第一篇：一种基于风光互补发电的物联网远程监控系统

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一种基于风光互补发电的物联网远程监控系统

作者：郭栋 徐欣 杨根科 田作华 朱青山

来源：《现代电子技术》2013年第01期

摘 要：针对远程运行的风光互补发电系统，提出基于视频监控、射频通信、GPRS传输、数据库应用及图形化LabVIEW编程的物联网远程监控系统，重点介绍了系统各模块的硬件设计、软件设计，数据的传输流程以及服务器数据库的配置、客户端软件的实现。该系统实际应用于风光互补发电系统中，可实时同步测量显示风光互补发电过程的各种数据，存储的数据库信息可以为日后的科学研究提供依据，为风光发电技术的改进与提高奠定了基础。关键词：风光互补； 物联网； 监控系统； LabVIEW

第二篇：风光互补发电系统简介

风光互补发电系统简介

一、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。

二、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。

据国内有关资料报道，目前运行的风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等。

三、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，系统结构图见附图。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)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；

(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；

(4)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；

(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。

风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：

●利用风能、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；

●在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量[5]；

●通过合理地设计与匹配，可以基本上由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。

四、风光互补发电系统的应用前景

(1)无电农村的生活、生产用电

中国现有9亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。在中国无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区。因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用已达到标准化的风光互补发电系统有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进贫困地区的可持续发展。

我国已经建成了千余个可再生能源的独立运行村落集中供电系统，但是这些系统都只提供照明和生活用电，不能或不运行使用生产性负载，这就使系统的经济性变得非常差。可再生能源独立运行村落集中供电系统的出路是经济上的可持续运行，涉及到系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理、电站政府补贴资金来源、数量和分配渠道等等。但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家都有深远意义。

(2)半导体室外照明中的应用

世界上室外照明工程的耗电量占全球发电量的12%左右，在全球日趋紧张的能源和环保背景下，它的节能工作日益引起全世界的关注。基本原理是：太阳能和风能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，到晚间根据光线强弱程度自动开启和关闭各类led室外灯具。智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现三遥管理(遥测、遥讯、遥控)。智能化控制器还具有强大的人工智能功能，对整个照明工程实施先进的计算机三遥管理，重点是照明灯具的运行状况巡检及故障和防盗报警。

室外道路照明工程主要包括：

●车行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；

●小区(广义)道路照明工程(小区路灯/庭院灯/草坪灯/地埋灯/壁灯等)。

目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：风光互补led智能化路灯、风光互补led小区道路照明工程、风光互补led景观照明工程、风光互补led智能化隧道照明工程、智能化led路灯等。

(3)航标上的应用

我国部分地区的航标已经应用了太阳能发电，特别是灯塔桩，但是也存在着一些问题，最突出的就是在连续天气不良状况下太阳能发电不足，易造成电池过放，灯光熄灭，影响了电池的使用性能或损毁。冬季和春季太阳能发电不足的问题尤为严重。

天气不良情况下往往是伴随大风，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以用以风力发电为主，光伏发电为辅的风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统。风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统；在冬春季或连续天气不良状况、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。由此可见，风光互补发电系统在航标上的应用具备了季节性和气候性的特点。事实证明，其应用可行、效果明显。

(4)监控摄像机电源中的应用

目前，高速公路道路摄像机通常是24小时不间断运行，采用传统的市电电源系统，虽然功率不大，但是因为数量多，也会消耗不少电能，采用传统电源系统不利于节能；并且由于摄像机电源的线缆经常被盗，损失大，造成使用维护费用大大增加，加大了高速公路经营单位的运营成本。应用风光互补发电系统为道路监控摄像机提供电源，不仅节能，并且不需要铺设线缆，减少了被盗了可能，有效防盗。但是我国有的地区会出现恶劣的天气情况，如连续灰霾天气，日照少，风力达不到起风风力，会出现不能连续供电现象，可以利用原有的市电线路，在太阳能和风能不足时，自动对蓄电池充电，确保系统可以正常工作。

(5)通信基站中的应用

目前国内许多海岛、山区等地远离电网，但由于当地旅游、渔业、航海等行业有通信需要，需要建立通信基站。这些基站用电负荷都不会很大，若采用市电供电，架杆铺线代价很大，若采用柴油机供电，存在柴油储运成本高，系统维护困难、可靠性不高的问题。

