風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)簡述

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)摘要：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是運(yùn)用風(fēng)能和太陽能資源的互補(bǔ)性，含有較高性價(jià)比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)。本文通過對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力來源-風(fēng)能和太陽能資源的初步調(diào)研，分析了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢，并總結(jié)了國外風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，對其基本的工作原理進(jìn)行了敘述。最后對舉例闡明了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景。核心詞：風(fēng)光互補(bǔ)，現(xiàn)狀，工作原理，應(yīng)用前景引言能源是人類社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步離不開優(yōu)質(zhì)能源的開發(fā)運(yùn)用和先進(jìn)的能源技術(shù)的不停革新。煤和石油等礦物能源的開發(fā)和運(yùn)用推動(dòng)了近代工業(yè)革命的發(fā)展，極變化了人類的生活方式。由于煤、石油、天熱氣等常規(guī)能源的儲(chǔ)量是有限的，據(jù)預(yù)計(jì)，地球上煤炭最多可用3，石油最多可維持40數(shù)年，天然氣還能夠維持50數(shù)年，不停暴發(fā)的能源危機(jī)嚴(yán)重妨礙了人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步。為了緩和不停加重的能源危機(jī)，世界各國相繼加大了對可再生能源的研究?？稍偕茉词侵赋Ｒ?guī)能源外的涉及風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等能源資源。為了減少能耗和解決日益突出的環(huán)境問題，全球都投入到了可再生發(fā)展能源的熱潮之中，全球可再生能源發(fā)展獲得了明顯成效。重要體現(xiàn)在：成本持續(xù)下降，市場份額不停擴(kuò)大，其定位也開始由補(bǔ)充能源向替代常規(guī)能源的方向轉(zhuǎn)化。近來，全球風(fēng)力發(fā)電市場保持了28％的年均增加速度，太陽能光伏發(fā)電的年均增加速度超出30％[1]。進(jìn)入新世紀(jì)以來，中國的可再生能源運(yùn)用步入了快速發(fā)展的軌道，特別是自可再生能源法實(shí)施以來，中國可再生能源已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。中國可再生能源在一次性能源消費(fèi)構(gòu)造中所占的比例已從的8％提高至9％。根據(jù)中國國家能源局制訂的《新能源產(chǎn)業(yè)振興發(fā)展規(guī)劃》，預(yù)計(jì)到，新能源在能源構(gòu)造中的占到的比重達(dá)成2％(含水電為l％)，新能源發(fā)電容量占總電力裝機(jī)容量的比重將會(huì)達(dá)成5％(含水電為25％)。其中風(fēng)電裝機(jī)容量將會(huì)達(dá)成3500萬千瓦(陸地風(fēng)電3000萬千瓦，海上風(fēng)電500萬千瓦)，太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)成200萬千瓦[2]。除此之外，根據(jù)(中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告》的預(yù)測，預(yù)計(jì)到末，全國風(fēng)電開發(fā)建設(shè)總規(guī)模有望達(dá)成1億kW。到全國可再生能源運(yùn)用總量將相稱于6億噸原則煤，可再生能源的消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的15％，這將對中國能源構(gòu)造調(diào)節(jié)，減少溫室氣體排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境將發(fā)揮更大作用。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)越性風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)力發(fā)電、太陽能電池發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備構(gòu)成的；其系統(tǒng)能量輸出是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電和光伏發(fā)電共同提供的，即系統(tǒng)是以風(fēng)能和太陽能作為動(dòng)力源泉，系統(tǒng)的特點(diǎn)由風(fēng)能與太陽能的特點(diǎn)決定[3]。2.1太陽能、風(fēng)能優(yōu)缺點(diǎn)近些年來，國外大力發(fā)展風(fēng)能和太陽能，優(yōu)化能源構(gòu)造是新世紀(jì)的趨勢，與常規(guī)能源相比風(fēng)能和太陽能有下列優(yōu)點(diǎn)[4]：取之不盡、用之不竭照射在地球上的太陽能非常巨大，大概40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供全球人類一年能量的消費(fèi)。能夠說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。