新能源发电大工离线作业

网络教育学院

《新能源发电》课程设计

题目：风光互补发电技术

学习中心：甘肃农垦河西奥鹏学习中心

层次：专升本

专业：电气工程及其自动化

年级： 2014 年春季

学号： 141462309545

学生：李建东

辅导教师：康永红

完成日期： 2016 年 3 月 8 日

1风光互补的发展史上的必要性

风光互补，简而言之就是利用太阳能电池方阵、风力发电机（交—交）将发出的电能存储到蓄电池中，用户需要用电时，逆变器将蓄电池中储存的直流电转变为交流电，通过线路来送到负载处。

起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，由于缺乏详细的数学计算模式，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。

经历了多年的努力后，一种叫风光互补供电系统的新技术已逐渐被越来越多的人认可和应用，可解决长期以来被称之为电网延伸不经济地区的供电问题。如能引起政府的高度重视，可在较短的时间内大面积无障碍解决无电村和无电户问题。

普通风力发电机至少需要3米/秒的风速才能启动，3.5米/秒的风速才能发电，一定程度上限制了离网型小型风力发电在中国很多地区的运用。而由内蒙古中科恒源能源科技有限公司开发的全永磁悬浮风光互补供电系统由于使用微摩擦、起动力矩小的磁悬浮轴承，在1.5米/秒的微弱风速下就能启动，2.5米/秒的风速就能发电，能效提高约20%，能广泛应用于全国80%的地区。

2风光互补的原理及结构

2.1风光互补技术原理简介

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。因为风率的利用是非常不稳定的。

2.2风光互补系统发电结构

风光互补发电系统主要有风力发电机组、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听的复合可再生能源发电系统

（1）风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，他能够过风力发电机机械能转化为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；

（2）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：

（3）逆变器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。

（4）控制器分根据日照强度、风力大小负载的变化，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。

（5）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的两大作用。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。

3太阳能发电部分的介绍

发电部分主要包括太阳能电池板和风力发电机组成。如图2-1所示。由于白天光照强时风弱，夜间或阴天光弱时风强，时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，为风光互补电源系统建立提供了能源保障。太阳能电池组件，要求用高透光率低铁钢化玻璃，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力等特性；风力发电机产生交流电在选型时要求风力发电机是低速型风机，具有发电效率高、结构简单、质量稳定、维护量低、在恶劣的天气情况下自动偏航保护等特性。

3.1 现在的太阳板大多采用硅太阳能电池。

其工作原理是：硅原子的外层电子壳层中有4个电子。在太阳辐照时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。电子带负电；空穴带正电。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，铝，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称n型半导体。若将这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n结，并在结的两边产生内建电场，又称势垒电场。

当太阳光（或其他光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电子–孔穴对，并立即被内建电场分离，光生电子被送进n区，光生孔穴则被推进p区，这样在内建电场的作用下，光生电子-孔穴对被分离，在光电池两端出现异号电荷的积累，即产生了“光生电压”，这就是“光生伏打效应”（简称光伏）。在内建电场的两侧引出电极并接上负载，在负载中就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。

3.2风力发电机发电部分的介绍

超低速风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵

杆、尾舵和逆变器组成的系统。转动盘和固定盘构成该系统的发电机，逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。本系统中的发电机的优点，一是具有超低速建压特点，能在叶片转速低于每分钟100转时正常发电，为弱风地区风力资源的开发利用提供了新途径；二是结构简易，铁芯无开槽，也无电枢绕组，易维修，使用寿命长。

把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。

风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或3个叶片构成。在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。

风力发电机中调向器的功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。

限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。

塔架是风力发电机的支撑机构，稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结构。风力机的输出功率与风速的大小有关。由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳定。风力发电机发出的电能一般是不能直接用在电器上的，先要储存起来。目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；