風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)概述

郭少真 陳永艷 田瑞

摘 要：在當(dāng)今世界，人類面臨著諸多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，生活環(huán)境日益惡化，不可再生能源日益枯竭，人們需要想辦法解決這些擺在眼下的問題。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只有科技的不斷進(jìn)步，大力開發(fā)可再生能源。太陽能和風(fēng)能是新能源中的代表能源，因此發(fā)展太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電成為主要趨勢。但僅僅依靠獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電又有很多弊端，所以人們開發(fā)出了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電結(jié)合了兩種能源的優(yōu)點(diǎn)，大大減少了獨(dú)立發(fā)電的弊端，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的發(fā)電方式。為了使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以更為廣泛的應(yīng)用，則需要有完善的控制技術(shù)來優(yōu)化風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。因此，人們不斷努力改進(jìn)技術(shù)，大力研究風(fēng)光互補(bǔ)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ);發(fā)電系統(tǒng);控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TK83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0166-02

0 引言

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是一種將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。目前，風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電是人們大力發(fā)展的發(fā)電方式。為了解決環(huán)境污染問題，風(fēng)能和太陽能無疑是人類首選的發(fā)電方式。無論遇到什么樣的難題，人們都可以將其化解。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以更好的解決資源配置的問題，同時(shí)它的成本相對(duì)其它新能源發(fā)電系統(tǒng)來說也較低[1]。因此，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以正常供電。太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、微機(jī)控制系統(tǒng)、蓄電池組和多功能逆變器是發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，發(fā)電系統(tǒng)各部分合理配置可以保證風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)更加穩(wěn)定的發(fā)電[2]。

1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)分析

整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)電，儲(chǔ)電和用電三部分組成（如圖1所示）。系統(tǒng)的主要發(fā)電模塊分為風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電兩個(gè)部分，發(fā)電裝置將太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能。系統(tǒng)再將產(chǎn)生的能量通過AC/DC轉(zhuǎn)變器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妰?chǔ)存于蓄電池中。當(dāng)用戶需要用電時(shí)，再通過DC/AC轉(zhuǎn)換器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給用戶用于實(shí)際生活和工作中。

2 太陽能發(fā)電模塊

太陽能發(fā)電（如圖2所示）是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，主要是利用太陽能電池板接受光照后，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太陽能電池的原理（如圖3所示）是太陽能電池板吸收光照后，激發(fā)光生載流子，在P-N結(jié)上產(chǎn)生電動(dòng)勢。當(dāng)太陽光照射到太陽能電池板上時(shí)，電池兩端一側(cè)帶正電，一側(cè)帶負(fù)電，然后會(huì)產(chǎn)生電壓。在其中接入電氣設(shè)備就會(huì)有電流流出來，從而可以使用電能[3]。

3 風(fēng)力發(fā)電模塊

風(fēng)力發(fā)電機(jī)按風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與地面的拓?fù)潢P(guān)系可以分為垂直軸風(fēng)力機(jī)和水平軸風(fēng)力機(jī)兩種[4]。兩種風(fēng)力機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)。

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（如圖4所示）：優(yōu)點(diǎn)：（1）啟動(dòng)風(fēng)速較低。（2）風(fēng)能利用率較高。（3）研究比較成熟。缺點(diǎn)：（1）噪聲污染與垂直軸相比較大。（2）葉片疲勞壽命與垂直軸相比較低。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（如圖5所示）：優(yōu)點(diǎn)：（1）受風(fēng)多向性，結(jié)構(gòu)簡單。（2）噪聲污染小。（3）受力較為恒定，壽命長。（4）地面安裝，便于維修，檢修和控制。缺點(diǎn)：（1）氣動(dòng)風(fēng)速較大。（2）流場結(jié)構(gòu)比水平軸更加復(fù)雜。（3）研究相對(duì)滯后。

所以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)多采用水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)[4]。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，來流風(fēng)經(jīng)過風(fēng)輪葉片后，帶動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。因?yàn)轱L(fēng)輪是有風(fēng)的時(shí)候轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)小的時(shí)候，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的也會(huì)降低，發(fā)出的電量也不穩(wěn)。因此，風(fēng)力發(fā)電容易受到環(huán)境的影響[5-6]。

4 風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)分類

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)按照發(fā)電類型來講的話，分為并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)和離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)[7]。并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)即和公共電網(wǎng)相連接，此時(shí)的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電站，將所發(fā)的電經(jīng)過高頻直流轉(zhuǎn)換為高壓直流電，經(jīng)過逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出，變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流。而離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，即為在發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)部回路中形成電流，系統(tǒng)常采用區(qū)域獨(dú)立發(fā)電、分戶獨(dú)立發(fā)電等離網(wǎng)型供電模式，將風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)接收到的能量直接轉(zhuǎn)換為電能供給負(fù)載，并將多余的能量以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存于蓄電池內(nèi)。

5 研究現(xiàn)狀與展望

在最初的的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究中，只是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電系統(tǒng)簡單的進(jìn)行組合，從而使得系統(tǒng)只在保證率低的用戶中使用，從而使得發(fā)電系統(tǒng)使用壽命不長。而伴隨著近幾年微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及電子發(fā)電技術(shù)的高速發(fā)展，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)也有了快速的技術(shù)提高。為了提高整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的供電高效性，如今的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)多采用軟件與硬件相結(jié)合的方法來保證光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率盡可能最大化。在世界各國學(xué)者對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行不斷研究的同時(shí)，工程師們也同樣需要對(duì)電力的并網(wǎng)及應(yīng)用進(jìn)行分析。

相對(duì)于火力發(fā)電系統(tǒng)來說，現(xiàn)如今不管是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還是光能發(fā)電系統(tǒng)，單獨(dú)的系統(tǒng)都無法提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出[8]，而風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)通過儲(chǔ)能的環(huán)節(jié)可以將獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電和光能發(fā)電進(jìn)行結(jié)合，從而使電網(wǎng)的負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置。既可以保證發(fā)電系統(tǒng)的供電可靠性又可以降低發(fā)電系統(tǒng)的制造成本。

在常規(guī)能源逐漸衰減的今天，發(fā)展風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)了出來。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)不僅可以充分利用我國偏遠(yuǎn)地區(qū)的風(fēng)能太陽能的資源儲(chǔ)能，并且改善我國偏遠(yuǎn)地區(qū)人口用電困難的狀況，還可以減輕常規(guī)能源帶來的環(huán)境問題。

6 結(jié)語

本文簡單介紹了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)組成，給出了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖，對(duì)太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電的原理進(jìn)行了簡單的闡述，讓大家對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)。并對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的類型及展望進(jìn)行了簡單的介紹，使大家可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)有一個(gè)簡單的了解。

參考文獻(xiàn)

[1] 王濤.小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)控制器的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

[2] 王侃宏，李昔真，楊震.可再生新能源風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究應(yīng)用[J].節(jié)能，2017，36（2）：4-8.

[3] 王宗瑞，李昔真，蘇則立.中國風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].節(jié)能，2017，36（8）：4-7.

[4] M.R Islam，S.Mekhilef，R.Saidur.Progress and recent trends of wind energy technology[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013（5）.

[5] 蔚蕾，陳永艷.垂直軸風(fēng)力機(jī)概述[J].綠色科技，2014，（08）：289-292.

[6] 趙丹平，徐寶清.風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)理論及方法[M].北京大學(xué)出版社，2012.

[7] 劉慶新.離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)[D].福州大學(xué)，2011.

[8] 王凱.新疆風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電前景展望[J].上海電氣技術(shù)，2016，（09）：26-28.