太陽(yáng)能風(fēng)能及市電一體電源的供電系統設計
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時(shí)間：2012-09-02
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
2)光伏發(fā)電 利用太陽(yáng)能電池板的光伏效應，將光能轉化為電能，經(jīng)過(guò)控制中心的控制，一是對蓄電池組充電，二是將電能直接供給直流負載LED燈或經(jīng)DC／AC逆變器供給交流負載。理想的PN結太陽(yáng)光伏電池I-V方程為：
式中：IS、VS為光伏電池的輸出電流和輸出電壓；IN、I0為光伏電池的短路電流和PN結反向飽和電流；K為波爾常數，K=1．38x10-23J／K；T為溫度；q為電子電荷量，q=1．6x10-19C。
在一定溫度、日照條件下，光伏電池的輸出功率具有最大值。發(fā)電過(guò)程中，電池的內阻不僅受到日照強度的影響，還受到環(huán)境溫度及負載的影響。要想在光伏發(fā)電時(shí)得到最大功率，必須不斷改變自身阻抗的大小，從而達到光伏陣列與負載的最佳匹配，實(shí)現大電流、高電壓的輸出，提高系統發(fā)電的效率。
3)市電220 V 市電220 V的引入是為了更可靠、更穩定地對負載進(jìn)行供電。在太陽(yáng)能光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機供電不足的情況下，通過(guò)控制器的控制，啟動(dòng)市電作為最后保證負載供電的電源。
1．2 控制部分
1)控制電路的作用
控制部分是本電路的核心內容，通過(guò)控制器，完成電源系統各部分的連接、組合以及對蓄電池組充電的自動(dòng)控制。該裝置能根據日照的強弱、風(fēng)力的大小及負載的變化，不斷地對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調節，一方面把調整后的電能直接送往直流負載或經(jīng)逆變器送什交流負載；另一方面把多余的電能送往蓄電池組存貯起來(lái)。當光伏發(fā)電量和風(fēng)力機發(fā)電量不能滿(mǎn)足負載功率時(shí)，控制器將蓄電池組中的電能調送往負載；當蓄電池組中電能也不足的情況下，控制器最后肩動(dòng)220 V市電作為供電電源。這樣使供電系統在充電、放電或浮電等多種工況下交替運行，從而保證以風(fēng)、光、市電互補作為電源供電系統對負載供電的連續性和穩定性。
2)控制電路的控制過(guò)程
風(fēng)、光、市電互補供電系統的控制過(guò)程比較復雜，工業(yè)上采用過(guò)程控制技術(shù)對該系統的運行工況進(jìn)行監測和智能化管理。根據系統的特點(diǎn)，現場(chǎng)控制層實(shí)現對各類(lèi)傳感器、變送器和執行器及對現場(chǎng)數據采集過(guò)程的控制。智能監控系統分為兩層：底層是基于微處理器芯片的監控層，負責實(shí)現對單臺設備的運行進(jìn)行優(yōu)化控制和參數設定。同時(shí)具備有與上層通迅的能力；上層是基于微機的協(xié)調管理層，主要用于現場(chǎng)
數據處理，同時(shí)處理多臺供電電源并列運行時(shí)協(xié)調控制及并網(wǎng)供電問(wèn)題。
①監控層的主要功能：主要對系統狀態(tài)進(jìn)行撿測，如風(fēng)速強弱、太陽(yáng)輻射強度，蓄電池電壓情況、負荷要求等運行參數。能量管理層負責系統和供電模式切換及負荷控制問(wèn)題，通迅控制實(shí)現與上層管理系統通信，提供系統所需的運行及設備參數，同時(shí)根據指令改變系統的運行工況。
②協(xié)調管理層的主要功能：實(shí)現通信，包括與底層監控層通信，獲得運行參數和向監控層發(fā)送控制指令，調整系統的運行工況狀態(tài)。數據系統是上層協(xié)調管理層運行的基礎，通過(guò)與底層監控層的通信來(lái)獲得供電系統的運行參數和設備狀態(tài)；協(xié)調控制層通過(guò)對系統的運行參數進(jìn)行監控，靈活地政變各設備的運行工況，以求達到最佳。
1．3 蓄電池組
蓄電池組在本系統中起到能量調節和平衡負載的雙重作用。它將風(fēng)力發(fā)電機和太陽(yáng)能電池輸出的電能轉化為化學(xué)能儲存起來(lái)，以備電能不足時(shí)使用。在常用的蓄電池中，主要有鋁酸蓄電池，堿性鎳蓄電池和鐵鎳蓄電池，其中鋁酸蓄電池價(jià)格低廉、性能可靠、安全性高、且技術(shù)上又不斷進(jìn)步和完善得以廣泛應用。
1．4 逆變器
由一臺或幾臺逆變器組成。其作用是將蓄電池組中直流電能變成標準的220 V交流電能，同時(shí)具有自動(dòng)穩壓功能，可改善風(fēng)光互補發(fā)電系統供電的質(zhì)量，保證交流負載設備的正常使用。
1．5 LED負載
LED燈(Light Emitting Diode)，即發(fā)光二極管。是一種半導同體發(fā)光器件。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料。當兩端加上正向電壓，直接發(fā)出紅、黃、綠、青、橙、紫、白色的光。與傳統的燈源相比，LED燈具有以下特點(diǎn)：
1)多變幻 LED光源可利用LED通短時(shí)間短和紅、綠、藍3基色原理，在計算機技術(shù)控制下實(shí)現色彩和圖案的多變化，是一種可隨意控制的“動(dòng)態(tài)光源”。
2)壽命長(cháng) LED光源無(wú)燈絲、工作電壓低，使用壽命可達5萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，也就是5年到10年時(shí)間。
3)利環(huán)保 生產(chǎn)中無(wú)有害元素、使用中不發(fā)出有害物質(zhì)、無(wú)輻射。
4)高新尖 與傳統光源比，LED光源融合了計算機、網(wǎng)絡(luò )、嵌入式等高新技術(shù)，具有在線(xiàn)編程、無(wú)限升級、靈活多變的特點(diǎn)。
2 電路的工作原理
風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能換轉為電能，太陽(yáng)能電池板將光能轉換為電能，這兩種電能在控制器作用下，一方面可對負載進(jìn)行供電，直流負載LED燈可直接獲得直流電能的驅動(dòng)，而交流負載經(jīng)逆變器將直流電能轉化為交流電能后獲得交流電能的驅動(dòng)：另一方面，控制器將來(lái)自風(fēng)力機和太陽(yáng)能電池板多余的電能對蓄電池充電，蓄電池將這些電能轉化成化學(xué)能儲存起來(lái)，以備風(fēng)光發(fā)電機發(fā)電不足時(shí)使用。
當風(fēng)、光發(fā)電機發(fā)電都不足時(shí)，在控制器的作用下，調用存儲在蓄電池組內的備用電能，繼續給負載提供電能；當蓄電池組中的電能也不足時(shí)，控制器打開(kāi)220 V的市電通道作為負載的供電電源，以保證負載在任何情況下都能正常工作。
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