CN201865847U - 风力、太阳能发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种风力、太阳能发电系统，包括资源采集部分、数据处理与分析部分以及电力配置部分。资源采集部分包括风速风向仪、太阳能辐射表、温湿度计、海拔压力计、全球定位系统以及太阳辐射倾角、高度角测量尺等仪器的数据采集。数据处理与分析部分包括实现运算的中央处理器单元和配套处理软件。电力配置部分包括风力发电设备和太阳能发电设备。本实用新型由现地实时数据采集、数据分析、系统仿真和系统集成四步骤建设，对现地实时风/光数据采集与处理获得最佳参数，完成对风机、光伏电池以及最佳系统的设计，实现风/光资源利用最大化、储能配置最小化和电力分配最佳化，最大限度地降低小风/电能源的随机性。该系统的推广将节约大量的化石能源、减少碳排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源应用领域，具体说，涉及一种优化资源的能源发电系统。
背景技术
随着资源节能和环境环保的理念不断深入，作为可再生新能源的风能和太阳能应用在人们日常生活中得到推广。但由于国内小风电和小光伏发电在应用中设计方法简单、转化效率低而难以克服风/光资源的随机性，使得能源利用率低、设备质量差、电力需求难以保障。
风能技术的发展主要表现在风电技术标准、风电检测与认证、风电设计咨询、科学计算软件、地面实验设备、风资源评估等方面。由于国内风电发展过于依赖风电发达国家的技术，风电发达国家凭借技术优势和风电机组品牌，一方面占据了中国大部分的风电市场；另一方面将技术标准、知识产权作为保持技术垄断和竞争优势的重要手段。中国的风电事业的发展急需设计方法的严密执行，才能摆脱引进与改造的循环中。
太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。2009年中国太阳能电池产量为9300MW，占全球总产量的40％以上，已成为全球太阳能电池生产第一大国。但是目前中国国内的太阳能电池市场规模较小，国内生产的太阳能光伏电池的97％都出口到了海外市场，由此可见中国在应用系统中发展比较落后。针对目前中国光伏产业存在的问题，国内相关科研机构和企业应该潜心于基础研究、技术改造和产业发展，做到厚积而薄发。
发明内容
本实用新型针对上述问题，提出了一种能够完成最佳风/光系统设计，实现风/光资源利用最大化、储能配置最小化和电力分配最佳化，最大限度降低小风/光能源利用随机性的系统。本发明主要解决如下问题：
由于风能和太阳能的随机性和不稳定性，使得能量转化设备(风力发电机和太阳能电池板)制造成本高、转换效率低。随着机械构造、电气控制和材料合成等技术的突破，风电设备和太阳能光伏发电设备需要切合实际的现地实时数据采集和数据分析，获得相关参数以便科学计算仿真，使风资源评估更合理、风电技术标准国产化程度更高、风电检测与认证更准确、风电设计咨询更标准、科学计算软件更完善、地面实验设备更稳定。最佳小容量绿色能源系统在最大限度地降低小风/光能源的随机性，实现风/光资源利用最大化、储能配置最小化和电力分配最佳化和完成最佳风/光系统设计。据统计，2009年中国太阳能光伏产业应用分类(按装机总量)中农村电气化占32％和通信与工业占16％，最佳小容量绿色能源系统的独立式或互补式需要适合在不同复杂环境下的农村电气化和通信与工业的绿色供电。我国风能可开发利用的地区占全国总面积的76％(主要分布在西北、华北、东北、青藏高原及沿海地区)，由于以上地区分别是荒漠、平原、山地、丘陵、高原和沿海地域等复杂环境，需要最佳小容量绿色能源系统针对不同地形地貌造就的气候和环境变化的影响。
为了解决上述问题，本实用新型风力、太阳能发电系统，包括资源采集部分、数据处理与分析部分以及电力配置部分。其中，资源采集部分包括风速风向仪、太阳能辐射表、温湿度计、海拔压力计、全球定位系统以及太阳辐射倾角、高度角测量尺；上述各个仪器进行数据采集。所述资源采集部分将采集到的信息通过有线或无线网络送至所述数据处理与分析部分。此外，数据处理与分析部分包括实现运算的中央处理器单元及配套的处理软件；所述数据处理与分析部分将采集的数据进行统计计算及分析，以分析结果进行电力配置设计。而电力配置部分包括风力发电设备和太阳能发电设备的优化配置。
优选方式下，电力配置部分包括以设备数据统计和系统整体设计并进行系统计算仿真验证，将所述风力发电设备和太阳能发电设备提高能源转换效率使输出电量满足用户需求。具体说，电力配置部分还包括存取标准化信息的存储模块，以及用于分析指令和标准化信息的运算单元，运算单元向风力发电设备和太阳能发电设备发送运算结果信息。
本实用新型的有益效果在于：“风力、太阳能发电系统”分布广泛，可根据具体地点设计最优系统，将太阳能、风能最大限度地转化为电能，实现风、光资源利用最大化以及电力配置合理化。由于该系统结构简单、设备规模小，供给自由，使得其建设成本相对较低、可维护性强、易于推广。“风力、太阳能发 电系统”的推广将使得民用供电方式发生巨大改变，不但节约大量的化石能源、缓解能源压力，而且减轻了环境污染。
附图说明
图1：最佳小容量绿色能源系统框图；
图2：风力、太阳能发电系统设计流程图。
具体实施方式