據(jù)預(yù)計(jì)，全球的風(fēng)能約為2.74*109MW，其中可運(yùn)用的風(fēng)能為2*107MW，比地球上可開發(fā)運(yùn)用的水能總量還要大10倍，這相稱于現(xiàn)在全世界每年所消耗能量的3000倍。如果能夠充足運(yùn)用風(fēng)能，對于解決全球的能源需求將含有十分重要的意義。使用方便在地球上，太陽能和風(fēng)能到處皆有，能夠就地開發(fā)運(yùn)用，不存在運(yùn)輸問題，特別對交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更含有運(yùn)用價(jià)值。環(huán)境污染小太陽能和風(fēng)能是一種清潔能源，在開發(fā)運(yùn)用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣和噪音，更不會(huì)影響生態(tài)平衡，不會(huì)造成污染和公害。太陽能和風(fēng)能即使存在上述某些優(yōu)點(diǎn)，但是也有局限性之處：能量密度低太陽能和風(fēng)能相對于火電、水電、核電等傳統(tǒng)能源，其能量密度偏低，對于太陽能發(fā)電需要足夠的受熱面積，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)如果要提高輸出功率，則必須要增加風(fēng)輪的尺寸和整個(gè)風(fēng)場的規(guī)模，才干達(dá)成我們所需要的電量，這都需要占用大面積土地資源。間歇性、不穩(wěn)定性和不可控性傳統(tǒng)能源我們能夠根據(jù)需求來調(diào)節(jié)供應(yīng)，而太陽能只有在晴天和白天時(shí)才干，風(fēng)機(jī)只有在風(fēng)力達(dá)成規(guī)定時(shí)才干發(fā)電，且根據(jù)風(fēng)速的大小風(fēng)機(jī)輸出的電量也隨時(shí)都在變化，太陽能和風(fēng)能的這種間性和不穩(wěn)定性直接造成了不可控性，因此要有效運(yùn)用太陽能和風(fēng)能，儲(chǔ)能是必不可少的。由于這些不利的因素，太陽能或風(fēng)能單獨(dú)的經(jīng)濟(jì)可靠地使用就碰到許多技術(shù)問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將太陽能和風(fēng)能綜合運(yùn)用，構(gòu)成一種互補(bǔ)系統(tǒng)成為一種實(shí)用的方式，使得我們能夠更加穩(wěn)定可靠經(jīng)濟(jì)合理地使用這無窮無盡的風(fēng)光資源。2.2我國太陽能、風(fēng)能資源介紹根據(jù)國家氣象科學(xué)院的估算，中國陸地10m高度層可運(yùn)用的風(fēng)能為2.53億kW，50m高度層可運(yùn)用的風(fēng)能是10m高度層的2倍，陸上重要分布在、新疆、、等省份，占據(jù)了我國80%的風(fēng)能資源。海上可運(yùn)用的風(fēng)能是陸地上的3倍，、、、是我國海上風(fēng)能最豐富的省份，全國近海10km資源量達(dá)成19億kW，我國風(fēng)能資源非常豐富。圖1年平均風(fēng)功率密度分布圖在中國，傳統(tǒng)意義上的風(fēng)電開發(fā)始終以來基本是以建設(shè)大型風(fēng)電場為主，近些年來獲批的項(xiàng)目也以大型風(fēng)電場居多。多位于遠(yuǎn)離用電負(fù)荷的西北、華北、東北地區(qū)。截至終究，我國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)達(dá)1600萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)成4182.7萬千瓦，初次超出美國，躍居世界第一。但是同期也僅占全國發(fā)電裝機(jī)容量96219億千瓦的4.35%。我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為50*1018kJ，全國輻射總量中值為586kJ/cm2?a。如果全部運(yùn)用起來，可產(chǎn)生一萬個(gè)三峽發(fā)電量。年日照時(shí)數(shù)不不大于小時(shí)的地區(qū)面積約占全國總面積的2/3以上，是我國太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)，重要分布在，、、新疆、南部、、、、西部、中部和西南部、東南部、東南部、島等廣區(qū)。圖2太陽能資源分布圖由于我國特殊的地理?xiàng)l件，地區(qū)廣闊，地形復(fù)雜，因此獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)光互補(bǔ)離網(wǎng)發(fā)電設(shè)備得以廣泛應(yīng)用，成為電網(wǎng)無法達(dá)成或電網(wǎng)延伸不經(jīng)濟(jì)地區(qū)的重要發(fā)電手段。此舉，能夠節(jié)省能源，改善環(huán)境，緩和電力供應(yīng)緊狀況，對轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增加方式，增進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域的低碳模式的發(fā)展含有很重要的應(yīng)用價(jià)值。2.3風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)重要由下列幾部分子系統(tǒng)構(gòu)成：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電板構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)；蓄電池按照串并排行構(gòu)成的蓄能系統(tǒng)；電纜、整流器、逆變器、開關(guān)等構(gòu)成電量傳輸系統(tǒng)；控制器、電壓電流檢測器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)；交流電器、直流電器構(gòu)成的負(fù)載系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)物示意圖見圖3。