CN102913390A - 太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法 - Google Patents

太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法 Download PDF

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Abstract

一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法，属于太阳能发电技术领域，特征是在光伏组件下装有散热片，集热棚与吸热膜间有挡风板组件。控制方法是：①设定初值；②采集信号；③Vw是否超过Ve，是，执行④，否，调用MPPT，执行⑥；④是否大于Pe，是，执行⑤；否，调用MPPT，执行⑥；⑤是否超过Vo，是，启动制动，执行⑥；否，调用MPPT，执行⑥；⑥采集信号；⑦是否低于Ts，是，程序停止，否，延时采集信号，执行⑧；⑧温度差是否超过
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，是，T’=T-1，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，执行⑨，否，T’=T+1，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，执行⑨；⑨T’是否小于1分钟，是，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，执行⑩，否，T’不变，执行⑩；⑩
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是否小于45度，是，不变，返回②，否，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
度，返回②。

Description

太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法。
背景技术
目前，国内外采用的太阳能热风风力发电的结构为烟囱式，它包括有安装发电机组合件的支架、安装在底座上包括有数据采集和控制模块、耗能电阻、制动装置的底部组合件、烟囱筒体、集热棚、蓄热层、顶端导流罩及铺在地基上的吸热膜，发电机组合件包括有底座、发电机、固定桨距角的风机叶片及轴承。主要运行原理是利用温室内的受热空气在重力作用下由于密度差而产生浮升力，烟囱的作用加大了系统内外的压差，从而形成强烈的上升气流，该上升气流所受到的上升力由太阳辐射、空气和重力共同作用引起，称之为烟囱效应。当烟囱高度达到 300米时，太阳能热风风力发电系统的最大能量转换效率达到 1%；当烟囱高度达到 1000米时，太阳能热风风力发电系统的最大能量转换效率可超过3%；同时太阳能热风风力发电系统的抽力、烟囱主流速度和温升温度升高随着集热棚半径的增大而显著增大。因此， 太阳能热风风力发电系统有投资巨大、占地大、效率低等缺点。光伏发电系统的输出效率受环境影响大，特别是随着光伏组件温度的升高，电能输出效率下降非常快，例如在50摄氏度时的光伏组件的输出效率与25摄氏度时相比下降20%~30%。因此降低光伏组件的温度可以提高光伏发电系统输出效率。
发明内容
本发明目的是提供一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法，可有效地提高发电系统的输出效率。
本发明是这样实现的，如图1所示，它是在太阳能热风风力发电结构的基础上，结合光伏发电结构，包括有由烟囱筒体1、烟囱顶端导流罩2、支架3构成的烟囱组合件、由风机叶片4、轴承5、发电机6构成的热风发电机组合件、由底座7、采集和控制模块8、耗能电阻9、制动装置10、光伏控制逆变器11构成的底部组合件、由吸热模13、蓄热层14、集热棚15构成的集热棚组合件、以及安装在集热棚15上面的n个由光伏组件16组成的光伏组合件，n为正整数，其特征在于每个光伏组合件中的温度传感器17装在光伏组件16上面，散热片18装在光伏组件16下面，在集热棚15与吸热膜13之间安装有由m块挡风板19组成的挡风板组件，m为正整数，每块挡风板的底部与其对应的安装在地基21上的步进电机20的转轴相联接，所述挡风板组件排布如图3所示，它是由多排由中心向周围发射状排列的挡风板组成，每排包括有多个挡风板。
本发明的变风道控制方法如图5所示，特征是操作步骤如下：
步骤一、根据太阳热风发电系统采用的风力发电机组的输出电压、电流及额定功率值，设定出允许的电压、电流、功率值和切入、切出和额定风速；关闭制动装置10；设定初始的光伏组件温度Ts为25~30摄氏度，温度信号差                                                为0.2~2摄氏度，初始定时时间T为5~30分钟，每块挡风板都指向圆心，即初始角度
Figure 672059DEST_PATH_IMAGE004
=0度，每次角度变化
Figure 947183DEST_PATH_IMAGE006