本实用新型风力、太阳能发电系统，包括资源采集部分、数据处理与分析部分以及电力配置部分(见图1)。其中，资源采集部分包括风速风向仪、太阳能辐射表、温湿度计、海拔压力计、全球定位系统以及太阳辐射倾角、高度角测量尺等仪器的数据采集，资源采集部分将采集到的信息通过有线或无线网络送至数据处理与分析部分；数据处理与分析部分包括实现运算的中央处理器单元及配套的处理软件，数据处理与分析部分将采集的数据进行统计计算及分析，以分析结果进行电力配置设计；电力配置部分包括风力发电设备和太阳能发电设备。优选方式下，电力配置部分以设备数据统计和系统整体设计并进行系统计算仿真验证，将所述风力发电设备和太阳能发电设备提高能源转换效率使输出电量满足用户需求。
系统设计方法是风力、太阳能发电系统的核心，主要是指通过对现地实时数据采集与处理获得最佳参数，从而完成对风机、光伏电池以及最佳系统的设计(见图2)。
1、现地实时数据采集(资源采集)
现地实时数据采集技术是对系统建设地的风、光资源进行自动化采集的技术。对系统建设地的风、光资源进行评估是系统设计的前提和依据。本系统设计需要的现地实时数据主要由风力资源数据和太阳能资源数据组成。风力资源数据主要包括平均风速、瞬时风速、极大风速和风向，同时大气压力、温度等数据也有参考价值。风力资源数据的测量所使用的设备是风速、风向气象测定仪。太阳能资源数据包括总辐射、太阳高度角和太阳倾角。太阳能资源测量所使用的设备是太阳辐射强度测量记录系统和倾角、高度角测量尺。数据采集周期一般为一年。
因为气象周期间隔长、跨度大、数据繁琐，无法长时间观测某一点资源数据，所以在设计系统时还要参考当地气象部门的历史数据，并且还要考虑客观 因素对数据的影响，比如障碍物、地形的影响。
2、时间概率分布的获得(数据分析)
风、光资源随机性很强，极其不稳定，若想使系统输出稳定就要在对采集到的数据进行计算得出资源储量、资源分布规律和方差。获得最大资源储量、能量稳定的资源分布及其减小方差，都要以数据分析得出的结果为前提和依据。因此，数据处理分析是建设“最佳小容量绿色能源系统”过程中最为重要的环节。
3、仿真计算(系统仿真)
根据前面采集和处理过的数据，可以对系统建设方案进行仿真计算和设计。仿真内容包括：建设容量和设备参数计算、设备改造方案设计、系统总体方案设计。
建设容量和设备参数计算是在采集和处理过数据的基础上进行的。在数据处理阶段可以得出系统建设地的风、光资源储量、分布规律和方差，在这些数据基础上除掉干扰因素就可以得出系统容量和输出方差，再根据需求就可得出系统对设备的要求，为下一阶段工作做好了数据依据。
设备改造方案设计的目的是使设备更适合系统建设地的资源状况，使发电量更多，运行更稳定。例如，根据数据可以对风力发电机的叶片大小、形状和安装倾角进行改进，也可设计改进太阳能电池板的外形、弯曲度和安放倾角，再由设备制造商根据设计方案和改进要求制造设备。
系统总体方案设计是仿真计算的最后一步，即根据设计容量和改造后的设备仿真实际系统。系统总体方案设计将考虑众多因素并对系统设计方案做最后调整和修改，再根据用电需求模拟系统运行来确定最终系统建设方案。
4、系统集成
根据前面的系统总体方案设计和改造后的设备对系统进行最后集成，安装、调试设备，监视设备运行情况。
本发明风力、太阳能发电系统特别适用于最佳风/光系统设计，实现风/光资源利用最大化、储能配置最小化和电力分配最佳化，最大限度降低小风/光能源利用随机性的系统，它包括如下技术：
一、资源采集技术，指对系统建设地风、光等资源参数进行现地实时的测量。对系统建设地进行一个较短时间的观测，一般为一年，并参照当地气象部 门的相关数据，还要考虑建设地周围具体环境。
一、数据分析技术，数据分析包括计算出当地风、光资源储量、能量密度和时间分布等，可以对系统设计、设备制造以及电力应用提供依据。
一、电力配置方法，对采集到的数据进行处理分析后便可进行系统仿真计算，经计算风力发电机和太阳能电池板的电力转化，得到理论发电量。包括单系统多余电量存储、多系统多余电量存储、系统间电能合理调配。
其中，资源采集技术需要采集的数据有(数据均需要是现地实时数据)：瞬时风速、平均风速、极大风速、风向、风量、总辐射、散射辐射、直接辐射、反射辐射、净全辐射、太阳高度角、温度、湿度、大气压强、海拔高度、经纬度等。其数据分析包括计算出当地风、光资源储量、能量密度和时间分布等。此外，对数据的处理、分析即对采集到的数据进行计算，得出资源储量、资源分布规律和方差。对于风力发电系统，测量出平均风速、风向等数据，便可分析出该地区风资源容量大小，还可以据此确定风机叶片数量、形状、大小和角度，对于太阳能发电系统，测量出全年各月水平面上的平均太阳辐射资料(总辐射量、直接辐射量或散射辐射量)后，便可以算出不同倾角的斜面上全年各月的平均太阳辐射量，根据这些数据可以设计系统和太阳能电池板板形及确定最佳倾角。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种风力、太阳能发电系统，其特征在于，包括资源采集部分、数据处理与分析部分以及电力配置部分；
所述资源采集部分包括风速风向仪、太阳能辐射表、温湿度计、海拔压力计、全球定位系统以及太阳辐射倾角、高度角测量尺；所述资源采集部分将采集到的信息通过有线或无线网络送至所述数据处理与分析部分；
所述电力配置部分包括风力发电设备和太阳能发电设备。
2.根据权利要求1所述风力、太阳能发电系统，其特征在于，所述电力配置部分还包括存取标准化信息的存储模块，以及用于分析指令和标准化信息的运算单元，所述运算单元向所述风力发电设备和太阳能发电设备发送运算结果信息。
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