要解决长期稳定可靠地供电问题，只能依赖当地的自然资源。而太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，在海岛相当丰富，此外，太阳能和风能在时间上和地域上都有很强的互补性，海岛风光互补发电系统是可靠性、经济性较好的独立电源系统，适合用于通信基站供电。由于基站有基站维护人员，系统可配置柴油发电机，以备太阳能与风能发电不足时使用。这样可以减少系统中太阳电池方阵与风机的容量，从而降低系统成本，同时增加系统的可靠性。

(6)抽水蓄能电站中的应用

风光互补抽水蓄能电站是利用风能和太阳能发电，不经蓄电池而直接带动抽水机实行补丁时抽水蓄能，然后利用储存的水能实现稳定的发电供电。这种能源开发方式将传统的水能、风能、太阳能等新能源开发相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现期间的互补开发，适用于电网难以覆盖的边远死去，并有利于能源开发中的生态环境保护。

风光互补抽水蓄能电站的开发至少满足以下两个条件：

●三种能源在能量转换过程中应保持能量守恒；

●抽水系统所构成的自循环系统的水量保持平衡。

虽然与水电站相比成本电价略高，但是可以解决有些地区小水电站冬季不能发电的问题，所以采用风光互补抽水蓄能电站的多能互补开发方式具有独特的技术经济优势，可作为某些满足条件地区的能源利用方案。

风光互补发电系统的应用向全社会生动展示了风能、太阳能新能源的应用意义，推动我国节能环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设，具有巨大的经济、社会和环保效益。

总结

风能和太阳能都是清洁能源，随着光伏发电技术、风力发电技术的日趋成熟及实用化进程中产品的不断完善，为风光互补发电系统的推广应用奠定了基础。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设。

总之，相信随着设备材料成本的降低、科技的发展、政府扶持政策的推出，该清洁、绿色、环保的新能源发电系统将会得到更加广泛的应用。

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第三篇：户用风光互补发电系统可行性报告

户用风力与太阳能光伏互补发电系统

设计可行性研究报告

一、风力与太阳能光伏发电行业发展前景分析

风力发电是一种将风能转换为机械能，由机械能冉转换为电能的机电装置。利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来带动发电机发电。依据目前的风能技术，大约1米/秒的微风速度，便可以开始发电。

光伏发电是利用单晶硅、多晶硅或非晶硅半导体电子器件光伏效应原理有效地吸收太阳辐射能, 并直接转变成电能的发电方式。

风力发电、太阳能光伏发电是近年来国内外应用比较广泛、最有发展前景的可再生能源利用技术。在当今化石能源日益减少、生态环境遭受破坏的情况下，利用以风能、太阳能为代表的清洁、可再生能源，对于改善现有能源结构，缓解能源危机，实现人与自然的可持续发展具有重要的意义。

世界各国尤其是发达国家高度重视以太阳能和风能为代表的新能源发展，通过增加财政投资、减免税收、电力回购补偿等一系列措施，鼓励刺激风力发电、太阳能光伏发电行业的发展。以太阳能光伏行业为例，2009年，全球光伏市场累计安装量提高了45%，达到了22.9GW。新增光伏装机容量接近5.8GW，增速为46.6%。其中，德国新增光伏装机容量从1.8GW提高到3.8GW，几乎翻了一番，从2008年41.1%的占比上升为51.7%，居全球第一位。其它国家也发展迅速，意大利安装了711MW，成为第二大市场，捷克和比利时09年分别安装了411MW和292MW。欧洲以外的国家也同样发展迅速，日本安装了484MW，美国则安装了470MW，其中包括40MW的离网系统。而风电行业，2009年全球风电装机总量达到157900MW．较上年增加了37500MW。欧洲的风能发电发展最快，其中德国十分重视风电发展，目前是世界上风电技术最先进的国家。截至2006年底，德国风电总装机容量达到了20 622 MW，占世界风电总装机容量的1／3以上．德国风力发电量约占全年总发电量的6％，居世界第1位．到2010年，德国风电装机容量达到23 000 MW，可提供德国8％～10％的电力需求，l5个欧盟成员国可再生能源生产的电力满足全部电力需求的22％．

在当前阶段，风力发电、太阳能光伏发电市场的发展很大程度依赖于相关国家制定的支持机制和法案，支持机制和法案的颁布、更改、增强或削弱都会对风力发电、光伏市场和产业造成深远的影响。德国、日本、美国等发达国家风力发电、太阳能光伏发电行业能有如此迅速的发展，均得益于相关国家有一套成熟的激励措施和支持法案，值得指出的是：日本、德国、西班牙、意大利、韩国等许多国家制定的风能、太阳能发电回购补偿政策，对促进、鼓励民间发展太阳能光伏、风能发电起到至关重要的作用。

