯高8米
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
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
1、风光互补发电技术 1.1风光互补发电系统的特点 风力发电系统利用风力发电机，将风能转换成电能，然而通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对负载供电。该系统具有日发电量较高，系统造价较低，运行维护成本低等优点。缺点是小型风力发电机可靠性低，常规水平轴风力发电机对风速的要求较高。光伏发电系统利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对负载供电。该系统的优点是系统供电可靠性高、资源条件好、运行维护成本低，缺点是系统造价高。发电与用电负荷的不平衡性是风电和光电系统共同存在的一个缺陷，它是由资源的不确定性造成的。风电和光电系统发出电能后都必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但是每天的发电量受阳光、风力的影响很大，阳光、风力较弱会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态，这是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。较风电和光电独立系统，风光互补发电系统具有以下特点：（1）风光互补发电系统弥补了风电和光电独立发电系统在资源上的缺陷，利用太阳能和风能的互补性，提供较稳定的电能； （2）在风光互补发电系统中，风电和光电系统可以共用一套蓄电池组和逆变环节，减少系统造价； （3）整个系统是两种发电系统进行互补运行，因此，在保证同等供电的情况下，可大大减少储能装置的容量； （4）风光互补发电系统可以根据用户需要合理配置系统容量，在不影响供电可靠性的情况下减少系统造价； （5）风光互补发电系统可以根据用户所在地的季节及天气变化情况优化系统设计方案，在满足用户要求的情况下节约资源。 1.2适合风光互补地区分析 太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。图1为我国太阳能风能分部情况。
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。
风光互补式LED路灯设计方案 设计者：黄钜海 (浙江科技学院建筑工程学院，杭州，310023) 一、设计概述 风光互补式LED路灯功能特点： 1、风光一体，互补性强，稳定性高 2、适用范围广泛、适应性强、实用性强 3、一次性投入、持续性产出、使用寿命长 4、对环境不产生任何污染、绝对绿色环保 5、性能稳定，故障率低
为保证风力发电机和太阳能电池能平稳、安全的运行，同时也配合路灯灯杆的多样化造型，我们将风光互补路灯灯杆设计为自立式路灯灯杆。风力发电机位于灯杆的顶端，太阳能电池板位于灯杆的中上部，详见上图。 具体配置方案如下： 灯杆高度：10米，灯具离地8米，灯杆间距25米 灯杆材质：Q235优质钢结构标准灯杆（热镀锌/喷塑） 太阳能光伏组件：100W 风力发电机：额定功率300W 启动风速1.5m/s,额定风速10m/s 光源：60WLED灯 蓄电池：地埋式磷酸铁锂电池100AH 控制系统：智能升压型，微电脑智能控制、防过充、过放、防潮、输出短路保护及光控+时控自动开、关灯。 工作时间：10小时/天，前5小时全亮，后5小时半功率亮；阴雨天连续工作3-7天工作温度：-20℃~+45℃ 相对湿度：20%--90%。
二、详细说明 2.1风力发电机 风机是风光互补路灯的标志性产品，风机的选择最关键的是要风机的运行平稳。 灯杆是无拉索塔，最担心因风机运行时的振动引起灯罩和太阳能支架的固定件松脱。 选择风机的另一个主要因素就是风机的造型要美观，重量要轻，减小塔杆的负荷。 这里选用嘉顿雄GARDENSON 牌GARDENSON-200W/300W型风机 技术参数：300W 起动风速：1.5（m/s）额定风速：12（m/s） 切入风速：2.5m/s 额定电压：24V 额定功率：300W 最大功率：400W 风叶直径: 0.3 m 风叶数量: 6（pcs） 整机重量: 10kg 大风保护：泄荷及电磁制动工作温度: -20℃至40℃ 海拔高度：≤4500m（额定工况海拔高度为1000m）最大风速：≤35m/s 电机选用60W国际先进的永磁式发电机，动平衡好、切割磁力线佳效率高，低 速性能好，2级风就能发电。在永磁发电机的前端与风叶结合部之间，设自动衡速保 护装置，该装置在遇到超强风时利用自身的离心力，自动对风机进行衡速，有效的 保护风机、电气设备不受超强风损害。 2.2太阳能电池 一般认为单晶硅太阳能电池具有光电转换效率高的特点，故采用单晶硅电池。 电池安置于路灯的上方一侧位置，并根据纬度的不同调整一定的倾角。也可根据需 要设置太阳跟踪装置。 太阳能电池组件主要技术参数 型式※单晶硅 冰雹抗载能力2400pa 接线盒类型C型;接插件 接线盒防护等级IP65 组件效率≥14% 使用温度范围-40℃—85℃ 最大系统耐压1000V DC 开路电压43.4
毕业设计（论文）题目小型水风光互补系统设计 学生姓名 学号 专业 班级 指导教师 评阅教师 完成日期:2015年10月22日
毕业设计（论文）开题报告 题目：小型水风光互补系统设计 学生姓名： 专业：电力系统及自动化 指导老师： 一、课题来源 煤、石油、天然气等不可再生能源的使用量在世界各国不断上升，能源危机将成为人类最主要，最大的危机，发展可再生能源越来越成为世界各国的主攻研发方向和竞争目标，谁能领先，谁就会成为未来新贵，新霸主。电力作为重要的二次清洁能源，它的生产将主要依托可再生能源，从而如何利用可再生能源发电将是一个重大课题。 二、研究目的及意义 1、利用水能、风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性; 2、在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量; 3、通过合理地设计与匹配，可以基本上由水风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。 三、研究的内容、途径及技术线路 水风光互补发电系统主要由水力发电机组、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，系统结构图见附图。