【文章內容簡介】 ≥ ?I 。此時 風力發(fā)電機組 光伏發(fā)電機組 DC/DC AC/DC DC/DCC 蓄電池 交流負載 （ 21） 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 5 )(00 III PKTqUeI ??? 開路電壓 cV? ：光照下的 PN 結外電路開路時 P 端對 N 端的電壓，即上述電流方程中 I=0 時的 U 值： )(0 00 III PKTqUe ??? ，于是有 )ln ()/( 0IIV POC qKT ?? 短路電流 ISC：光照 下的 PN 結，外電路短路時，從 P 端流出，經過外電路，從N 端流入的電流稱為短路電流 ISC.即 上 述電流方程 (2． 1)中 U=0 時 得 IK=IP VOC 與 ISC 是光照下 PN 結的兩個重要參數，在一定溫度下， VOC 與光照度 E 成對數關系，但最大值不超過接觸電勢差 UD。弱光照下， IK與 E 有線性關系。 太陽能電池目前大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。在能量轉換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。 太陽能電池單體是光電轉換的最小單元，尺寸一般為 4~100cm，太陽能單 體的工作電壓約為 0﹒ 45~0． 5V，工作電流為 20~25mA，一般不能單獨作為電源使用。太陽能電池組件再經過串并聯(lián)并安裝在支架上，就構成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所需要 的輸出功率。 太陽能陣列的等效電路 太陽能電池特性與太陽輻射強度 S 和太陽能電池溫度 T 有極大關系，即 I=f(U， S， T)。采用單結晶硅為材料的太陽能電池電路原理如圖 2． 1 所示 。 圖 2． 2 太陽能電池等效電路原理圖 由圖 2． 2 的太陽能太陽能電池等效電路得出： I =IL — ID — Ish (23) （ 22） 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 6 其中： I 是太陽能模塊輸出電流， IL是光生電流， ID是流過二極管電流， Ish是太陽能模塊漏電流。 太陽能陣列的輸出參數 每天有陽光的照射為 6 小時，風力發(fā)電機和太陽能電池組件都不發(fā)電最對可達到 2 天。太陽能電池板最多 3 天不發(fā)電。 ( 220 * 70% * 90%C + 6 * 4P2) / P = 4 * 12 P2 = W 選用 5 W 單晶硅太陽能電池組件，其主要技術參數為額定峰值功率 5 W ，額定峰值電壓 18 V ,額定峰值電流 A。 太陽能電池組件串聯(lián)數為 Ns=Vf + VVmi 式中 Vf是蓄電池的浮充工作電壓，取 DC 303 V ， Vi為串聯(lián)回路線路電壓降，取 3 V； Vm為光伏電池組件的峰值電壓，取 18V. NS = (303 + 3) / 18 =17 塊 太陽能電池組件并聯(lián)數 NP 為 PNN SP N 1? （ 24） 式中， P 為太陽能電池方陣功率； NS為太陽能電池方陣組件串聯(lián)數； P1為太陽能電池組件峰值功率。 NS = (17*5)= = 3 組 太陽能組件實際數為 N = NS* NP = 17 * 3 = 51 塊 太陽能電池組件實際總功率為 W = NS * NP * P1 = 3 * 17 * 5 = 255 W 實際配置 260W 的太陽能電池組和額定電壓為 8V。 （ 4 個一串聯(lián)，并聯(lián) 13 組） 天陽能電池方陣間距為 D = [arcsin(*)] 呼市北緯度為 30176。即 ɑ = 30176。 + 5176。 = 35176。 