CN104953929B - 一种风光互补发电装置 - Google Patents
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Abstract
采用本发明的风光互补供电的方式，可以有效的利用风力发电中不能被用来发电的风力，从而提高能源的利用率，并通过机械传动的方式带动冷却装置的运行，从而进一步给太阳能电池的发热进行降温冷却，通过齿轮传动方式有效的将风力发电的风速过大或过小的风力的缺陷来弥补太阳能发电的过热的缺陷，从而实现有效的互补，减小了风力机的停机或转速过快运行的几率，并延长了太阳能电池的使用寿命及工作时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用新能源发电的技术领域，具体的来说，是一种风光互补发电装置。
背景技术
能源是社会的发展及人类生存的重要物质基础之一。没有充足的能源物质社会的发展，经济的提高将受到严重阻碍，也就无法谈及提高人民的生活水平。正是因为社会生产力的不断进步和人民生活质量的提高，致使全世界范围内对能源需求的迅速增长。然而，当今世界，人们所熟知的煤炭、石油等常规能源的大量消耗不仅给人类居住的环境带严重污染和破坏，并且储存数量也在日渐枯竭，煤炭、化石等燃料将无法满足社会发展及人类生活对能源的需求。目前，社会对能源物质需求日益增加而储量却在日益减少和人类生存环境严重污染的问题，已经成为人类必须共同面临继续解决的重大难题。因此依靠发达的科技改变可利用能源的结构，开发绿色新能源，使能源物质的供应不仅取之不尽且对环境无污染，已成为全球能源领域的一大热点。
近年来，由于风能、太阳能、生物能、水能、潮汐能等绿色能源不仅可以重复循环利用而且储量巨大，对环境的影响也非常小，因此开发利用可再生绿色能源物质以解决能源紧缺和环境污染问题。随着社会生产力的快速的发展以及环境和形势的逼迫,可再生能源必将成为未来的主要能源。
在所有风能、太阳能、水能、沼气能等可再生绿色能源中，风能和太阳能是最典型的可再生能源。首先，风能和太阳能都是清洁和环保的能源，其开发利用对环境的影响最小；其次，风能的存储量是非常巨大的；再者，风能和太阳能都是无处不在的。因此，目前风能和太阳能发展速度最快，产业前景也最好。
发明内容
基于现有技术中的不足，本发明提供一种风光互补发电装置，风光互补发电装置是由太阳能光伏方阵、风力发电机组、风光互补系统控制器、蓄电池组以及逆变器等几部分组成。其工作原理为：太阳能光伏阵列由若干太阳能电池板串并联而成，它们将接收的太阳辐射能量直接转换成电能，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，在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过逆变，然后再经过滤波和变压器升压后变成交流的正弦电压供给交流负载使用；而风力发电是利用风力机将风能转换为机械能，再通过风力发电机将机械能转换为电能，之后电能先经过控制器对蓄电池组进行充电，然后通过逆变器为负荷提供电能，风力发电系统的优点为日发电量比较大，系统的造价及其运行维护成本比较低，但常规水平轴的风力发电机对风速的要求比较苛刻；当日照充足或风力非常大而导致产生的电能过剩时，蓄电池可将多余的电能储存起来；当系统的发电量不足或负荷的用电量增加时，则由蓄电池向负荷补充电能，并将保持供电电压的稳定。逆变系统由几台逆变器组成，它们将蓄电池中的直流电转变成标准的正弦交流电，以保证交流负载的正常使用。同时它还具有自动稳压的功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。由于日照强度，风力大小以及负载情况是在不断变化的，因此需要对蓄电池组的上作状态进行连续调节，以适应负荷的需求。因此控制装置可根据日照的强弱，风力的大小以及负载的变化，自适应的对蓄电池的工作状态进行切换，把将风力发电系统和光伏发电系统输出的多余电能转化为化学能储存起来，并在电能不足时，由蓄电池向负荷供电，使其在充电、放电或浮充电等多种工况下交替运行，以保证整个工作的连续性和稳定性。