该系统是集水能、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、水力发电部分是利用水能机将水能转换为机械能，通过水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; 2、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; 3、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; 4、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; 5、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; 6、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。 四、发展趋势 中国拥有世界上最多的人口，近年来经济快速增长。但中国目前的能源结构主要依赖燃煤发电，从而对环境产生了许多负面影响，特别是对空气和水资源的污染。国际能源机构（IEA）曾预测从2005年到2030年中国新增加的温室气体排放（42%）将和世界上其他国家排放总量（不包括印度，44%）相当。中国会取代美国成为世界上最大的温室气体排放国。发展可再生能源技术是减少温室气体排放和改善环境的有效措施之一。
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（09卷） 工位号: 比赛时间: 2015年06月
1．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块串联 2串2并 4．简述问题 （1）光伏电池板并联旁路二极管的目的和作用是什么？ （2）在实训中，同学将KNT-WP01型风光互补发电实训系统的2块光伏电池组件串联时，把同极性端输出线连接在一起了。灯1和灯2关闭，用性能良好的万用表测量该串联光伏电池组件的输出电压值为-0.71V；打开灯1，用性能良好的万用表测量该串联光伏电池组件的输出电压值为+13.5V。请叙述可能的原因。
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
风光互补发电系统 摘要 进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的匮乏，另一方面石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。人类需要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。而太阳能和风能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作为这两种能源的高级利用太阳能发电和风力发电技术受到世界各国的高度重视。由于风力发电和太阳能发电系统均受到外部条件的影响，光靠独立的风力或太阳能发电系统经常会难以保证系统供电的连续性和稳定性，因此，在采用风光互补的混合发电系统来进行相互补充，实现连续、稳定地供电。风光互补发电以其独特优势成为新能源研究的热点之一。本文针对风光互补发电系统设计了一套小型模拟装置，包括太阳能电池模拟，用直流电机对风机的模拟和交错并联Buck-Boost蓄电池充电主电路，并对交错并联Buck-Boost电路和交错并联Cuk斩波电路进行了研究、仿真，以及进行了模拟风机装置的调试。系统控制全部采用Freescale公司的56F8013 DSP控制实现，给出了各部分流程图。对于软硬件的关键问题还给出了相应解决方案。 关键词：风光互补 Buck–Boost电路 DSP
Wind & Solar Hybrid Generating System ABSTRACT Entering the 21st century, human beings are facing to realize the sustainable development of economy and society, and energy problem becomes more and more serious, on the one hand, conventional energy is serious short on the other hand, the development of oil and other conventional energy brings a series of problems, such as the environmental pollution, the greenhouse effect and so on. Only by relying on the progress of science and technology and the large-scale exploitation and utilization of renewable energy and new energy can human solve the problem of energy, and realize the sustainable development. And solar and wind power are considered the most representative of new and renewable energy, The power technology of solar energy and wind attrack world’s attention. Because of wind power and solar power system under external conditions, and only by independent wind or solar power systems often hard to ensure the continuity and consistency of power system therefore, using hybrid power system of complementary scenery to complement each other, realize the continuous, stable power supply. Wind-light complementary with its unique advantages become one of new energy research hotspots. Aiming at wind-light complementary this article design a small device, including solar cells in dc motor, the simulation and interlacing of fan parallel Buck - hee, and main circuit batteries to Buck staggered shunt circuit and interlacing parallel hee - Cuk chopper were studied, and the simulation, the simulated fan unit commissioning. Control system adopt Freescale company 56F8013 DSP control chart, each part. The key question for software and hardware to the corresponding solutions. Keyword:Wind and PV hybrid Buck–Boost Circuit DSP
