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返回 设计与安装
风光互补供电系统
1、系统说明
1.1 系统工作原理
白天，太阳能电池板在太阳光照射下产生光伏电流，在控制器的控制下为蓄电池充电，同时为用电设备提供电源，而风力发电机在风力作用下产生转动而发电。若风力资源良好，则由风力发电机为负载供电，同时为蓄电池充电。若风力资源不好，则蓄电池在控制器的控制下，将白天储存的电量放出，为用电设备提供电源，如果用电设备中有交流设备，通过逆变电源将直流电转换为交流电为设备供电；当第二天早晨天亮时，控制器控制太阳电池组件开始新一轮的充电。由于蓄电池具有象水库蓄水一样的功能，它在有阳光时储存的电量会逐渐累积，当遇到阴雨天（可允许连续十天，本系统设计为七天）不能为蓄电池充电时，蓄电池平时储存的电量可供系统继续工作，依然可稳定提供电源。
当遇到长期连续阴雨天，太阳能发电量不足，蓄电池电压持续下降，到了设定值，系统自动启动发电机给蓄电池充电。当蓄电池电压升到设定值，系统给出关闭发电机的信号，发电机自动关闭。
1.2 太阳能供电系统的优势
绿色环保、无污染、无废弃物；
晶体硅太阳能电池使用寿命长达25-35年；
一次性投资，长远受益，实际使用成本经济合算；
不用挖沟布线，就地施工，节省工程时间及费用
运行稳定，高效节能，MTBF（平均无故障时间）长；
使用免维护，可实现无人值守；
不受地理环境影响，适用于国内95%以上地区；
安装使用简便，可因地制宜施工，易于拆迁及扩容；
直流低压电，线路损耗小，与220V交流高压电相比，不易引发雷击，无长距离线路传输上的弊端；
2、系统设计
2.1 系统设计概述
风光互补发电系统由太阳能光伏发电系统和风力发电系统构成，两种发电系统可以独立工作，在能源的利用形式上又可以产生互补，如在白天天气晴朗时，太阳能发电系统作为主发电系统，夜间及阴雨天时，风力发电系统作为主发电系统，两种发电方式合理结合使用，可以提高能源利用效率，提高供电系统可靠性，降低单位发电成本。
2.2 气象数据
本项目位于黑龙江省。当地的自然条件数据，见下表（取自美国航空航天总局NASA网站）。
NASA Surface meteorology and Solar Energy |
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Month |
Daily solar radiation - horizontal |
Atmospheric pressure |
Wind speed |
Earth temperature |
|
kWh/m2/d |
kPa |
m/s |
°C |
||
January |
1.88 |
99 |
3.1 |
-20.3 |
|
February |
3.01 |
98.9 |
3.3 |
-16.6 |
|
March |
4.24 |
98.5 |
3.4 |
-8.6 |
|
April |
4.87 |
98 |
3.6 |
3.8 |
|
May |
5.56 |
97.8 |
3.5 |
12.2 |
|
June |
5.63 |
97.7 |
3.1 |
18.3 |
|
July |
4.96 |
97.7 |
2.9 |
20.9 |
|
August |
4.34 |
97.9 |
2.9 |
19.4 |
|
September |
3.77 |
98.4 |
3.2 |
12.9 |
|
October |
2.78 |
98.6 |
3.5 |
3.4 |
|
November |
1.96 |
98.8 |
3.4 |
-8 |
|
December |
1.52 |
99.1 |
3.2 |
-17.8 |
|
Annual |
3.71 |
98.4 |
3.3 |
1.6 |
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风光互补供电系统的设计须考虑以下因素：安装使用地的太阳能辐射情况、风力资源情况、负载用电情况、系统可靠性、系统无光照自维持时间等。我公司根据多年的设计经验，开发出太阳能供电系统计算机辅助设计系统，经多年实践验证，系统设计准确、安全、可靠。
2.3 设计依据及标准
1、独立光伏系统的设计符合以下标准 GB/T953-1998《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》（eqv IEC 61215） GB/T18479-2001《地面用光伏（PV）发电系统 概述和导则》 GB/T19064-2003《家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》 ZBK84001.1－88《储能用铅酸蓄电池技术要求和试验方法》
2、系统设计参考参数
系统安装使用地：黑龙江鹤岗
太阳能平均日照时数：见上表；
负载功耗情况：交流设备，功耗100W
系统电压：DC24V；
负载每天工作时间：24小时；
系统无光照自维持时间：7天；
电源来源：太阳能+风力发电机；
系统可靠性要求：高；
设备基本要求：太阳电池组件：采用目前市场通用的125*125、156*156单、多晶硅太阳电池片、高透光钢化玻璃及长寿命TPT 材料封装，属市场主流产品。