风力发电系统在低风速时，发电量较低，如果进行发电，则需要加入升压变换装置，而引入升压变换装置需要提高系统的成本及损耗，因此，风力发电系统在低风速区时，不进行发电，当太阳能电池长期处于高强度日照时，太阳能电池温度升高，影响电池的寿命及电力转换效率，因此，需要提供降温冷却装置对其进行冷却。
本发明采用风力发电系统的低风速区来进行太阳能电池的冷却，本发明风光互补发电装置还包括风速传感器、母线电流互感器、母线电压互感器、太阳能电池的温度传感器、电池电压传感器、电池电流传感器。
风速传感器实时检测风力发电机所处地区的风速，当风速低于风力发电机的启动风速Vmin时，断开风力发电机的与储能和电力输出开关，风力发电机上设置有齿轮组，冷却风扇上也设置有相应的齿轮组，当风力发电正常进行发电时，风力发电机的齿轮组与冷却风扇的齿轮组不接触，即风力发电机的齿轮组空转，不带动冷却风扇运行，当风力发电机的风速低于Vmin时，控制风力发电机组的齿轮组与冷却风扇的齿轮组相啮合，齿轮组靠近的方式例如可采用机械移动方式，或水平平移使两者接触并啮合，或垂直平移使两者接触并啮合，当风力发电机组的齿轮组与冷却风扇的齿轮组相啮合，风力发电机组带动冷却风扇转动，冷却风扇可朝向太阳能电池或通过通风管道与太阳能电池的发热部件相连通，从而冷却风扇带动通风管道中的空气流动，从而对太阳能电池进行冷却，此外，本发明还可通过其他方式进行冷却，风力发电机组的齿轮组通过压缩机的齿轮组带动压缩机进行转动，从而压缩机对制冷剂或冷却气体进行压缩，从而在太阳能电池温度升高时，释放被压缩的制冷剂或冷却气体，从而制冷剂或冷却气体能够吸热，对太阳能电池进行降温，提高其太阳能与电能的转换效率并延长其寿命。
当风速V处于Vmin与Vmax之间时，即风速处于正常可运行发电区间时，控制器控制风力发电机与储能单元和整流逆变装置的开关相闭合，并控制冷却风扇的齿轮组离开风力发电机的齿轮组，例如采用机械移动的方式，如水平平移进行分离操作或垂直平移进行分离操作，此时，风力发电机的齿轮组不带载，跟随风力发电机的主轴正常转动，风力发电机发出的电力优先对负载进行输出，当满足负载需求后，仍有剩余时，对储能单元进行充电，当满足负载需求后，仍有剩余，且储能单元接近充满时，控制冷却风扇的齿轮组接近风力发电机的齿轮组，并与之啮合，由于冷却风扇的齿轮组与风力发电机的齿轮组相啮合，即风力发电机在发电机处于带载运行，即转速降低，从而输出的电力也相应的进行降低，优选的是，冷却风扇与风力发电机相啮合的齿轮具有多组，根据检测的风速、负载以及储能单元的用电情况，控制器控制冷却风扇与风力发电机啮合的齿轮的组数，即控制风力发电机的主轴带载量，从而可以使得风力发电机组能够尽量的利用风力资源，当全部接入齿轮组时，且风力发电的发电量仍高于负载及储能装置的需求，此时，闭合卸荷电路的开关，释放电路中过量的电力，维持电力系统的电力稳定性。