=5度；
步骤二、通过数据采集和控制模块8定时采样发电机6输出电压、电流、功率信号（以下将此电压、电流、功率信号简称为“信号”），将采样值与设定值进行比较，确定太阳热风发电系统达到的风速Vw；
步骤三、判断是否超过了太阳热风发电系统设定的额定风速Ve，是，执行步骤四；否，调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪（以下将此扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪简称为“MPPT”）控制策略，执行步骤六；
步骤四、判断系统输出功率是否大于额定功率Pe，是，接入耗能电阻9，执行步骤五；否，断开耗能电阻9，调用MPPT控制策略，执行步骤六；
步骤五、判断Vw是否超过了系统设定的切出风速Vo，是，启动制动装置10，执行步骤六；否，调用MPPT控制策略，执行步骤六；
步骤六、采集并存储组件的温度信号Sw； 
步骤七、判断温度传感器17所示的组件温度信号是否低于初始温度信号，是，变风道程序停止工作；否，延时T采集并储存的组件的温度和温度差信号；
步骤八、判断两次采样温度信号的差值是否超过温度信号差，是，则应减小初始定时时间T’=T-1，启动步进电机增加挡风板角度
Figure 652970DEST_PATH_IMAGE008
；否，则应增加初始定时时间T’=T+1，启动步进电机减小挡风板角度；
步骤九、判断T’是否小于1分钟，是，T’等于1；否，T’不变；
步骤十、判断
Figure 782305DEST_PATH_IMAGE004
是否小于45度，是，
Figure 923436DEST_PATH_IMAGE004
不变，返回步骤二；否，
Figure 421414DEST_PATH_IMAGE012
度，返回步骤二；
本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：（1）与现有技术比较，由于太阳热风发电系统的集热棚上安装了光伏组件，控制方法中采用了控制挡风板角度以改变进风量和热风经过的距离，以降低光伏组件温度的方法，有效地提高了光伏发电系统的输出效率；（2）结构简单、控制方便、成本低廉、性价比高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图； 
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的挡风板初始位置示意图；
图4为本发明的挡风板在变化过程中的示意图；
图5为本发明的太阳能变风道结构发电系统的控制方法流程图（部分）；
图6为本发明的太阳能变风道结构发电系统的控制方法流程图（部分）。
图5中的a、b和图6中的a、b相对应，图5和图6组合成完整的控制方法流程图。
图中：1—烟囱筒体，2—导流罩，3—支架，4—风机叶片，5—轴承，6—发电机，7-底座，8—数据采集和控制模块，9—耗能电阻，10—制动装置，11-光伏控制逆变器，12—太阳能热风风向，13—吸热膜，14—蓄热层，15-集热棚，16—光伏组件，17—安装在光伏组件上面的温度传感器，18—安装在光伏组件下面的散热片，19—挡风板，20—步进电机，21—地基。
具体实施方式
现以选定的单个挡风板组合部件为例，系统具体参数如下：挡风板高度为2米，宽度为1米，厚度为1厘米的轻质板材，步进电机的额定功率为200W，额定电压为100V，额定电流为2A。
以实际光伏组件温度为35摄氏度为例，控制方法步骤为①设定允许的输出电压为1000V、电流为100A、额定功率为100kW，切入风速为3米/秒、切出风速为20米/秒和额定风速为12米/秒，关闭制动装置10；光伏组件的初始温度Ts为25摄氏度，温度信号差为0.2摄氏度，初始定时时间T为5分钟，初始挡风板角度为
Figure 255378DEST_PATH_IMAGE004
=0度，每次角度变化
Figure 206016DEST_PATH_IMAGE014
=5度，执行步骤②；②确定太阳热风发电系统达到的风速为8米/秒，执行步骤③；③小于额定风速，调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略，执行步骤⑥；⑥采集光伏组件温度为35摄氏度，执行步骤⑦；⑦光伏组件温度高于设定初始温度，延时5分钟重新采集并存储光伏组件温度信号为35.3摄氏度，即温度差为0.3摄氏度，执行步骤⑧；⑧温度信号差超过设定温度信号差0.2摄氏度，减小初始定时时间T为4分钟，启动步进电机增加挡风板角度
Figure 150838DEST_PATH_IMAGE004
为5度；执行步骤⑨；⑨T大于1分钟，T不变，执行步骤⑩；⑩
Figure 503322DEST_PATH_IMAGE004
小于45度，
Figure 508187DEST_PATH_IMAGE004
为5度，返回步骤②。
其运行结果与现有技术比较为表1所示。
表1
Figure 2012103769717100002DEST_PATH_IMAGE015
由此，可见本发明在各种环境温度情况下均可以提高系统的输出功率。