风光互补智能控制器：选用目前国际先进水平的WS系列风光互补智能控制器，本控制器能控制太阳电池和风力发电机对蓄电池的充电，能控制蓄电池对负载的供电，能自动监测蓄电池电压。
蓄电池：采用市场通用的2V系列胶体免维护蓄电池，组成48V系统。
防雷模块：防止系统设备受到感应雷击而损坏。
2.4 系统设计配置及价格
1、交流100W负载负载设计配置
设备名称 |
规格及型号 |
数量 |
单价 |
总价 |
太阳电池组件 |
CM 260-72M |
6 |
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风力发电机 |
XG600 |
1 |
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风光互补控制器 |
WS06-48 |
1 |
|
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太阳能控制器 |
PL40 |
1 |
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胶体蓄电池 |
GMFJ-600 |
24 |
|
|
太阳能安装支架及安装材料 |
CZJ260-6 |
1 |
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配电防雷模块 |
CMF-48 |
1 |
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蓄电池箱 |
CBVFT1200 |
1 |
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逆变器(可选) |
CIDS350(修正波) |
0 |
|
|
CIDZ350(正弦波) |
0 |
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电控箱(可选) |
CPD200 |
0 |
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2、系统设计说明
1) 根据负载功耗100W计算，直流48V供电，我们根据这些数据进行计算和配置。
2) 此系统内太阳板功率较大，推荐使用48V。
3) 我们计算选取了美国权威NASA网站的的太阳能有效光照（1.8小时）和风能数据进行计算。
4) 负载为交流220V，阴雨天供电7天，推荐使用直流负载，提高系统效率。
5) 蓄电池箱为防水、保温、防护、直埋箱，无需蓄电池井，由于是沼泽地，需在电池坑底部做混凝土基础，防止蓄电池箱走位下沉。
6) 由于太阳板功率较大，此系统采用太阳能与风能分离控制充放电方式，采用两台控制器。
7) 以上设备和价格不含风力发电机的支撑立柱，风力发电机可和摄像机共用立柱，高度不低于12米。
8) 以上价格不含安装调试费，我方提供电话安装督导。若需要我方人员指导安装，则根据现场情况另行报价。
9) 报价有效期：2个月。
2.5 系统优点
（1）结构简单，系统大小灵活：独立供电的太阳能组件和风力发电机的结构都较简单，并且可根据用户需要选择和调整发电系统容量大小，灵活方便。
（2）易运输、安装，建设周期短：只要选择好适当的方位、角度，用简单的支架支撑，适当连线，即可与控制器等组成风光互补发电系统。
（3）维护简单或免维护：系统只需要周期性的检查和很少的维护工作量，可用计算机远程监控运行（需具备数据传输设备），因此系统发电的运行、维护费用比常规发电设备要少得多。
(4)清洁、安全：不需要燃料，无废物排放，是理想的清洁安全能源。
(5)可靠性高、寿命长：太阳电池组件设计鉴定要经过严格的各种环境试验，在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少产生故障，因此光伏发电经常被用于要求供电可靠性很高的场合。目前，多数晶体硅太阳电池寿命可达20～35年。风力发电机发电技术成熟，但存在机械转动，需要一定的维护，在正常情况下其可靠性和寿命均达到 相关要求。
(6)应用范围广：太阳能和风能遍及世界每一角落，除常规供电外，更广泛用于特殊场合供电。
3、设备技术说明
3.1 太阳电池组件
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12) 环境条件：能满足 标准GB/T14007-92 《陆地用太阳电池组件总规范》及GB／T9535-1998《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》规定的各项要求和试验方法，满足标书所提要求。太阳电池在下列条件下连续工作满足其所有性能指标：
环境温度：－50℃～＋85℃
相对湿度：≤95％
海拔高度：6500米
一天中最大温度变化：50℃
最大积雪厚度：20cm
最高风速：36m／s
3.2 充放电控制器
1. 微电脑芯片控制，充放电参数点、温度补尝系数可适应不同场合的特殊要求。
2. 显示充电状态和负载通断状态；
3. 太阳能电池方阵和风力发电机输入控制；
4. 实时显示蓄电池电压、负载电流、充电电流等系统运行参数；
5. 各路充电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态；
6. 保护功能：具有蓄电池过充电、过放电、输出过载、短路、浪涌、太阳能电池短路、夜间防反充等一系列报警和保护功能；