当风速V大于风力发电的最大风速Vmax时，控制冷却风扇的齿轮组接近风力发电机的齿轮组，并与之啮合，由于冷却风扇的齿轮组与风力发电机的齿轮组相啮合，即风力发电机在发电机处于带载运行，即转速降低，从而输出的电力也相应的进行降低，优选的是，冷却风扇与风力发电机相啮合的齿轮具有多组，从而可以降低风机转速过快引起的风力发电机损坏以及风力发电量过多带来的电力波动，根据检测的风速、负载以及储能单元的用电情况，控制器控制冷却风扇与风力发电机啮合的齿轮的组数，即控制风力发电机的主轴带载量，从而可以稳定风力发电机的转速，从而可以进一步稳定输出电路中的电力稳定性，当全部齿轮组均加载在风力发电机的主轴上时，风速V仍然大于风力发电的最大风速Vmax，此时，调节叶片与风向的夹角，从而可以减小风力发电机叶片的受风率，降低风力发电机的转速。
此外，本发明在实施时，还可通过其他方式进行风光供电的机械方式互补，太阳能电池板的背面可设置有水冷管道，风力发电机的主轴通过齿轮组连接泵，从而带动泵的旋转，泵带动水冷管道中的水流的流动，从而对太阳能电池板进行冷却。
采用本发明的风光互补供电的方式，可以有效的利用风力发电中不能被用来发电的风力，从而提高能源的利用率，并通过机械传动的方式带动冷却装置的运行，从而进一步给太阳能电池的发热进行降温冷却，通过齿轮传动方式有效的将风力发电的风速过大或过小的风力的缺陷来弥补太阳能发电的过热的缺陷，从而实现有效的互补，减小了风力机的停机或转速过快运行的几率，并延长了太阳能电池的使用寿命及工作时间。
附图说明
图1是风光互补发电装置的结构图
图2是风光互补发电装置的控制方式。
具体实施方式
如图1所示，一种风光互补发电装置，风光互补发电装置是由太阳能光伏方阵、风力发电机组、风光互补系统控制器、蓄电池组以及逆变器等几部分组成。其工作原理为：太阳能光伏阵列由若干太阳能电池板串并联而成，它们将接收的太阳辐射能量直接转换成电能，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，在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过逆变，然后再经过滤波和变压器升压后变成交流的正弦电压供给交流负载使用；而风力发电是利用风力机将风能转换为机械能，再通过风力发电机将机械能转换为电能，之后电能先经过控制器对蓄电池组进行充电，然后通过逆变器为负荷提供电能，风力发电系统的优点为日发电量比较大，系统的造价及其运行维护成本比较低，但常规水平轴的风力发电机对风速的要求比较苛刻；当日照充足或风力非常大而导致产生的电能过剩时，蓄电池可将多余的电能储存起来；当系统的发电量不足或负荷的用电量增加时，则由蓄电池向负荷补充电能，并将保持供电电压的稳定。逆变系统由几台逆变器组成，它们将蓄电池中的直流电转变成标准的正弦交流电，以保证交流负载的正常使用。同时它还具有自动稳压的功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。由于日照强度，风力大小以及负载情况是在不断变化的，因此需要对蓄电池组的上作状态进行连续调节，以适应负荷的需求。因此控制装置可根据日照的强弱，风力的大小以及负载的变化，自适应的对蓄电池的工作状态进行切换，把将风力发电系统和光伏发电系统输出的多余电能转化为化学能储存起来，并在电能不足时，由蓄电池向负荷供电，使其在充电、放电或浮充电等多种工况下交替运行，以保证整个工作的连续性和稳定性。
风力发电系统在低风速时，发电量较低，如果进行发电，则需要加入升压变换装置，而引入升压变换装置需要提高系统的成本及损耗，因此，风力发电系统在低风速区时，不进行发电，当太阳能电池长期处于高强度日照时，太阳能电池温度升高，影响电池的寿命及电力转换效率，因此，需要提供降温冷却装置对其进行冷却。
本发明采用风力发电系统的低风速区来进行太阳能电池的冷却，本发明风光互补发电装置还包括风速传感器、母线电流互感器、母线电压互感器、太阳能电池的温度传感器、电池电压传感器、电池电流传感器。
