【正文】 率輸出。用這樣的方法，在額定風(fēng)速 8 米/秒和切出風(fēng)速 27 米/秒之間，保持恒定的功率輸出，在 27 米/秒時(shí)，風(fēng)輪葉片順槳，保護(hù)風(fēng)力機(jī)。通過改變系統(tǒng)輸出載荷，可以保持風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為 40 周/分。然而，帶有固定增速比齒輪傳動(dòng)裝置的同步系統(tǒng)發(fā)電機(jī)只能是常轉(zhuǎn)速，所以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速要一定。該機(jī)的最大理論輸出如下圖的虛線所示。為此，可使用差動(dòng)裝置。這種不匹配問題對(duì)于風(fēng)輪及其輸出關(guān)系來說是很重要的。當(dāng)風(fēng)速額定風(fēng)速，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速必須隨風(fēng)速改變，以便從空氣中取得最大功率。如果葉片的旋轉(zhuǎn)速度太低，葉片將失速，風(fēng)輪輸出的扭矩下降，因此為了從氣流中取得最大功率輸出（當(dāng)氣流速度變化時(shí)）必須改變?nèi)~片的槳距角或葉片的轉(zhuǎn)速。還有其他形式的風(fēng)輪，最大功率系數(shù)較低，對(duì)應(yīng)的尖速比都小于高速水平軸風(fēng)輪和垂直軸達(dá)里厄風(fēng)輪（圖 ）。 20試驗(yàn)表明，具有較好氣動(dòng)外形的二葉片風(fēng)輪，當(dāng)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度較大；尖速比為 5 或 6 時(shí)，功率可達(dá) 。（2） 典型功率系數(shù)理想風(fēng)輪的功率系數(shù)隨葉片尖端速度與風(fēng)速之比（尖速比λ）而變化。風(fēng)輪的最大功率系數(shù)為：ρ2?8( )02 ?ρV2max =AT3V0 ??9 2? =?02 ()其中，ρV03/2 是空氣單位體積的功率密度。風(fēng)輪的效率（功率）系數(shù)定義為風(fēng)輪提供的功率除以風(fēng)輪掃掠面內(nèi)氣流的總有用功率：功率系數(shù)： Cp＝風(fēng)輪提供功率/1ρATV3 ()20從動(dòng)量理論得知：風(fēng)輪從空氣中吸收的最大能量是通過風(fēng)輪空氣的動(dòng)能的九分之八。流經(jīng)風(fēng)輪的氣流流管的橫截面積與空氣的速度成反比，當(dāng)空氣流向風(fēng)輪，通過風(fēng)輪，直到離開它一段距離，空氣的流管是膨脹的。當(dāng)空氣離開風(fēng)輪向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣壓力增加，直到達(dá)到大氣壓。在風(fēng)輪面上，壓力能達(dá)到最大。圖 水平軸風(fēng)力機(jī)的最佳性能當(dāng)空氣吹過風(fēng)輪時(shí)，單位體積的空氣的壓力能和動(dòng)能之和是常數(shù)。 圖 垂直軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)力機(jī)的性能和特點(diǎn) （1） 功率吸收風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率等于風(fēng)輪效率幾乘以通過風(fēng)輪掃掠面的體積流量 VTAT，再乘上壓力加動(dòng)能變化Δθ之和：= ηP VTAT(Δρ + Δθ )19對(duì)于常規(guī)的水平軸風(fēng)力機(jī)，設(shè)風(fēng)的初始速度為 V0，當(dāng)空氣接近風(fēng)輪時(shí)，空氣速度逐漸減小，直到通過風(fēng)輪，并離開一段距離，速度卻是下降的。水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與風(fēng)向平行（圖 ），而垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪軸與風(fēng)向垂直（圖 ） 按風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：分為高速風(fēng)力機(jī)和低速風(fēng)力機(jī)。功率在 10 千瓦以下的風(fēng)力機(jī)叫小型風(fēng)力機(jī)，10 至 100 千瓦叫中型風(fēng)力機(jī)，100 千瓦以上叫大型風(fēng)力機(jī)。風(fēng)力機(jī)可用于發(fā)電、提水、攪拌池水充氧和致熱等。據(jù)估計(jì)，我國風(fēng)能儲(chǔ)量為 103千瓦時(shí)以上。常年平均風(fēng)能密度為1 1W = ∫T3ρv dt ()T0 2式中， W －平均風(fēng)能密度(W/m2) T－總的時(shí)間(h)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常用下式來計(jì)算某地年（月）風(fēng)能密度，即W 年（月）＝W1t1+ W t2 2+ ?? ? +tWnn () +2+ ? ?? +t tt1n式中： W 年（月）－年（月）風(fēng)能密度（W/m2）； Wi（1≤i≤n）－各等級(jí)風(fēng)速下的風(fēng)速密度（W/m2） Ti（1≤i≤n）－各等級(jí)風(fēng)速在每年（月）出現(xiàn)的時(shí)間（h）。17表征一個(gè)地點(diǎn)的風(fēng)能資源潛力，要視該地區(qū)常年平均風(fēng)能密度的大小。