圖3風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)物圖風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力和太陽輻射變化狀況，能夠在下列三種模式下運(yùn)行：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單獨(dú)向負(fù)載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)向負(fù)載供電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負(fù)載供電。其含有下列幾方面優(yōu)、缺點(diǎn)[5]：優(yōu)點(diǎn)：(1)運(yùn)用風(fēng)能和太陽能的互補(bǔ)特性，對氣象資源能夠更加充足的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)晝夜發(fā)電。在一定的氣象條件下，風(fēng)光系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)供電的持續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性。(2)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的早期投資和發(fā)電成本都低于獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。如果風(fēng)能和太陽能資源互補(bǔ)性比較好，在確保同樣供電的狀況下，能夠大大減少用于儲(chǔ)能的蓄電池的容量。(3)在風(fēng)能和太陽能比較豐富并且互補(bǔ)性好的狀況下，基本上完全能夠由風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行供電，極少或基本不用啟動(dòng)備用電源，能夠獲得更加好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)：(1)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)與單一的光伏發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，對系統(tǒng)的控制管理規(guī)定更高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；(2)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有兩種類型的發(fā)電單元，與單一風(fēng)力或光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，增加了維護(hù)工作難度和工作量。2.3國外研究現(xiàn)狀1981年，丹麥的N．E．Busch等提出了運(yùn)用太陽能和風(fēng)力互補(bǔ)的技術(shù)問題。隨即美國的C．I．Aspliden研究了太陽能一風(fēng)力互補(bǔ)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的氣象問題；前聯(lián)的N．Aksarni等人根據(jù)概率原理，統(tǒng)計(jì)出近似的太陽能、風(fēng)力潛力的預(yù)計(jì)值，為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持[6]。國外在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究重要集中于大型并網(wǎng)發(fā)電場及單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電和單獨(dú)太陽能光伏發(fā)電的方式，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電方面的研究比較少，特別是對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析較少，但也有某些初步的研究成果。這些研究成果重要討論的是微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題[7-9]?，F(xiàn)在我國進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究的單位諸多，重要有中科院能源所、大學(xué)、農(nóng)業(yè)大學(xué)、工業(yè)大學(xué)等。其學(xué)以及農(nóng)業(yè)大學(xué)對戶用型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的研究較為進(jìn)一步，提出了戶用系統(tǒng)的容量配備辦法；中科院能源所等單位提出了一套CAD的系統(tǒng)設(shè)計(jì)辦法；工業(yè)大學(xué)在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的控制領(lǐng)域較為突出和領(lǐng)先。綜合國外研究成果和研究方向，其中對離網(wǎng)型的中小型風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)重要容可歸納為下列幾個(gè)重要方面：1.