H = 1480 mm 計算結 果為 D = 3300mm 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 7 逆變器容量的選擇 ： 負載功率為 P1= 200 W , N 為用電同時率 80%， M 為各負載不平衡系數取 , S 為負載功率因數 ， ? 為逆變器效率取 。 ?SNMP P1? = (200 * * ) / ( * ) = V A 可選用 150V A 單相逆變器（額定電壓 12V） 3 臺，其中一臺備用。 風力發(fā)電部分 風力發(fā)電機的組成及類型 從風能轉換的角度來看，風力發(fā)電機組包括兩個部分：其一是風力機，它的功能是將風能轉換成機械能；其二是發(fā)電機，它的功能是將機械能轉換成電能。 風力發(fā)電機的種類和式樣很多，但由于風力發(fā)電機將風能轉變成機械能的主要部件是受風力作用 。 因此，風力發(fā)電機根據風輪白塑結構及其在氣流中的位置大體上可分成兩大類：一類為水平軸風力機，風輪圍繞一個水平軸旋轉；另外 一類為垂直軸風力機，風輪圍繞一個垂直軸而旋轉。 風力發(fā)電機的種類 風力發(fā)電機分直流發(fā)電機和交流發(fā)電機兩種。 1．直流發(fā)電機 (1)電勵磁式直流發(fā)電機主要有他勵、自勵和復勵幾種形式。小型直流發(fā)電系統(tǒng)大都用于 1KW 以下的微、小型風力發(fā)電裝置，與蓄電池儲能配合使用。這種直流發(fā)電系統(tǒng)在風速變化時，一般通過調節(jié)勵磁來保持輸出電壓的恒定。 (2)永磁式直流發(fā)電機這種發(fā)電機主要是勵磁不可調節(jié)，結構較電勵磁式直流發(fā)電機簡單。系統(tǒng)采用輸出電壓隨風速變化的系統(tǒng)，在發(fā)電機和負載間設置儲能設備 (如蓄電池 )和整流、逆變設 備來變換，以滿足用戶對輸出電壓的要求。 2．交流發(fā)電機 交流發(fā)電機主要有兩種，一種是同步發(fā)電機，一種是異步發(fā)電機。前者運行于電機極數和頻率所決定的同步轉速，后者則以稍高于同步速成的轉速運行。主要有感應發(fā)電機發(fā)電模式、硅整流自勵交流發(fā)電機發(fā)電模式、無刷爪極自勵發(fā)電機發(fā)電模式、內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 8 永磁發(fā)電機發(fā)電模式。 本文根據實際情況，選用交流永磁發(fā)電機。在風力發(fā)電機發(fā)電時，將所發(fā)交流電整流，變換成可控直流電給蓄電池充電。在風力發(fā)電機發(fā)電使蓄電池充滿電后，減少或停止繼續(xù)給蓄電池充電。將卸荷負載接入以防風力發(fā)電機飛車，還將多余電能消 耗掉，達到功率平衡的目的。 風機輸出特性 風力發(fā)電機發(fā)出單相 的交流電，經 AC/DC 逆變器轉換，把直流轉換成交流，在經 DC/DC 進行升壓整流給蓄電池充電。因此風力發(fā)電機的輸出電壓一定要滿足蓄電池的充電電壓。 風力發(fā)電機的參數計算 ： 風光互補發(fā)電系統(tǒng)總功率 P=200 / 85% = W 風力發(fā)電機和太陽能電池組件都不發(fā)電最對可達到 2 天。 太陽能電池板最多 3 天不發(fā)電。 風力發(fā)電機最多 4 天不發(fā)電。 風力發(fā)電機功率 (每天刮風 4 小時呼和浩特市年平均風速為 ) (220 * 70% * 90%C + 4 * 3P1) / P = 3 * 12 P1= W 實際配置一臺 200 W 的風力發(fā)電機。額定輸出電壓 12 V. 蓄電池設計 蓄電池是一種儲能元件，用于儲存電能，對外放電后以對內部電能進行補充 (充電 )，而且充電過程可以反復多次進行。蓄電池的種類很多，目前性能比較好的有鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池 (NiMH)和 鋰離子蓄電池。