7. 告警：过压、欠压、过载、短路等保护报警；
8. 防雷：根据系统要求，可选配不同等级的防雷装置；
9. 具有温度补偿功能；
10. 组合灵巧：可单用，也可组成风光互补、控制逆变一体化等机型；
3.3风力发电机
本方案中采用3片风叶式水平轴风力发电机，单台风机功率600瓦。
技术指标：
功率 |
600W |
|
风轮直径 |
2.5m |
|
叶片材质 |
增强玻璃钢 |
|
额定转速 |
400r/min |
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额定风速 |
8m/s |
|
额定功率 |
600W |
|
最大功率 |
720w |
 |
最大启动扭力矩n/m |
＜0.3 |
|
输出电压 |
AC24V |
|
启动风速( |
2(m/s) |
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工作风速 |
2.5-25(m/s) |
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安全风速 |
50(m/s) |
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电机类型 |
3-phase AC PM |
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顶部质量 |
40kg |
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使用年限 |
15年以上 |
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输出控制系统 |
风光互补控制器 |
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绝缘等级 |
B |
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机壳材质 |
精铸钢 |
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磁钢材质 |
钕铁硼N38SH |
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定子材质 |
QZY-2/180/470 |
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防腐措施 |
镀锌、喷面漆 |
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叶片形式 |
3叶片高强度玻璃钢3 FRP blades |
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过速保护 |
尾翼转轴控制，自动偏航，电磁保护 |
3.4免维护胶体蓄电池
采用GMFJ系列胶体蓄电池。
循环性能优异，是理想的用于循环使用的电池。
深放电后充电速度快、效率高，恢复性能优异。
可应用于深循环用途，有利于减轻系统重量。
属于“富液”式电池，不会发生电池干涸现象。
热阻低、热容量大，工作温度范围宽：-20℃~+50℃下均可正常使用。
极板耐硫化，可以长期在充电不足的情况下持续运行，更适合长时间小电流持续放电。
可靠性好，户外使用寿命长。
无泄漏，使用更加安全可靠。
胶体电解液无流动性，在电池内部不会产生分层现象。
无需均衡充电，供电不稳定的场合。
普通的胶体蓄电池优异的设计与选材确保其可在低温环境中长期稳定工作而不会遭到破坏，但由于内部材料化学活性的下降，在低温条件下电性能会受到显著影响。
我们提供的GMFJ系列胶体电池特殊的凝胶电解质配方极大的提高了电池在酷寒条件下的使用性能。经实际使用测试，在最低温度达-46℃的极端低温条件下，胶体蓄电池的有效容量比普通AGM型密封铅酸电池高20%。
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铅酸电池的循环寿命曲线
项目 |
铅酸电池 |
胶体电池 |
浮充电使用寿命 |
8年以上 |
10年以上 |
极限使用温度 |
-30℃~50℃ |
-50℃~+60℃ |
气体排放 |
极少量氢气 |
极少量氢气 |
最长加液周期 |
终生无须加液 |
终生无须加液 |
适用用途 |
后备电源、启动电源 |
后备电源、自然能源 |
自放电率 |
低 |
极低 |
存储方式 |
充满电后存储 |
充满电后存储 |
存储期限（20℃） |
8~12个月 |
24~30个月 |
电池失水影响 |
容量损失 |
无影响 |
热稳定性 |
差 |
优 |
维护方式 |
定期进行均衡充电 |
无严格要求 |
高倍率放电性能 |
良好 |
一般 |
安全性 |
优 |
优 |
防渗漏性能 |
寿命后期易发生端子渗酸 |
优异 |
常见故障 |
热失控、极板硫化 |
基本免维护 |
电池回收 |
与传统铅酸电池相同 |
与传统铅酸电池相同 |
免维护性能 |
一般 |
优 |
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