我国光伏发电和风能产业起步于20世纪70年代，90年代中期进入稳步发展时期，经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。2006年至2008年，中国的新能源市场投资年均增长率为67％，23.5亿美元的投资中大约有60％投向了太阳能领域，其余主要投资到风能领域。特别是在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，太阳能电池及组件产量逐年稳步增加，我国光伏产业经历爆发式增长，已基本形成了涵盖多晶硅材料、铸锭、拉单晶、电池片、封装、平衡部件、系统集成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业链。产业链各个环节的专用设备和专用材料的国产化加快，许多设备完全实现了国产化并有部分出口。到2007年底，全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，从业人员达到8万人以上。而我国风电行业近年来发展也非常迅速，到2009年底，我国风电总装机容量累计为2580万千瓦，其中并网风电1613万千瓦，占全国总装机容量的占1．85％，另还有967万千瓦未并网风电。其中仅2009年新增装机容量就达到1300万千瓦。总的风电装机容量位于美国、德国之后，名列全球第三。2009年，我国风电发电量为275亿千瓦时，占总的发电量比例为0．75％。

近年来，国家财政对太阳能和风能产业的补贴力度逐年增强。2008年，我国开始启动屋顶和大型地面并网光伏发电示范项目的建设；2009年初完成了甘肃敦煌10MW级大型荒漠并网光伏电站的招标工作；同时太阳能屋顶计划与金太阳示范工程、风能发电的财政补贴项目也相继推出，这一系列的政策措施给我国未来的太阳能光伏和风能产业提供了一个广阔的发展空间。

我国现行的补贴政策主要针对光伏设备生产企业、大型项目承建商和一些示范性项目，缺乏对于小型发电系统或是消费者、投资者的激励政策。这也是我国光伏产业商业化推广迟缓的重要原因。经验表明，我国政府的政策

导向将在未来一段时间内决定着国家风能与光伏产业的发展水准和市场需求。直到现在，我国还没有太阳能上网电价和新能源电力回购补偿政策,每年几百兆瓦的太阳能电站建设与每年几个吉瓦太阳能光伏电池生产能力相形见绌,远不成比例。因此,太阳能上网电价和新能源电力回购补偿政策尽快出台是中国太阳能与风能发电产业的当务之急。相信在节能减排、低碳经济的大背景下，针对目前风能与光伏发电成本高、国内产业对进出口依存度过高的特点，我国将加大政策指导和扶持力度，一旦国家新能源电力回购补偿政策出台, 风能、太阳能发电行业必将迎来迅猛发展的时机。

二、项目市场定位分析

我国2006年颁布的《可再生能源法》 规定：电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内的可再生能源并网发电项目的上网电量。但实际上由于光伏上网电价成本是常规能源上网电价的1O倍而无法实施。最近我国完成的8MW 并网光伏系统的前期研究表明，目前完全商业化运作的并网光伏发电上网电价成本大约为3．4元／千瓦时，这样高的成本无论是国家补贴还是全民分摊，大面积发展都会遇到很大的困难和阻力。如果是一般家庭用的光伏发电系统，则发电成本更高，通过在淘宝网检索进行价格对比，国内多晶硅太阳电池价格大约为10~15元／瓦，一套户用3000瓦太阳能光伏发电系统单是太阳能板就需30000~45000元左右，若配套蓄电池、逆变器、整流器、控制器及附属部件及安装费，至少需40000~50000元左右。网上检索到华威能源生产的整套3000瓦太阳能光伏发电系统市场销售价格最低为36916元。按照一般家庭每月电费200元计算，理论上需要至少15年~20年才能收回成本，而且还不包括使用过程的维护费用。通常,家庭预期投资回收期超过5年就很难被消费者所接受。在光伏发电成本还不具有市场竞争力，且缺乏实质性政策支持的情况下，户用太阳能光伏发电系统很难直接走向市场。另外，风力发电的上网价格在0．42~0．72元／千瓦时，成本正逐渐接近火电成本，但分散式风力发电机系统的可靠性较差，随机性和间歇性强，电能质量较差，需进行比较复杂的处理才能使用。因此，风能发电和太阳能光伏发电系统只有在远离电网且必须用电的地方才能找到其商业的价值。根据初步分析，目前，风能与太阳能光伏发电系统具有市场价值的地方和行业如下：