系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性能分析1)以風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備投入成本作為經(jīng)濟(jì)優(yōu)性目的，以供電系統(tǒng)的確保率為約束條件，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能光伏電池以及蓄電池配備容量進(jìn)行優(yōu)化；2)以安裝地的氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過建立系統(tǒng)的仿真模型對已知配備系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，研究已知配備下的系統(tǒng)運(yùn)行狀念；3)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，以氣象數(shù)據(jù)為根據(jù)，對不同系統(tǒng)配備下的度電成本進(jìn)行分析；4)研究系統(tǒng)優(yōu)化配備的計(jì)算辦法，采用先進(jìn)的智能算法加入到優(yōu)化設(shè)計(jì)中，謀求更優(yōu)化配備。2.最大功率跟蹤技術(shù)最大功率跟蹤是為了確保了太陽能光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為最大輸出功率，使系統(tǒng)最大程度的運(yùn)用風(fēng)能和太陽能，提高互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)電率，同時(shí)還含有增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性功效。MPPT(MaximumPowerPointTracking)對太陽能電池板與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的MPPT的跟蹤辦法研究有下列幾個(gè)：1)定電壓法：把不同同照強(qiáng)度和溫度下的太陽能電池功率最大輸出點(diǎn)的對應(yīng)的電壓認(rèn)為是一條直線，電壓法辦法是一種近似的最大功率跟蹤辦法。2)擾動(dòng)法和爬坡法以及電導(dǎo)增量辦法：三種辦法都需要對設(shè)定變化增量的大小，通過對本次狀態(tài)輸出和前一次或前兩次狀態(tài)的輸出進(jìn)行對比，從而MPPT跟蹤。兩種辦法都存在一種相似的缺點(diǎn)：選用步長過小，會(huì)造成太陽能電池板長時(shí)間的滯留在低功率輸出區(qū)；選用步長過大，會(huì)造成系統(tǒng)振動(dòng)激烈。爬坡法與擾動(dòng)法在環(huán)境變化快速時(shí)，會(huì)發(fā)生誤判。3)智能控制算法：智能控制算法是隨著半導(dǎo)體功率器件、微解決器以及數(shù)字控制器的發(fā)展，近幾年出現(xiàn)某些新的算法，例如：滯環(huán)比較法、最優(yōu)梯度法、間歇掃描法跟蹤、含糊邏輯法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法等。智能控制普通控制算法復(fù)雜，規(guī)定微機(jī)配備高，成本費(fèi)用高，應(yīng)用于工程實(shí)踐的案例尚未見報(bào)道。3.蓄電池充放電及能量管理蓄電池的充放電管理直接關(guān)系到蓄電池壽命，直接影響系統(tǒng)的維護(hù)成本，也是整個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的一種重要環(huán)節(jié)。因而針對大多系統(tǒng)中采用的免維護(hù)鉛酸蓄電池的管理成為研究的重點(diǎn)。其中充放電控制和容量預(yù)測是其核心。4.風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真國外相繼開發(fā)出某些模擬光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電及其互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)性能的軟件包，能夠通過模擬不同系統(tǒng)的配備得到不同系統(tǒng)配備下的性能指標(biāo)和供電成本，得到系統(tǒng)最佳的配備。其中科羅拉多州立大學(xué)(ColoradoStateUniversity)和美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NationalRenewableEnergyLaboratory)合作開發(fā)的hybrid2應(yīng)用軟件[10]。并網(wǎng)型風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，要研究容以下[11]：大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工程應(yīng)用及風(fēng)電、光伏發(fā)電容量配比技術(shù)研究風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)電站智能協(xié)調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度運(yùn)行技術(shù)方案研究風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)防雷方案與接地優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電電站、光伏電站功率預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)研究風(fēng)光儲(chǔ)輸電站功率聯(lián)合預(yù)測系統(tǒng)研究與開發(fā)風(fēng)光儲(chǔ)輸聯(lián)合系統(tǒng)的仿真及并網(wǎng)后對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影晌研究風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)重要設(shè)備有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，太陽能電池，蓄電池，逆變器，負(fù)載構(gòu)成，系統(tǒng)的特性將取決于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成設(shè)備的特性，本節(jié)將初步對系統(tǒng)重要設(shè)備的基本原理與特性進(jìn)行介紹。