发布时间 : 星期二 文章张吉荣毕业设计论文（2kw风光互补发电系统设计光伏发电部分）更新完毕开始阅读
兰州交通大学毕业设计（论文）
1 绪论
1.1能源问题
能源是不仅仅是现代经济社会发展的基础，也是经济社会发展的重要制约因素。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日益枯竭和全球环境的日益恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作。解决能源危机可以有如下三种办法：一是提高燃烧效率以减少能源消耗，实现清洁煤燃料以减少污染；二是开发新能源，积极利用可再生能源；三是开发新材料、新工艺，最大限度地实现实现节能。太阳能和风能被看作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。
1.2风能太阳能的概况
太阳能分布广泛，可自由利用，取之不经，用之不竭，是人类最终可以依赖的能源。而光伏发电技术是太阳能利用技术中最具有发展前景的方式之一。它具有无污染、无噪声、安全可靠、故障率低、维护简单、建设周期短等优点。它是今后可替代矿物燃料的战略性能源，又是当前边远地区能源供应的一种有效的补充。随着矿物燃料的逐渐消耗，太阳能光伏发电技术将越来越显示其重要性和发展潜力。
风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射造成地球表面受热不均引起的，引起大气层压力分布不均，以致空气流动所形成的动能称为风能。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源，一起蕴藏量巨大、可以再生、分布广泛以及没有污染等优势而在各国发展迅速。全球的风能约为2.74×109WM，其中可利用的风能为2×107WM，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
可以看出，太阳能发电和风力发电对于改善能源结构、推动生态环境建设，特别是对边远地区的生产、生活用电等诸多领域的发展将发挥积极的作用，具有广阔的市场前景。
1.3 风光发电的发展概况
光伏发电技术
1839年，法国物理学家EdmondBecquerel意外的发现，用两片金属浸入溶液结构的付打电池在光照下会产生额外的电势，他将这种现象称为“光生付打效应（Photovoltaic Effect）”。1873年，英国科学家WilouzhbySmith观察到对光敏感的硒材料，并推断出在光的照射下硒导电能力的增加正比与光通量。1880年，Charles Ffitts 开发出以硒为基
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础的太阳能电池，以后人们即把能够产生光生付打效应的器件称为“光伏器件”。半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高，通常称这类光伏器件为“太阳能电池（Solar Cell）”。1954年，贝尔实验室的科学家们第一次用晶体硅材料制成了光伏电池，光电转换效率高达4%。始于20世纪50年代的空间发展计划成为光伏发电技术的第一个主要应用对象，而且光伏技术的发展也成为整个空间技术发展计划的一部分，对光伏技术的发展起到了巨大的推动作用。今天，几乎所有的人造卫星都是靠光伏电池供电，包括通信卫星、军事卫星和科学家实验卫星。
风能发电技术
20世纪90年代中后期，在世界范围内形成了一股风力发电热，风力发电量增长速度居全球之首。全世界风力发电迅猛发展的原因主要有一下几个：第一，风力发电技术比较成熟。近20年来，美国、丹麦等国家投入了大量的人力、物力和财力研究可以商业运营的风力机，取得了突破性的进展。可利用率从原来的50%提高到98%，风能利用系数超了40%。由于采用计算机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护措施更加完善，并且实现了单机独立控制、多机群控和遥控，完全可以无人职守。现代风力机技术是现代高科技的完善组合。目前，百千瓦级风机已经商品化，投入批量生产，兆瓦级机组也正小批量生产。第二，风力发电具有经济性。目前据美国能源部2000年统计，全世界风力发电机组的单位造价已降为1000美元/KW，单位发电成本为4~7美分/kWh；而火力发电单位造价为700~800美元/KW，单位发电成本为5~8美分/kWh。第三，全球有丰富的风能资源。据统计全球风能潜力约为目前全球用电量的5倍。美国0.6%的陆地面积安装了风力发电机，便可以满足美国目前电力需求的20%。第四，政府的优惠政策。美国政府为风力机行业提供40%的信贷；德国政府也给风力机投资者提供资助，资助金额最高达单台风力机投资的60%；丹麦政府对风力机投资者提供资助，20世纪80年代初期为30%，以后逐年减少，到1990年资助完全取消。这些优惠政策，促进了风力商品化进程，这也是以上3个国家能成为世界上风电生产大国的一个主要原因。第五，风力发电是实现人类可持续发展的需要。随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增加，而地球上可利用的常规能源日趋匮乏。据专家预测，煤炭还可以开采221年，石油还可以开采39年，天然气只能用60年。国际能源专家预言：21世纪是风力发电的世纪。绿色能源——风力发电将为人类最终解决能源问题带来新的希望。
风光互补发电
上世纪八十年代许多人开始了风能、太阳能的综合利用的研究。丹麦的N.EBusch和Kllenbach（1981年）提出了太阳能和风能混合利用技术问题；美国的C.LAsPliden（1981）研究太阳能——风能混合转换系统的气象问题；前苏联的N.sarin等根据概率原理，统计出近似的太阳能风能潜力的估计值；余华杨等（1987）也提出了太阳能、风能发电机的能量转换装置。尽管太阳能和风力发电
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有上述众多优势，但是作为独立供电设备二者均存在一定的局限性。独立的风力发电装置在无风天气下无法提供电能的连续供应，而太阳能发电装置在夜晚以及阴雨天等气候条件下无法保证电能的连续供应。采用风光互补发电技术后，可以有效解决单一发电不连续问题，保证基本稳定的供电。我国属季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射强度小；夏季风小，太阳辐射强度大。同时大部分地区正午太阳光强的时候一般没有风，而在夜间没有太阳光照的时候风力则相对较强。风和光在时间上的互补性使得风光互补发电技术在保障供电连续性上有重大意义，风光互补发电系统具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。因而风光互补发电技术正在得到广泛地应用。
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2 风光互补发电系统整体结构
系统结构图如图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。
太阳能电池 风力发电机 微机控制系统 蓄电池 逆变器 图1 系统框图
从图1中我们可以看出，它的主要组成设备有：
风力发电机：风机采用具有特别适合大多内陆地区低风速、时发电特性好、发电量大的特点。具有机械、电子刹车装置，可以确保在高风速时，风机转速稳定控制在安全可靠的范围内，使最高输出电压成为安全可控的电压。采用12V/150W风力发电机，当风力≥3m/s工作，10m/s风速时达到额定150W功率。
太阳能光电池板：采用100W/14V ，0.6㎡的硅光电池，它能将太阳能转化为电能，属于一种半导体元件，它的特点：它是转换效率高达15%的单晶硅太阳能电池板。具有抗风、防潮、工作稳定、无需维护等特点。
铅酸蓄电池：蓄电池的选择要求：重量轻、体积小、能量转换率高、自放电慢、充放电循次数多（即使用寿命长）等。其次，还有些特殊要求如低温时能大电流放电、维护简单或无需维护、自放电（析氢）特别慢等。
微机控制系统：微机控制系统是整个设计的核心内容。它是整个系统安全运行的基本保证。另外本系统受应用环境的要求，本身就要求实现免维护。所以无论从硬件系统还是软件系统都要对系统有保护作用。
逆变器：逆变系统是把蓄电池中的直流电变成标准的220V交流电，保证交流电在设备的正常使用。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；在逆变器的电路结构形式上，主要是工频变压器和高频变压器两种形式。对一个风光发电系统而言，逆变器是一种电力电子设备，抗过载，抗冲击的能力要相对弱一些，是最易出故障的单元。
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