如图2所示，风速传感器实时检测风力发电机所处地区的风速，当风速低于风力发电机的启动风速Vmin时，断开风力发电机的与储能和电力输出开关，风力发电机上设置有齿轮组，冷却风扇上也设置有相应的齿轮组，当风力发电正常进行发电时，风力发电机的齿轮组与冷却风扇的齿轮组不接触，即风力发电机的齿轮组空转，不带动冷却风扇运行，当风力发电机的风速低于Vmin时，控制风力发电机组的齿轮组与冷却风扇的齿轮组相啮合，齿轮组靠近的方式例如可采用机械移动方式，或水平平移使两者接触并啮合，或垂直平移使两者接触并啮合，当风力发电机组的齿轮组与冷却风扇的齿轮组相啮合，风力发电机组带动冷却风扇转动，冷却风扇可朝向太阳能电池或通过通风管道与太阳能电池的发热部件相连通，从而冷却风扇带动通风管道中的空气流动，从而对太阳能电池进行冷却，此外，本发明还可通过其他方式进行冷却，风力发电机组的齿轮组通过压缩机的齿轮组带动压缩机进行转动，从而压缩机对制冷剂或冷却气体进行压缩，从而在太阳能电池温度升高时，释放被压缩的制冷剂或冷却气体，从而制冷剂或冷却气体能够吸热，对太阳能电池进行降温，提高其太阳能与电能的转换效率并延长其寿命。
当风速V处于Vmin与Vmax之间时，即风速处于正常可运行发电区间时，控制器控制风力发电机与储能单元和整流逆变装置的开关相闭合，并控制冷却风扇的齿轮组离开风力发电机的齿轮组，例如采用机械移动的方式，如水平平移进行分离操作或垂直平移进行分离操作，此时，风力发电机的齿轮组不带载，跟随风力发电机的主轴正常转动，风力发电机发出的电力优先对负载进行输出，当满足负载需求后，仍有剩余时，对储能单元进行充电，当满足负载需求后，仍有剩余，且储能单元接近充满时，控制冷却风扇的齿轮组接近风力发电机的齿轮组，并与之啮合，由于冷却风扇的齿轮组与风力发电机的齿轮组相啮合，即风力发电机在发电机处于带载运行，即转速降低，从而输出的电力也相应的进行降低，优选的是，冷却风扇与风力发电机相啮合的齿轮具有多组，根据检测的风速、负载以及储能单元的用电情况，控制器控制冷却风扇与风力发电机啮合的齿轮的组数，即控制风力发电机的主轴带载量，从而可以使得风力发电机组能够尽量的利用风力资源，当全部接入齿轮组时，且风力发电的发电量仍高于负载及储能装置的需求，此时，闭合卸荷电路的开关，释放电路中过量的电力，维持电力系统的电力稳定性。
当风速V大于风力发电的最大风速Vmax时，控制冷却风扇的齿轮组接近风力发电机的齿轮组，并与之啮合，由于冷却风扇的齿轮组与风力发电机的齿轮组相啮合，即风力发电机在发电机处于带载运行，即转速降低，从而输出的电力也相应的进行降低，优选的是，冷却风扇与风力发电机相啮合的齿轮具有多组，从而可以降低风机转速过快引起的风力发电机损坏以及风力发电量过多带来的电力波动，根据检测的风速、负载以及储能单元的用电情况，控制器控制冷却风扇与风力发电机啮合的齿轮的组数，即控制风力发电机的主轴带载量，从而可以稳定风力发电机的转速，从而可以进一步稳定输出电路中的电力稳定性，当全部齿轮组均加载在风力发电机的主轴上时，风速V仍然大于风力发电的最大风速Vmax，此时，调节叶片与风向的夹角，从而可以减小风力发电机叶片的受风率，降低风力发电机的转速。
此外，本发明在实施时，还可通过其他方式进行风光供电的机械方式互补，太阳能电池板的背面可设置有水冷管道，风力发电机的主轴通过齿轮组连接泵，从而带动泵的旋转，泵带动水冷管道中的水流的流动，从而对太阳能电池板进行冷却。
采用本发明的风光互补供电的方式，可以有效的利用风力发电中不能被用来发电的风力，从而提高能源的利用率，并通过机械传动的方式带动冷却装置的运行，从而进一步给太阳能电池的发热进行降温冷却，通过齿轮传动方式有效的将风力发电的风速过大或过小的风力的缺陷来弥补太阳能发电的过热的缺陷，从而实现有效的互补，减小了风力机的停机或转速过快运行的几率，并延长了太阳能电池的使用寿命及工作时间。
