小型风光互补发电系统节能改造应用

杨 洁,曾繁明

（正德职业技术学院,南京 211106）

小型风光互补发电系统节能改造应用

杨 洁,曾繁明

（正德职业技术学院,南京 211106）

本文以某校园广场路灯照明系统为对象，通过分析当地自然条件数据、改造前后设备使用情况及费用明细，提出小容量风光互补发电系统改造方案。

风光互补；发电；节能；改造

1 风光互补发电系统

风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，可以直接接直流负荷，或者可以通过逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处；对于富余的电能则送入外电网。

由于是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电，可以在资源上弥补风电和光电独立系统的缺陷：实现昼夜互补——白天太阳能发电，夜晚风能发电；季节互补——夏季日照强烈，冬季风能强盛；稳定性高——利用风光的天然互补性，大大提高系统供电稳定性。

小型风光互补发电系统一般由一个或几个中小型风力发电机与若干太阳电池组件组成电力来源，电力送入风光互补控制器，在控制器内先转换成直流电，根据控制需要直流电可向蓄电池组充电与逆变成交流电。小型风光互补发电系统可以是离网的独立供电系统，发出的交流电供用户自己使用，也可以组成并网系统，把多余的交流电可送向电网。

2 该市风能、光能自然环境数据研究

江苏历史年平均日照时间相比其他地区较为中等，南京处于江苏南部，全年日照时数达到1400-2200小时，相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量，其太阳能发电项目可以实施，但要考虑南京季风气候有一段时间的阴雨天气。

江苏沿海及岛屿为风能丰富区，广大陆地为风能可利用区，只有淮北为风能的贫乏区。通过对南京市四季风能有效分布数据统计，南京长年风能密度达到70 W/M2，风能累计时数各季均可达1000小时数以上，属于风能可利用区。

3 供电系统改造方案设计

广场照明主要有：喷泉、广场地面和标志物、有人行道、地下广场或地铁的出入口及周围绿地、花圃等环境照明组成。本文以广场地面照明为研究对象，布局示意图如图1所示，现共有路灯18盏，每盏路灯上现装有3×40W的灯泡。

（1）系统设计图纸。

（2）改造方案可行性研究。改造方案，将现有光源换成LED电光源，可以大大降低负荷功率总数，路灯照明可以选用不同功率的LED球泡灯光源进行比较：取3W（相当于5W荧光灯）总负荷容量达162W；取6W（相当于12W荧光灯）总负荷容量达324W；取8W（相当于18W荧光灯）总负荷容量达432W。经查资料，3W容量LED球泡灯适用面积4㎡，所以改造方案取最小容量方案1就可以满足广场夜间路面照明用。

改造前后用电量及电费情况比较：改造前后灯泡费用可以节省88%，用电量及电费每日节省92%，则每月可以节省电费690元，由此可见，仅该广场路灯照明一项每年节省电费6900元（按10个月的实际使用时间算）。

（3）改造方案实施内容。风光互补发电系统所用控制器是采用PWM无级卸载方式控制风机和太阳能电池对蓄电池进行智能充电。在太阳能电池板和风力发电机所发出的电能超过蓄电池存储容量时，控制系统必须将多余的能量消耗掉，从而保证了最佳的蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用。

安装控制器时，使用多股通芯绝缘导线，用长度不超过1米的4平方毫米以上通信电缆，将蓄电池与设备后面板的BATTERY端子相连接，接线时注意区分正负极。

当控制器处于工作状态时，液晶显示蓄电池电压，使用户可以直观了解蓄电池的电压状态，并可以根据蓄电池的电压来调节使用负载的大小和时间。

控制器模式选择：按UP键调节，lamp表示路灯模式，home表示户用模式，设置成功后按ENTER键退出。红色指示灯charge表示充电，绿色指示灯battery表示放电。

风力发电机需要吊装，考虑学校景观的协调性，可以将塔架安装在图2中坐标轴原点处，塔架高度应以2米为宜，安装前要做好防雷接地。在光电板的安装过程中需要注意太阳能板不能平躺放置，应倾斜30°～45°角，且正对太阳能光线，同时考虑光电板的安装高度不能影响风机叶片转动，故光电板安装支架最高高度与风机水平轴距离应大于叶片长度。

本文将自制组合支架分别放置在1#（海拔约10米）和2#（地平面）两个地点进行调试，分别采集晴天与多云两种天气的数据。

通过观测，光电系统即使在多云天气也能将光能转化为电能存储到蓄电池内，相对比较稳定；但是风电系统受天气因素影响较大，本文使用的风机启动风速2m/s，额定风速需要11.5m/s，在调试期间，风力能达到6级（风速达10.8-13.8m/s）及以上的天数有限，通过采集两个不同海拔地点的数据，风电系统极其不稳定且利用率较低。

4 存在问题及应用前景

风光互补复合发电系统电路简单，成本较低，系统工作稳定。缺点是如果负荷容量增加，必然要相应增加光电板数量及线路，若依然采用每套装置独立工作，那么就存在各装置间的最佳工作状态调配，会形成资源利用率低，维护工作量大，效率低。

针对广场路灯照明及供电系统改造前后节能效果显著，经济性能更佳。如果将供电系统适用范围扩大，可以在该系统的基础上增加光电板容量及逆变器、变压器各一台，此发电系统可以适用于不同电压等级的交直流负荷。

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

杨洁（1981-）,女 安徽阜阳人,硕士,讲师,研究方向:电气工程及其自动化。