3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，其作用是對風(fēng)能進(jìn)行吸取和轉(zhuǎn)化，最后輸出電能。從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)造上來看，其重要由風(fēng)力機(jī)(風(fēng)輪)、發(fā)電機(jī)、塔架或塔筒構(gòu)成；從能量轉(zhuǎn)換的角度考慮，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成，風(fēng)力機(jī)是運(yùn)用其風(fēng)輪對風(fēng)能的捕獲吸取，完畢風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，發(fā)電機(jī)將風(fēng)輪捕獲轉(zhuǎn)化來的機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出特性是由風(fēng)力機(jī)特性和發(fā)電機(jī)特性共同決定；其中風(fēng)力機(jī)對風(fēng)能的捕獲或吸取運(yùn)用的能力普通用風(fēng)輪風(fēng)能運(yùn)用系數(shù)Cp表達(dá)。風(fēng)輪風(fēng)能運(yùn)用系數(shù)是反映風(fēng)力機(jī)對風(fēng)能捕獲的能力指標(biāo)，其表達(dá)為風(fēng)輪捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為的機(jī)械能與通過風(fēng)輪截面積風(fēng)能總量的比值，風(fēng)輪風(fēng)能運(yùn)用系數(shù)求解模型普通采用不旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量理論模，其型假設(shè)條件[12]：1)氣流是不可壓縮的均勻定常流；2)風(fēng)輪簡化成一種槳盤；3)槳盤上沒有摩擦力；4)風(fēng)輪流動(dòng)模型簡化成一種單元留管；5)風(fēng)輪前后遠(yuǎn)方的氣流靜壓相等；6)軸向力沿槳盤均勻分布。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出特性是重要由兩部分決定：一部分是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪：另一部分是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)。風(fēng)力機(jī)重要完畢將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過其風(fēng)輪對風(fēng)的動(dòng)能捕獲吸取，完畢機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，機(jī)械能通過齒輪箱等增速傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給風(fēng)力發(fā)電機(jī)或直接傳遞給發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)化后的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。3.2太陽能電池太陽能電池的分類：單晶硅太陽能電池、多晶硅電池、非晶硅太陽能電池、多元化合物太陽能電池。其中多元化合物太陽能電池含有世界的最高水平的光電轉(zhuǎn)化效率。太陽能電池是將輻射到其表面光能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備，是太陽能發(fā)電的核心器件，其工作原理是光生伏效應(yīng)。太陽輻射的能量照射到太陽能電池板上表面時(shí)，電池板的PN結(jié)產(chǎn)生電子-空穴對，在太陽能電池的部電場力作用下，是光電子和空穴分離，造成太陽能電池的兩端出現(xiàn)攜帶不同電量積聚的中心，即電池板的兩端引出電線并接如電阻，構(gòu)成一種閉合電路，則會(huì)有電流從電阻中流過，從而獲得電功率的輸出。太陽能電池發(fā)電功率輸出是基于光生伏的效應(yīng)，研究表明發(fā)現(xiàn)：即使在太陽能輻射強(qiáng)度和太陽能電板組件溫度一致的狀況下，電池板功率輸出是一種非線性的輸出，電池板既不能等同于恒流源，也非恒壓源。在某一日照強(qiáng)度和溫度下，太陽能電池輸出電流-電壓-功率的特性曲線如圖4[13]。溫度和太陽能輻射強(qiáng)度都對太陽能電池組件輸出特性有影響。圖4太陽能電池的電流-電壓-功率特性曲線3.3蓄電池組件在獨(dú)立運(yùn)行的獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)多采用蓄電池蓄能的方式[14]，蓄電池蓄能有適應(yīng)負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化特性好、充放電效率高等優(yōu)點(diǎn)。