Claims (4)
1.一种风光互补发电装置，其特征在于，风光互补发电装置包括太阳能光伏方阵、风力发电机组、风光互补系统控制器、蓄电池组以及逆变器；风光互补发电装置还包括风速传感器、母线电流互感器、母线电压互感器、太阳能电池的温度传感器、电池电压传感器、电池电流传感器；风速传感器实时检测风力发电机所处地区的风速，当风速低于风力发电机的启动风速Vmin时，断开风力发电机的与储能和电力输出开关，风力发电机上设置有齿轮组，冷却风扇上也设置有相应的齿轮组，当风力发电正常进行发电时，风力发电机的齿轮组与冷却风扇的齿轮组不接触，当风力发电机的风速低于Vmin时，控制风力发电机组的齿轮组与冷却风扇的齿轮组相啮合，当风力发电机组的齿轮组与冷却风扇的齿轮组相啮合，风力发电机组带动冷却风扇转动，冷却风扇通过通风管道与太阳能电池的发热部件相连通，从而冷却风扇带动通风管道中的空气流动，从而对太阳能电池进行冷却。
2.如权利要求1所述的风光互补发电装置，其特征在于，太阳能光伏方阵由若干太阳能电池板串并联而成，将接收的太阳辐射能量直接转换成电能，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，在日照不足时，储存在蓄电池中的能量经过逆变，经过滤波和变压器升压后变成交流的正弦电压供给交流负载使用；风力发电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，经过控制器对蓄电池组进行充电，通过逆变器为负荷提供电能；当日照充足或风力非常大而导致产生的电能过剩时，蓄电池可将多余的电能储存起来；当系统的发电量不足或负荷的用电量增加时，由蓄电池向负荷补充电能，并将保持供电电压的稳定，逆变器将蓄电池中的直流电转变成标准的正弦交流电，以保证交流负载的正常使用，控制器根据日照的强弱，风力的大小以及负载的变化，自适应的对蓄电池的工作状态进行切换，把将风力发电系统和光伏发电系统输出的多余电能转化为化学能储存起来，并在电能不足时，由蓄电池向负荷供电。
3.如权利要求2所述的风光互补发电装置，其特征在于，当风速V处于Vmin与Vmax之间时，控制器控制风力发电机与储能单元和整流逆变装置的开关闭合，并控制冷却风扇的齿轮组离开风力发电机的齿轮组，风力发电机的齿轮组不带载，跟随风力发电机的主轴正常转动，风力发电机发出的电力优先对负载进行输出，当满足负载需求后，仍有剩余时，对储能单元进行充电，当满足负载需求后，仍有剩余，且储能单元接近充满时，控制冷却风扇的齿轮组接近风力发电机的齿轮组，并与之啮合，冷却风扇与风力发电机相啮合的齿轮具有多组，根据检测的风速、负载以及储能单元的用电情况，控制器控制冷却风扇与风力发电机啮合的齿轮的组数，当全部接入齿轮组时，且风力发电的发电量仍高于负载及储能装置的需求，此时，闭合卸荷电路的开关，释放电路中过量的电力。
4.如权利要求3所述的风光互补发电装置，其特征在于，当风速V大于风力发电的最大风速Vmax时，控制冷却风扇的齿轮组接近风力发电机的齿轮组，并与之啮合，冷却风扇与风力发电机相啮合的齿轮具有多组，根据检测的风速、负载以及储能单元的用电情况，控制器控制冷却风扇与风力发电机啮合的齿轮的组数，当全部齿轮组均加载在风力发电机的主轴上时，风速V仍然大于风力发电的最大风速Vmax，此时，调节叶片与风向的夹角，减小风力发电机叶片的受风率，降低风力发电机的转速。
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