1、偏远农村、山区、草原、边防哨所，海岛等地方。

这些地方远离电网，迫切需要用电改善工作和生活条件，使用柴汽油发

电成本过高，而风能或太阳能发电系统恰好能够填补这一空缺。

2、远离城市和供电线路的移动通信基站。

移动通信基站用电负荷都不会太大，若采用市电供电，架杆铺线代价很大，若采用柴油发电机供电，存在柴油储运成本高，系统维护困难、可靠性不高的问题。要解决长期稳定可靠的供电问题，只能依赖当地的自然能源，而太阳能和风能可作为取之不尽的可再生能源。将大大降低电源配置成本。

3、高速公路沿线的交通标志和录像监控装置。

高速公路的外场监控设备一般采用直接敷设电缆的供电方式，诸如互通立交、弯道、坡道、特大桥等需重点监控的路段往往离电源点的距离很远，采用传统电缆供电方式，就必须使用比较粗大的铜芯线缆来降低电压衰减，从而导致建设费用过高，同时运营期间也因电缆经常被盗而给业主造成重大的经济损失和运营管理的不便。而采用风光互补的方式对外场监控设备供电，与传统电缆供电相比省去了中间电缆及其敷设的过程，大大降低了供电成本，具有很好的性价比。而且高速公路上由于车辆行驶速度很快，不断卷起的气流会使公路两旁常年处于有风状态，保证风光互补系统常年处于运行供电状态。

4、渔船作业和生活用电。

渔船出海作业需要保证卫星导航、通信设施、安全指示灯、标志灯、灯光作业灯等的供电，泊港后需要有人留守，留守人员需要照明、电视、冰箱等生活用电。因此，渔船常年需要用电，过去一直靠柴油发电机发电解决。购置柴油发电机和发电用油的成本并不低。如果设计1000瓦以下价格在10000元以下的船用小型风力与太阳能光伏互补发电系统,则可以很好地解决渔船用电问题，完全可以做到成本低于使用柴油发电机。目前，在浙江、江苏省沿海一带，在政府的倡导下，渔船开始普及安装300瓦~1000瓦的微小型风力与太阳能光伏互补发电系统,节省了大量燃油，应用效果比较好。北海作为沿海城市，海上风力和太阳能资源充沛，北部湾和南海大批的作业渔船，可以作为市场的潜在用户，完全有可能在渔船找到市场的切入点。

三、项目技术定位分析

风能和太阳能由于受地理分布、季节变化、昼夜交替等影响，其能量密度变化较大。然而，太阳能与风能在时间和地域上都有一定的互补性，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，太阳光强度弱而风大。太阳能发电稳定可靠，但成本较高，而风力发电成本较低，但随机性大，供电可靠性差。因此相对于单一的风能、太阳能发电，风光互补发电系统是更经济合理、稳定、持续的发电模式。将两者结合起来，可实现昼夜发电，提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。另外，以家庭用户为单位的风能与太阳光伏发电系统是今后最普遍的一种新能源应用方式。因此，应该将项目考虑定位为：独立的离网型小型风力与太阳能光伏互补发电系统。利用成熟先进的以单片机为核心的嵌入式技术、电力电子技术、小型微风发电技术和多晶硅太阳能电池，研发出一种功率在300瓦以上，3~5千瓦以下，具有微风发电和太阳能光伏发电互补功能，智能化控制程度较高的家庭用小型发电系统。为将来太阳能光伏发电大规模商业化应用做好技术储备。

四、系统的基本构成

风光互补发电系统主要由风力发电机、风电整流器、太阳能光伏电池阵、控制器、蓄电池、逆变器等部分组成。如图所示：

其工作原理是：风力发电机将风能转换成交流电能，先经整流器整流成为直流电，由控制器对蓄电池充电，然后再通过逆变器转换成交流电才能供给交流负载。太阳能光伏电池阵将太阳能直接转换成直流电，并通过逆变器可将直流电转换为交流电对负载进行供电，同时在光伏电能充裕时由控制器对蓄电池充电。在日照不足时，储存在蓄电池中的直流电能经过逆变器，变换成交流电供给交流负载使用。正常工作情况下，风力发电部分和光伏发电部分可以独立工作，也可以同时工作。

1、风力发电机

按主轴旋转方向分为两类：水平轴式风力发电机，转动轴与地面平行，需随风向变换调整叶轮的朝向。多采用水平轴、上风向、三叶片式，该类型风力发电机具备较高的风能利用率,价格低廉，但叶片旋转直径较大。垂直轴式风力发电机转动轴与地面垂直，叶轮不需改变方向。依形状可分为桶形转子和打蛋形转子等。新型垂直轴风力发电机(H型)采用了新型结构和材料，具有启动风速低、噪音低、抗风能力强等优点，1米/秒微风就可起步发电。叶轮旋转直径较小，安装使用方便，但价格相对较高，目前处于推广应用阶段。小型风力发电装置可使用的发电机类型较多，有直流发电机、电磁式交流发电机、磁阻式发电机及感应子式发电机等。永磁同步发电机由于其结构简单，效率高，体积小的特点得到广泛应用。本装置的风力发电机采用交流永磁同步发电机。按价格要求选取水平式或垂直式风机。

