小型風光互補發電系統節能改造應用

楊 潔,曾繁明

（正德職業技術學院,南京 211106）

小型風光互補發電系統節能改造應用

楊 潔,曾繁明

（正德職業技術學院,南京 211106）

本文以某校園廣場路燈照明系統為對象，通過分析當地自然條件數據、改造前后設備使用情況及費用明細，提出小容量風光互補發電系統改造方案。

風光互補；發電；節能；改造

1 風光互補發電系統

風光互補，是一套發電應用系統，該系統是利用太陽能電池方陣、風力發電機（將交流電轉化為直流電）將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，可以直接接直流負荷，或者可以通過逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處；對于富余的電能則送入外電網。

由于是風力發電機和太陽電池方陣兩種發電設備共同發電，可以在資源上彌補風電和光電獨立系統的缺陷：實現晝夜互補——白天太陽能發電，夜晚風能發電；季節互補——夏季日照強烈，冬季風能強盛；穩定性高——利用風光的天然互補性，大大提高系統供電穩定性。

小型風光互補發電系統一般由一個或幾個中小型風力發電機與若干太陽電池組件組成電力來源，電力送入風光互補控制器，在控制器內先轉換成直流電，根據控制需要直流電可向蓄電池組充電與逆變成交流電。小型風光互補發電系統可以是離網的獨立供電系統，發出的交流電供用戶自己使用，也可以組成并網系統，把多余的交流電可送向電網。

2 該市風能、光能自然環境數據研究

江蘇歷史年平均日照時間相比其他地區較為中等，南京處于江蘇南部，全年日照時數達到1400-2200小時，相當于140～170kg標準煤燃燒所發出的熱量，其太陽能發電項目可以實施，但要考慮南京季風氣候有一段時間的陰雨天氣。

江蘇沿海及島嶼為風能豐富區，廣大陸地為風能可利用區，只有淮北為風能的貧乏區。通過對南京市四季風能有效分布數據統計，南京長年風能密度達到70 W/M2，風能累計時數各季均可達1000小時數以上，屬于風能可利用區。

3 供電系統改造方案設計

廣場照明主要有：噴泉、廣場地面和標志物、有人行道、地下廣場或地鐵的出入口及周圍綠地、花圃等環境照明組成。本文以廣場地面照明為研究對象，布局示意圖如圖1所示，現共有路燈18盞，每盞路燈上現裝有3×40W的燈泡。

（1）系統設計圖紙。

（2）改造方案可行性研究。改造方案，將現有光源換成LED電光源，可以大大降低負荷功率總數，路燈照明可以選用不同功率的LED球泡燈光源進行比較：取3W（相當于5W熒光燈）總負荷容量達162W；取6W（相當于12W熒光燈）總負荷容量達324W；取8W（相當于18W熒光燈）總負荷容量達432W。經查資料，3W容量LED球泡燈適用面積4㎡，所以改造方案取最小容量方案1就可以滿足廣場夜間路面照明用。

改造前后用電量及電費情況比較：改造前后燈泡費用可以節省88%，用電量及電費每日節省92%，則每月可以節省電費690元，由此可見，僅該廣場路燈照明一項每年節省電費6900元（按10個月的實際使用時間算）。

（3）改造方案實施內容。風光互補發電系統所用控制器是采用PWM無級卸載方式控制風機和太陽能電池對蓄電池進行智能充電。在太陽能電池板和風力發電機所發出的電能超過蓄電池存儲容量時，控制系統必須將多余的能量消耗掉，從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用。

安裝控制器時，使用多股通芯絕緣導線，用長度不超過1米的4平方毫米以上通信電纜，將蓄電池與設備后面板的BATTERY端子相連接，接線時注意區分正負極。

當控制器處于工作狀態時，液晶顯示蓄電池電壓，使用戶可以直觀了解蓄電池的電壓狀態，并可以根據蓄電池的電壓來調節使用負載的大小和時間。

控制器模式選擇：按UP鍵調節，lamp表示路燈模式，home表示戶用模式，設置成功后按ENTER鍵退出。紅色指示燈charge表示充電，綠色指示燈battery表示放電。

風力發電機需要吊裝，考慮學校景觀的協調性，可以將塔架安裝在圖2中坐標軸原點處，塔架高度應以2米為宜，安裝前要做好防雷接地。在光電板的安裝過程中需要注意太陽能板不能平躺放置，應傾斜30°～45°角，且正對太陽能光線，同時考慮光電板的安裝高度不能影響風機葉片轉動，故光電板安裝支架最高高度與風機水平軸距離應大于葉片長度。

本文將自制組合支架分別放置在1#（海拔約10米）和2#（地平面）兩個地點進行調試，分別采集晴天與多云兩種天氣的數據。

通過觀測，光電系統即使在多云天氣也能將光能轉化為電能存儲到蓄電池內，相對比較穩定；但是風電系統受天氣因素影響較大，本文使用的風機啟動風速2m/s，額定風速需要11.5m/s，在調試期間，風力能達到6級（風速達10.8-13.8m/s）及以上的天數有限，通過采集兩個不同海拔地點的數據，風電系統極其不穩定且利用率較低。

4 存在問題及應用前景

風光互補復合發電系統電路簡單，成本較低，系統工作穩定。缺點是如果負荷容量增加，必然要相應增加光電板數量及線路，若依然采用每套裝置獨立工作，那么就存在各裝置間的最佳工作狀態調配，會形成資源利用率低，維護工作量大，效率低。

針對廣場路燈照明及供電系統改造前后節能效果顯著，經濟性能更佳。如果將供電系統適用范圍擴大，可以在該系統的基礎上增加光電板容量及逆變器、變壓器各一臺，此發電系統可以適用于不同電壓等級的交直流負荷。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.144

楊潔（1981-）,女 安徽阜陽人,碩士,講師,研究方向:電氣工程及其自動化。