Claims (2)

1.一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及变风道控制方法，其结构是在太阳能热风风力发电结构的基础上，结合光伏发电结构，包括有由烟囱筒体（1）、烟囱顶端导流罩（2）、支架(3)构成的烟囱组合件、由风机叶片(4)、轴承(5)、发电机(6)构成的热风发电机组合件、由底座(7)、采集和控制模块(8)、耗能电阻(9)、制动装置(10)、光伏控制逆变器(11)构成的底部组合件、由吸热模(13)、蓄热层(14)、集热棚(15)构成的集热棚组合件、以及安装在集热棚(15)上面的n个由光伏组件(16)组成的光伏组合件，n为正整数，其特征在于每个光伏组合件中的温度传感器(17)装在光伏组件(16)上面，散热片(18)装在光伏组件(16)下面，在集热棚(15)与吸热膜(13)之间安装有由m块挡风板(19)组成的挡风板组件，m为正整数，每块挡风板的底部与其对应的安装在地基(21)上的步进电机(20)的转轴相联接，所述挡风板组件排布是由多排由中心向周围发射状排列的挡风板组成，每排包括有多个挡风板。
2.如权利要求1所述的太阳能热风风力发电结合光伏发电结构的变风道控制方法，其特征在于操作步骤是：
步骤一、根据太阳热风发电系统采用的风力发电机组的输出电压、电流及额定功率值，设定出允许的电压、电流、功率值和切入、切出和额定风速；关闭制动装置(10)；设定初始的光伏组件温度Ts为25~30摄氏度，温度信号差                                                
Figure 778688DEST_PATH_IMAGE001
为0.2~2摄氏度，初始定时时间T为5~30分钟，每块挡风板都指向圆心，即初始角度
Figure 30066DEST_PATH_IMAGE002
=0度，每次角度变化
Figure 252100DEST_PATH_IMAGE003
=5度；
步骤二、通过数据采集和控制模块(8)定时采样发电机(6)输出电压、电流、功率信号，将采样值与设定值进行比较，确定太阳热风发电系统达到的风速Vw；
步骤三、判断是否超过了太阳热风发电系统设定的额定风速Ve，是，执行步骤四；否，调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略，执行步骤六；
步骤四、判断系统输出功率是否大于额定功率Pe，是，接入耗能电阻(9)，执行步骤五；否，断开耗能电阻(9)，扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略，执行步骤六；
步骤五、判断Vw是否超过了系统设定的切出风速Vo，是，启动制动装置(10)，执行步骤六；否，扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略，执行步骤六；
步骤六、采集并存储组件的温度信号Sw； 
步骤七、判断温度传感器(17)所示的组件温度信号是否低于初始温度信号，是，变风道程序停止工作；否，延时T采集并储存的组件的温度和温度差信号；
步骤八、判断两次采样温度信号的差值是否超过温度信号差，是，则应减小初始定时时间T’=T-1，启动步进电机(20)增加挡风板角度
Figure 664626DEST_PATH_IMAGE004
；否，则应增加初始定时时间T’=T+1，启动步进电机(20) 减小挡风板角度
Figure 879576DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤九、判断T’是否小于1分钟，是，T’等于1；否，T’不变；
步骤十、判断
Figure 61159DEST_PATH_IMAGE002
是否小于45度，是，
Figure 188515DEST_PATH_IMAGE002
不变，返回步骤二；否，
Figure 88337DEST_PATH_IMAGE006
度，返回步骤二。
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