根据淘宝网检索价格，300瓦垂直式风力发电机价格为2000元左右，超过500W的垂直式风力发电机价格6000~10000元以上。300瓦水平式风力发电机价格为1500元左右，1000W的水平式风力发电机价格3500元左右。水平式风力发电机价格比较便宜，但因旋转直径过大，对风向要求较严，不适宜安装在渔船上。因此陆上系统可选取水平式风力发电机，但船用系统宜选垂直式风力发电机。

2、太阳能光伏电池阵列

单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的。使用寿命一般可达15年，最高可达25年，制作成本很高。多晶硅太阳能电池的光电转换效率约12％，使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短，制作成本相对较低。因此得到大量发展。非晶硅太阳能电池是近年开始应用的一种新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，最高只能达到10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减较快。薄膜式太阳电池是太阳能电池今后的发展方向。

按照性能价格比，系统宜选取多晶硅太阳能电池。据淘宝网检索，多晶硅价格为10元~15元/瓦，面积为0.008平方米/瓦，则300瓦价格为3000元~4000元左右。面积为2.4平方米。

3、风光互补控制器

主要用于控制太阳能电池和风力发电机同时对蓄电池进行智能充电。装置采用单片机控制系统，具备防雷、PWM卸载、太阳能防反充、过电压自动刹车、蓄电池反接和开路保护等完善的保护功能，并有液晶显示。控制系统的风电、光电均采用PWM 脉宽调制充电方式，智能三阶段充电模式，即采用主充、均充、浮充的方式进行充电，其中光电采用最大功率跟踪（MPPT）充电技术；卸荷采用无级卸载的方法；保护功能包括防雷、过充、过放(蓄电池低电压告警、关断、恢复)、反接、蓄电池过压、太阳能光电池过流、输出过载以及短路等。具有如下设计指标：

(1)PWM整流电路：采用具有PWM端口的单片机软件控制与外围整流电路相结合的方法，调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。将风力发电机输出的交流电变换成为可控制的直流电提供给蓄电池充电。(2)PWM无级卸载：在太阳电池板和风力发电机所发出的电能超过蓄电池和逆变输出需要时，控制系统必须将多余的能量通过卸荷释放掉。普通的控制方式是将整个卸荷全部接上，此时蓄电池一般还没有充满，但能量却全部被耗在卸荷上，从而造成了能量的浪费。有的则采用分阶段接上卸荷，则阶段越多，控制效果越好，但一般只能做到五六级左右，所以效果仍不够理想。装置采用PWM（脉宽调制）方式进行无级卸载，在正常卸载情况下，可确保蓄电池电压始终稳定在浮充电压点，只将多余的电能释放到卸荷上。从而保证了最佳的蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用，并确保了蓄电池的使用寿命。

(3)智能限压限流充电：由于蓄电池只能承受一定的充电电流和浮充电压，过充电电流和过电压充电都会对蓄电池造成严重的损害。本控制器通过单片机实时检测蓄电池的充电电压和充电电流，并通过控制光伏充电电流和风机充电电流来限制蓄电池的充电电压和充电电流，从而确保了蓄电池的使用寿命。

(4)液晶显示蓄电池电压和充电电流和运行数据：能够直观了解蓄电池的电压状态，并可以根据蓄电池的电压来调节使用负载的大小和时间。(5)完善的保护功能：

a、太阳能防反充：在夜间等光线不好的情况下，蓄电池的电压可能会高于太阳能电池阵列的端电压。装置配置防反充电路，以防止蓄电池对太

阳能电池产生反充。b、防雷保护：内带有避雷装置，能将雷电产生的瞬时强电压和电流释放掉，以保护本控制器及后级设备不受雷击损伤。c、蓄电池反接保护：如果蓄电池不小心反接，则相当于发生短路，即会产生巨大的瞬时电流。如果不加保护，则必然会损坏蓄电池和设备本身。装置具有完善的蓄电池反接保护功能，在不小心反接时，电路中的保险丝会自动熔断，使得整个蓄电池回路断开，从而有效保护蓄电池和本设备。d、蓄电池开路保护：长期使用后，蓄电池可能会发生开路或接触不良。装置在蓄电池开路后会发出声光报警，并保护设备自身不被损坏。e、过风速和过电压刹车：在大风或过电压状态下，本控制器将自动启动电磁刹车，以保护风机和蓄电池。