其中鉛酸蓄電池因其性能價格比較高，容量大，放電性能好，無記憶效應，原材料來源豐富，可循環(huán)使用等優(yōu)點，而得到了廣泛的應用 蓄電池的類 型 蓄電池根據極板材料及電解液的不同可分為堿性蓄電池、鉛酸蓄電池、鋰蓄電池內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 9 和鋰離子蓄電池。 ：堿性蓄電池采用堿性溶液作為電解液，根據極板材料的不同分為：鎳隔、鐵鎳、鎳氫、鋅銀等系列，有高、中、低放電率等品種。 ：鉛酸蓄電池采用鉛鈣合金作為極板，用酸性溶液作電解液。按用途分有：啟動型、固定型、牽引型和便攜型等。 ：鋰電池是把性能優(yōu)良的金屬鋰作為負極材料，正極材料可以從各種正電性較高的化合物中選。電解液可用無機鹽 —— 有機溶劑體系或是固體、膠態(tài)電解質。 本設計采用鉛酸蓄電池。 蓄電池工作狀態(tài) 蓄電池的工作狀態(tài)一般可分為放電狀態(tài)、充電狀態(tài)和浮充狀態(tài)等三種。放電狀態(tài)是指蓄電池釋放出儲備的化學能，將其轉變?yōu)殡娔艿臓顟B(tài)；充電狀態(tài)是將電能轉化為化學能進行儲蓄的狀態(tài)；浮充狀態(tài)指的是 蓄電池充電完成后，繼續(xù)保持以一定化學能儲存能量的工作狀態(tài)。鉛酸蓄電池循環(huán)工作中的電壓、電流以及溫度的變化特性曲線如圖 所示。 圖 鉛酸蓄電池電壓電流及溫度的變化曲線 蓄電池的參數選定 1）蓄電池的工作環(huán)境氣溫應保持在 5~30176。 C。 2）蓄電池的外觀無變形損壞。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 10 3）蓄電池的并聯(lián)組數最多不得超過 6 組。 4） 220V 蓄電池充、放電電壓； 70%為蓄電池放電深度； 90%為蓄電池誤差余量。 蓄電池總容量的計算為 ： （ 220 * 70% * 90% * C） / P = 2*12 C = W h =*12A h 蓄電池串聯(lián)的塊數為 220/12 = 19 塊 單位蓄電池總容量選型 h 實際蓄電池組總容量為 * 12 * 19 = W h。 表 21 200W 風光互補供電系統(tǒng)配置 部件 型號 數量 備注 垂直軸風力發(fā)電機 DC200W/AC12V 1 臺 永磁、低速 太陽能電池板 260W/8V 多晶硅 風光互補控制逆變器 12V/300 ～500W 1 臺 正弦波 蓄電池 15A h/12V 1 塊 鉛酸電池 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 11 第三章 風光互補整流逆變系統(tǒng) 風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器應該既能夠將蓄電池輸出的穩(wěn)定的直流電能變換電能，又能夠將風力發(fā)電機和光伏電池組件輸出的直流和交流電能轉換為穩(wěn)定的直流電能。 本文設計的逆變器先把輸入的直流電壓通過升壓電路升壓到 14V 之后再給蓄電池進行充電，然后再經過 DC/AC 轉化 為交流電能。 圖 整流器及逆變器設計 整流器是將交流電轉換成直流電的電子器件。整流器根據發(fā)電系統(tǒng)容量的不同可分為可 控型和不可控型整流器兩種?？煽匦驼髌骶哂薪Y構 簡單、消耗功率小、成本低等優(yōu)點，普遍應用在小功率的發(fā)電系統(tǒng)中。不可控型整流器普遍采用大功率二極管，由于二極管具有單向導通的特點，在風力發(fā)電機的輸出功率 較小時，可以有效防止蓄電池對風力發(fā)電機的反向放電。本文采用的是單 相不控整流橋電路。 電路圖見圖 所示。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 12 圖 單 相不可控整流橋電路 逆變器是通過