蓄電池在系統(tǒng)中的作用是在電量充裕時(shí)，將電量儲(chǔ)存起來，短缺時(shí)將電量釋放出來，改善系統(tǒng)的供電可靠性的同時(shí)也起著改善供電電能質(zhì)量兩個(gè)方面起著重要的作用?，F(xiàn)在市場上供應(yīng)的蓄電池重要有堿性鎳、蓄電池鉛酸蓄電池。其中鉛酸蓄電池被譽(yù)為風(fēng)力發(fā)電專用電池，也是使用最為廣泛的一種蓄電池，含有容量較大、質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。本文將采用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備。從現(xiàn)在蓄電池使用狀況來看，普遍存在蓄電池容量下降過快，使用壽命短，甚至短短1-2年時(shí)間蓄電池的容量只有標(biāo)稱容量的30％-40％，甚至只有10％-20％。而大部分蓄電池通過1-4年的運(yùn)行，容量只有標(biāo)稱的50％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定使用壽命。影響蓄電池使用壽命的因素很復(fù)雜，造成蓄電池失效的模式有下列幾個(gè)方面：正極板腐蝕、嚴(yán)重失水、熱失控、硫酸化。3.4逆變器逆變器是風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的電能變換設(shè)備，是將直流電變換為交流電的設(shè)備。其工作原理是運(yùn)用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)直流電變換為交流電的一種電力電子設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是變換效率高；缺點(diǎn)是變換輸出波形較差，含有諧波，需要進(jìn)行交流低通濾波器的濾波。逆變器技術(shù)的發(fā)展能夠分為三個(gè)階段：1956-1980年為傳統(tǒng)發(fā)展階段，該階段的逆變器，以低速器為主，逆變器的開關(guān)頻率較低，輸出電壓波形改善以多重疊加法為主，體積重量大，逆變效率較低。1981-2為高頻化新技術(shù)階段，該階段逆變器開關(guān)器件以高速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率高，波形改善以PWM為主，體積重量小，逆變效率高，以正弦波逆變技術(shù)日益完善。-至今高效低污染階段，該階段特點(diǎn)以逆變器的綜合性能為主，低速開關(guān)與高速開關(guān)器件并用，多重疊加辦法與PWM法并用，不偏向追求高速開關(guān)器件，高開關(guān)頻率，高效環(huán)保的逆變器技術(shù)開始出現(xiàn)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的應(yīng)用前景(1)缺電生活。中國現(xiàn)有9億人口生活在農(nóng)村，其中5%左右現(xiàn)在尚未能用上電。在中國無電鄉(xiāng)村往往位于風(fēng)能和太陽能蘊(yùn)藏量豐富的地區(qū)。因此運(yùn)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)解決用電問題的潛力很大。采用已達(dá)成原則化的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有助于加速這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高其經(jīng)濟(jì)水平。另外，運(yùn)用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)開發(fā)儲(chǔ)量豐富的可再生能源，可覺得廣大邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村人口提供最適宜也最便宜的電力服務(wù)，增進(jìn)貧困地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。我國已經(jīng)建成了千余個(gè)可再生能源的獨(dú)立運(yùn)行村落集中供電系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)都只提供照明和生活用電，不能或不運(yùn)行使用生產(chǎn)性負(fù)載，這就使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變得非常差?？稍偕茉椽?dú)立運(yùn)行村落集中供電系統(tǒng)的出路是經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)運(yùn)行，涉及到系統(tǒng)的全部權(quán)、管理機(jī)制、電費(fèi)原則、生產(chǎn)性負(fù)載的管理、電站政府補(bǔ)貼資金來源、數(shù)量和分派渠道等等。但是這種可持續(xù)發(fā)展模式，對中國在的全部發(fā)展中國家都有深遠(yuǎn)意義。(2)室外應(yīng)用。世界上室外照明工程的耗電量占全球發(fā)電量的12%左右，在全球日趨緊的能源和環(huán)保背景下，它的節(jié)能工作日益引發(fā)全世界的關(guān)注?；驹硎牵禾柲芎惋L(fēng)能以互補(bǔ)形式通過控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據(jù)光線強(qiáng)弱程度自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉各類led室外燈具。智能化控制器含有無線傳感網(wǎng)絡(luò)通訊功效，能夠和后臺計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智能化控制器還含有強(qiáng)大的人工智能功效，對整個(gè)照明工程實(shí)施先進(jìn)的計(jì)算機(jī)三遙管理，重點(diǎn)是照明燈具的運(yùn)行狀況巡檢及故障和防盜報(bào)警。