(7)数字化智能控制：核心器件采用功能强大的单片机进行控制，外围电路结构简单，且控制方式和控制策略灵活强大，确保系统运行的稳定。

意法半导体的STM32F103单片机芯片功能强大，有较强的PWM控制功能，且研发人员均已熟练掌握该芯片的使用，因此控制器设计拟选STM32F103单片机。

4、逆变器

逆变器是一种电源转换装置，主要功能是将蓄电池的直流电逆变成标准工频交流电。逆变器通过全桥电路，采用正弦波脉宽调制SPWM技术经过调制、滤波、升压等，得到与电网负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供用户使用。

正弦波逆变器的优点是输出波形基本为正弦波，在负载中只有很少的谐波损耗，对通信设备干扰小，整机效率高。随着电力电子技术的进步，脉宽调制技术的普及，SPWM型正弦波逆变器逐渐成为逆变器的主流产品。以单相全桥式逆变器为例，四个对角的开关功率管以每个对角线的两个开关管为一组，依次导通和关断，在负载两端就产生交替的正负电压，形成交流输出。当此交替导通的频率与负载所需的交流频率相同时，其输出的电压为方波电压。当开关管以比逆变交流输出电压高许多的频率开关，且每次开关的脉宽按照正弦波的幅值调制时，就变成了正弦波脉宽调制输出的逆变器，加滤波器后其输出的电压波形就是正弦波输出逆变器。

逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。在中、小容量的逆变器中，由于直流电压

较低，如蓄电池的公标电压为直流12V、24V、48V，就必须设计升压电路。

中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。

全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。

推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，由于升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在20KHz以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电(一般均在300V以上)再通过工频逆变电路实现逆变。

采用该电路结构，使逆变器功率大大提高，逆变器的空载损耗也相应降低，效率得到提高，该电路的缺点是电路复杂，可靠性比上述两种电路低。

正弦波输出的逆变器控制电路，可采用微处理器控制，这些单片机均具有多路PWM发生器，并可设定上、上桥臂之间的死区时间，完成正弦波信号的发生，并检测交流输出电压，实现稳压。

逆变器的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管(BJT)，功率场效应管(MOSFET)，绝缘栅晶体管(IGBT)和可关断晶闸管(GTO)等，在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET，因为MOSFET具有较低的通态压降和较高的开关频率，在高压大容量系统中一般均采用IGBT模块，这是因为MOSFET随着电压的升高其通态电阻也随之增大，而IGBT在中容量系统中占有较大的优势，而在特大容量(100kVA以上)系统中，一般均采用GTO作为功率元件。

此外，逆变器还应具备如下保护功能或措施，以应对在实际使用过程中出现的各种异常情况，使逆变器本身及系统其他部件免受损伤：

(1)输入欠压保捷当输入端电压低于额定电压的85％ 时，逆变器应有保护和显示。

(2)输入过压保捷当输入端电压高于额定电压的130％时，逆变器应有保护和显示。

(3)过电流保护：逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。当工作电流超过额定值的150％ 时，逆变器应能自动保护。

(4)输出短路保捷逆变器短路保护动作时间应不超过0．5s。

(5)输入反接保护：当输入端正、负极接反时，逆变器应有防护功能和显示。

(6)防雷保护：逆变器应有防雷保护。(7)过温保护等。

（8）逆变器还应有输出过电压防护措施，以使负载免受过电压的损害。系统逆变器是最关键的核心部件，涉及单片机嵌入式技术、正弦波脉宽调制SPWM控制技术、全桥逆变电路、高频变压器升压变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电(一般均在300V以上)再通过工频逆变电路实现逆变一系列复杂的电力电子技术。是项目重点攻关的技术难点。逆变器设计拟选意法半导体的STM32F103单片机芯片，该芯片有较强的PWM控制功能，且研发人员均已熟练掌握该芯片的使用。

项目开发应将重点放在系统控制器与逆变器的核心技术上，只有拥有系统控制器与逆变器核心技术作为自主知识产权，该产品才有市场和技术生命力。

5、蓄电池组

在常用的蓄电池中，主要有锂离子蓄电池、镍氢蓄电池、镍金属氧化物蓄电池和铅酸蓄电池。其中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，得到了广泛的应用。随着各种蓄电池技术的发展，国内外电池充电技术也不断更新，目前多模式充电技术被认为是最佳充电技术。其综合了恒压和恒流充电法优点，使蓄电池保持较高的容量和较长的使用寿命。多模式充电方法的四种充电状态分别是涓流充电，大电流充电，过