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：
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LED路灯控制器的设计 摘要 本文主要首先介绍了产生新能源的必要性及风能和太阳能快速发展的背景。其次介绍了什么是风光互补及风光互补的技术原理、技术结构及技术优势和风光互补系统的组成、风光互补路灯的优势。然后介绍了什么是风光互补控制器，风光互补控制器的特点，风光互补控制器的工作原理及风光互补路灯控制器的结构图和电路原理图。 关键词：控制器，工作原理，路灯，风能，太阳能
目录 1、绪论 (1) 2、风光互补的概述 (1) 、风光互补的技术原理 (2) 、风光互补的技术构成 (2) 、风光互补的技术优势 (2) 、风光互补的典型案例 (3) 3、风光互补系统 (3) 、风光互补系统的组成 (3) 、风光互补路灯的优势 (3) 4、风光互补控制器 (5) 、风光互补控制器的概述 (5) 、风光互补控制器的特点及功能 (5) 、风光互补路灯控制器的结构图 (6) 、风光互补控制器的原理图 (7) 、风光互补控制器的工作原理 (7) 总结 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13)
1、绪论 随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源的需求日益增加，目前的能源消费结构中，煤炭、石油和天然气等化石燃料虽然仍占有很重要的地位，但是化石燃料的燃烧造成环境污染，致使全球气候变暖、冰山融化、海平面上升等自然灾害频繁发生和能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中，风能、太阳能等洁净能源备受关注。 太阳能、风能作为未来的能源是一种非常理想的清洁能源。近年来由于人们对能源、环境问题的日益关注，太阳能、风能的应用与普及越来越受到人们的重视。若能合理地利用太阳能、风能将会为人类提供充足的能源。对太阳能、风能技术而言，照明应用并非是其最主要的应用领域，也不是最能体现应用优势的领域，但就其作为能源的表现形式来说，太阳能、风能在照明领域的互补应用最直观。而在当前技术水平下，太阳能、风能技术作为能源的高成本、低效率是不容回避的问题，特别是在单体照明应用中，如不与LED技术相结合，按照常规设计太阳能、风能照明系统，往往要面对系统变换效率低及经济效益不佳等问题。LED因具有低能耗、直流工作等优势，成为配合风光互补路灯照明光源的理想产品。就目前技术和政策而言，在我国最有希望快速普及应用太阳能、风能发电技术的领域，应是风光互补LED路灯照明工程。LED是一种可将电能转变为光能的半导体发光器件，属于固态光源。在通用照明领域，LED照明灯具有体积小、重量轻、方向性好、节能、寿命长、容易控制、耐受各种恶劣环境条件等优点，是典型的绿色照明光源。尤其随着大功率白光LED的研发成功，使它在照明领域应用更加广泛。LED 作为新型固态绿色光源与风光互补发电技术结合应用于路灯领域，是可再生能源与高新固态绿色光源的结合，与其他电能变换技术和照明技术相比更加符合产业政策及推广应用的市场。 2、风光互补的概述 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。其中，风光互补发电站是针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电户地区及海岛，在远离大电网，处于无电状态、人烟稀少，用电负荷低且交通不便的情况下，利用本地区充裕的风能、太阳能建设的一种经济
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
风光互补太阳能路灯 设 计 方 案 设计单位：乌鲁木齐旭日阳光太阳能 工程有限公司 设计时间：二0一一年三月二十日 设计人员：姜广建电话：
风光互补路灯设计方案 现场效果图
一、自然资源状况 在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能和风能等清洁能源以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。 1.1化石能源带来的问题 (1)能源短缺：由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早设法解决化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。 (2)环境污染：当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；局部地区形成酸雨，严重污染水土。这
些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。 (3)温室效应：化石能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，其影响甚至已超过了对环境的污染，有关国际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。 1.2 太阳能资源及其开发利用特点 (1)储量的“无限性” ：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。 (2)存在的普遍性：虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。 (3)利用的清洁性：太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其