(3)道路照明。車行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；社區(qū)(廣義)道路照明工程(社區(qū)路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)?，F(xiàn)在已被開發(fā)的新能源源室外照明工程有：風(fēng)光互補(bǔ)LED智能化路燈、風(fēng)光互補(bǔ)LED社區(qū)道路照明工程、風(fēng)光互補(bǔ)LED景觀照明工程、風(fēng)光互補(bǔ)LED智能化隧道照明工程、智能化LED路燈等。(4)航標(biāo)應(yīng)用。我國部分地區(qū)的航標(biāo)已經(jīng)應(yīng)用了太陽能發(fā)電，特別是燈塔樁，但是也存在著某些問題，最突出的就是在持續(xù)天氣不良狀況下太陽能發(fā)電局限性，易造成電池過放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽能發(fā)電局限性的問題尤為嚴(yán)重。天氣不良狀況下往往是隨著大風(fēng)，也就是說，太陽能發(fā)電不抱負(fù)的天氣狀況往往是風(fēng)能最豐富的時(shí)候，針對這種狀況，能夠用以風(fēng)力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)含有環(huán)保、無污染、免維護(hù)、安裝使用方便等特點(diǎn)，符合航標(biāo)能源應(yīng)用規(guī)定。在太陽能配備滿足春夏季能源供應(yīng)的狀況下，不啟動(dòng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；在冬春季或持續(xù)天氣不良狀況、太陽能發(fā)電不良狀況下，啟動(dòng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。由此可見，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在航標(biāo)上的應(yīng)用品有了季節(jié)性和氣候性的特點(diǎn)。事實(shí)證明，其應(yīng)用可行、效果明顯。(5)監(jiān)控電源?，F(xiàn)在，高速公路道路攝像機(jī)普通是24小時(shí)不間斷運(yùn)行，采用傳統(tǒng)的市電電源系統(tǒng)，即使功率不大，但是由于數(shù)量多，也會(huì)消耗不少電能，采用傳統(tǒng)電源系統(tǒng)不利于節(jié)能；并且由于攝像機(jī)電源的線纜經(jīng)常被盜，損失大，造成使用維護(hù)費(fèi)用大大增加，加大了高速公路經(jīng)營單位的運(yùn)行成本。應(yīng)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)為道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供電源，不僅節(jié)能，并且不需要鋪設(shè)線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區(qū)會(huì)出現(xiàn)惡劣的天氣狀況，如持續(xù)灰霾天氣，日照少，風(fēng)力達(dá)不到起風(fēng)風(fēng)力，會(huì)出現(xiàn)不能持續(xù)供電現(xiàn)象，能夠運(yùn)用原有的市電線路，在太陽能和風(fēng)能局限性時(shí)，自動(dòng)對蓄電池充電，確保系統(tǒng)能夠正常工作。(6)通信應(yīng)用?，F(xiàn)在國許多海島、山區(qū)等地遠(yuǎn)離電網(wǎng)，但由于本地旅游、漁業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負(fù)荷都不會(huì)很大，若采用市電供電，架桿鋪線代價(jià)很大，若采用柴油機(jī)供電，存在柴油儲(chǔ)運(yùn)成本高，系統(tǒng)維護(hù)困難、可靠性不高的問題。要解決長久穩(wěn)定可靠地供電問題，只能依賴本地的自然資源。而太陽能和風(fēng)能作為取之不盡的可再生資源，在海島相稱豐富，另外，太陽能和風(fēng)能在時(shí)間上和地區(qū)上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，海島風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是可靠性、經(jīng)濟(jì)性較好的獨(dú)立電源系統(tǒng)，合用于通信基站供電。由于基站有基站維護(hù)人員，系統(tǒng)可配備柴油發(fā)電機(jī)，以備太陽能與風(fēng)能發(fā)電局限性時(shí)使用。這樣能夠減少系統(tǒng)中太陽電池方陣與風(fēng)機(jī)的容量，從而減少系統(tǒng)成本，同時(shí)增加系統(tǒng)的可靠性。(7)電站應(yīng)用。風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能電站是運(yùn)用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，不經(jīng)蓄電池而直接帶動(dòng)抽水機(jī)實(shí)施補(bǔ)丁時(shí)抽水蓄能，然后運(yùn)用儲(chǔ)存的水能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電供電。這種能源開發(fā)方式將傳統(tǒng)的水能、風(fēng)能、太陽能等新能源開發(fā)相結(jié)合，運(yùn)用三種能源在時(shí)空分布上的差別實(shí)現(xiàn)期