充电和浮充电。该充电模式需要设计单片机嵌入式软件进行才能进行精确控制。

(1)涓流充电

如果蓄电池电压低于阈值电压，充电器将用预先设定的涓流充电电流给电池充电。随着涓流充电继续，电池电压逐渐升高，当电压升高到阈值电压时立即转入大电流快速充电。如果电池电压在充电周期开始就高于其阈值电压时，则跳过涓流充电直接进入大电流快速充电模式。

(2)大电流快速充电

在这种模式下充电器以恒定的最大允许电流给电池充电。最大电流与电池容量有关，往往以电池容量的数值来表示。在大电流快速充电这段时间里，电池电量迅速地恢复。当电池电压上升到过充电压时，大电流快速充电模式结束，转入过充电状态。

(3)过充电

如果从大电流充电状态直接转入浮充状态，电池容量只能恢复到额定容量的80％～90％。在过充电状态下，充电电压保持恒定不变，充电电流连续下降。当充电电流下降到足够小时，电池容量己达到额定容量的100％，充电过程实质上己经完成，转入浮充状态。

(4)浮充电

该状态主要用于补充电池自身放电所消耗的能量。在浮充电模式下，充电器输出电压下降到较低的浮充电压值，充电电流通常只有10～30mA，用以补偿电池因自身放电而损失的电量。浮充电压仍将随环境温度变化而变化。当电池电压下降到浮充电压的90％时，充电器将转入大电流充电状态，使上述充电过程重新开始。

多模式充电法综合了恒流充电快速而安全、及时补偿铅酸蓄电池电量的优点和恒压充电能够控制过充电以及在浮充状态保持电池100％电量的优点。它综合了常规充电法和快速充电技术的优点，使蓄电池保持较高的容量和较长的使用寿命,是目前光伏系统应用最多的一种控制方式。

随着近年来微电子技术的飞速发展，以单片机嵌入式技术为核心的充电控制技术进入了一个全新的自适应、智能阶段，即自适应智能充电技术。自适应充电系统遵循各类电池的充电规律进行充电。充电系统由具有特殊功能的单片机控制，不断检测系统参数，按一定的算法不断调整充电参数，同一

充电器可适应不同种类电池的充电，充电系统自适应调整自己的输出电流，无需人工选择，避免操作失误。以光伏充电系统为例，光伏电池将太阳能转变为电能，蓄电池将转变出来的电能储存起来，充电控制环节在系统中起着枢纽作用。一方面充电控制环节调节光伏电池的输出功率，使尽可能多的太阳能转变为电能，提高系统效率；另一方面它需要根据不同条件来选择蓄电池的充电模式，从而加快蓄电池的充电速度，延长蓄电池的使用寿命。光伏系统输入能量稳不稳定，控制环节具有举足轻重的作用。

系统选用循环寿命长，使用寿命长，性能价格比高的风光发电系统储能用固定型(开口式)铅酸蓄电池。按1000瓦负载计算，电流约为5安培，要保证在连续2天无风、无晴天时．蓄电池组可独立保证系统给重要负载正常供电。需容量240ah，若按负载500瓦，需容量120ah。单体蓄电池额定电压为12 V，蓄电池组可选1块或多块蓄电池串联组合而成总容量满足要求。根据淘宝网检索价格，光伏系统用蓄电池单位价格约为11元/ah,240ah约需2600元左右，120ah约需1300元左右。

初步估算，研制一套系统的组件、材料费约需2万元左右。定型产品成本按1000瓦容量约需1万元。300瓦约需7000元左右。

五、系统研发的初步计划

（1）项目课题组人员组成（略）

（2）项目研发经费概算

略(3)项目进展时间

略

第四篇：风光互补发电设备安装工作总结

风光互补发电设备安装工作总结

2011年10月19日我们成立安装调试小组共计6人，立即组织小组成员开会研究，进行现场勘察，研究如何做好基础，如何将风机的立杆立起来，如何做立杆的拉线。为了圆满的完成公司交给我们这项任务，小组成员6人组织了3次会议，设计图纸，最后经过领导审核，决定采用加长立杆长度，在办公楼主楼楼顶制作一个长500mm×宽500mm×高500mm的混凝土基础，混凝土基础养护1周。加工DN100×3400mm立杆一根（根据加工图制作）,拉线地锚3个，7米拉线2条，10米拉线1条。

2012年10月27日制作混凝土基础。戴国强、宋昕岩、郭凯旋、赵鹏。2012年11月1日按照设计图纸制作加长立杆（仪表部）。

2012年11月2日下午立杆，将电池、太阳能电池板、风机、控制器、逆变器、运到楼顶。郭凯旋组装、安装太阳能电池板，宋昕岩、戴国强、邵伟、刘燕鸿、田永亮、郭凯旋等。

2012年11月3日上午刘毅、冯思缘、杨昊辰、郭凯旋、赵鹏、郝金起等参加风机组装、架设立杆工作，这项工作得到了仪表部张鹏、陈真、王健鹏、范墩墩等多为同志的大力支持协助。

下午，进行电池组连接、设备连接、敷设线缆、控制箱安装。参加人员有：宋昕岩、戴国强、郭凯旋、郝金起、于巍、赵鹏等。2012年11月4日安装完毕。

第五篇：风光互补发电系统比赛总结(张志远)

风光互补发电系统比赛总结

2014年4月25参加了江苏省高等职业院校技能大赛——‘康尼’杯风光互补发电系统安装与调试比赛。在这次比赛中我们学校代表队取得了三等奖的成绩，这离不开辅导老师们的心血和汗水，以及我们参赛选手的辛劳和努力。在这里我首先要感谢培养和教育我的各级老师以及领导,是你们给我提供了这个舞台,没有你们的培养就没有我今天的进步。

这次比赛我们不仅代表了个人，还代表了学校，我们为学校争得了荣誉。这场竞赛虽然取得了一定的成绩，但同时也暴露出一些问题，针对这些问题，现对本次竞赛的情况作如下总结，以便为下一届参加竞赛的学弟学妹们做个参考。

1、心理素质是影响竞赛的关键因素。比赛不仅比技术，也比心理素质。技术再高的人如果欠缺一定的心理素质，将会直接影响到自身的发挥。比赛时切忌着急，要冷静不要慌，先做好功能部分，如果有时间再去抓细节，细节有时是成败的关键。在平时的训练中要把每一次练习当成比赛，这样才能在平时的训练中提高自己的心理素质。

2、团队精神至关重要。在平时的训练中，大家都会遇到不同的问题，遇到问题时要互相讨论，相互指出各自的不足，相互交流，相互考核，团结作战，共同成长，有了这样的团结精神，才能在比赛中“厚积薄发”。

3、要有速度、要细心。每个参赛选手的技能水平都不相上下，比赛比的就是操作的速度快不快，在操作的过程中细不细心。竞赛中失误大部分都是不细心所导致的。拿上位机人机界面来说，显示界面一定要有条理性，看上去要美观，重要的是建立I/O变量和数据变量的建立与链接。在按钮链接变量时一定要找准变量否则会出现一连串的错误。在写界面脚本是语句不能有错误，所以在上位机上既要细心又要注意速度。在plc编程上，程序的完整性是很重要的，拿到题目时要仔细读懂题意，弄清题目所要实现的功能，这就要求在编程时不仅速度要快，而且不能遗漏触点和指令，一步一步的编，但不能盲目地追求速度，这样才能保证编程既有速度又有质量。另外，在离开考场前一定要做好善后工作，首先要把桌面清理干净，再次要把实验箱和导线收拾好。

4、要学会自学。自学能力是我们要具备的基本素质，遇到难题和不懂的问题一定要自己去查资料，不要因为没有学过而灰心而失去信心，每个学生在课堂上学的东西总是有限的，很多知识是要靠自己去学习和积累。这次比赛我收获最大的就是提高了我的自学能力。平时的练习要脚踏实地，既不能图快，更不能懒散。遇到问题要勤思考勤动手，把问题的原因、现象以及解决方案用纸记录下来，这样不至于以后犯同样的错误。我相信只要这样坚持下去，自己的技能必定会有所进步。

5、本次竞赛是一次理论与实践相结合的竞赛，给了我们一个自我提高和学习的好机会，但是在理论题中我们的准备还是不足的，没有很好的理解和掌握风力发电和光伏发电及逆变原理的理论知识。所以在比赛时我们的理论部分的分数就差了好多。

我们非常感谢为我们指导的老师们，非常感谢学校各级领导对我们的鼓励与支持，我们在今后的学习中将更加努力，苦练技术，用我们的辛勤劳动来回报学校，回报社会。

总结人：张志远

2014.5.05