一般說來，一定高度范圍內(nèi)的空氣密度可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。 16風(fēng)能資源圖 風(fēng)玫瑰圖圖 年平均速度時(shí)間曲線空氣運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，如果風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的斷面積為 A，則當(dāng)一般體積為 AV 的空氣在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)風(fēng)輪時(shí)，該空氣傳遞給風(fēng)輪的風(fēng)能功率（一般稱為風(fēng)能）為P =112 ? = ρ32ρv Av2Av ()式中ρ——空氣密度（Kg/m3）； A——風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)一圈所掃過的面積（m2）；V——風(fēng)速（m/s）；P——每秒鐘空氣流過風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪斷面積的風(fēng)能，即風(fēng)能功率（W） 如果風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪直徑為 D，則 2這時(shí) P=12A = πD ()4ρv3 πD2 = π 2 3ρD v ()4 8若有效風(fēng)速時(shí)間為 t，則在時(shí)間 t 內(nèi)的風(fēng)能為E = P t? = π83ρD2v t () 由上式可知，風(fēng)能與空氣密度ρ、風(fēng)輪直徑的平方 D2對(duì)風(fēng)速，一般采用年平均風(fēng)速時(shí)間曲線（表示一地方一年中各種風(fēng)速小時(shí)數(shù)）來進(jìn)行記錄。如果按時(shí)間區(qū)分，可將風(fēng)向的變化區(qū)分為： 一年或一個(gè)月內(nèi)風(fēng)向的趨勢(shì)； 短時(shí)間內(nèi)變動(dòng)的紊亂氣流； 介于兩者之間的平均風(fēng)向。這種紊亂氣流不僅影響風(fēng)速，也明顯影響風(fēng)向。C、風(fēng)的隨機(jī)性變化：自然風(fēng)是一種平均風(fēng)速與激烈變動(dòng)的瞬間紊亂氣流相重合的風(fēng)。風(fēng)速隨高度變化及其大小情況，因地面的平坦度，地表粗糙度以及風(fēng)通道上的氣溫變化不同而異。B：風(fēng)隨高度的變化由于空氣的粘性和地面摩擦的影響，風(fēng)速隨高度而變化，可用下面的公式表示：V=V1(h1/h2)n其中 V1——高度為 h1處的風(fēng)速； h1——高度（一般為 10 米） V——待測(cè)高度 h 處的速度； 15 h——待測(cè)點(diǎn)離地高度； n——指數(shù)，由大氣穩(wěn)定度和地表的粗糙程度來決定，其值約為 1/2～1/8。在不同的季節(jié)，太陽和地球的相對(duì)位置也發(fā)生變化，使地球上存在季節(jié)性溫差，因此，風(fēng)向和風(fēng)的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生季節(jié)性變化。在地面上，白天風(fēng)大，而夜間風(fēng)??；相反，在高空中卻是夜間風(fēng)大，白天風(fēng)小。風(fēng)的變化眾所周知，風(fēng)隨時(shí)間、離地高度、地形和環(huán)境而變化。從太陽傳到地球的能量中，大約有 2%的能量轉(zhuǎn)變成風(fēng)能。所以綜合開發(fā)利用風(fēng)能、太陽能，發(fā)展風(fēng)/光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電有著廣闊的前景受到了很多國家的重視。我國屬季風(fēng)氣候區(qū)，一般冬季風(fēng)大，太陽輻射強(qiáng)度小；夏季風(fēng)小，太陽輻射強(qiáng)度大，正好可以相互補(bǔ)充利用。13第二部分 風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)14第二部分 風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)風(fēng)能、太陽能都是無污染的、取之不盡用之不竭的可再生能源，“六五”、“七五”期間，小型風(fēng)電和太陽光電系統(tǒng)在我國已得到初步應(yīng)用。（5）在一些簡單的系統(tǒng)中應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)能情況，控制用電量，防止蓄電池因過放而損壞。（4）經(jīng)常檢查蓄電池的充電放電情況，定期測(cè)量電解液的比重，及時(shí)添加新的電解液。（2）定期檢查所有安裝部件的緊固程度。清潔時(shí)可揩去塵土，有條件可用清水清洗，再用干凈抹布擦干。（1）一般來說，方陣傾角超過 300時(shí)，所以灰塵可由雨水沖刷而自行清潔，不過在風(fēng)沙較大地區(qū)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常清除灰塵，保持方陣表面的干凈，以免影響發(fā)電量。１．４．２光伏系統(tǒng)的維護(hù)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)沒有活動(dòng)部件，不容易損壞，其維護(hù)也非常簡便。蓄電池室應(yīng)保持通風(fēng)干燥、清潔。安裝組件時(shí)要輕拿輕放，嚴(yán)禁碰撞、敲擊，以免損壞。陽光下安裝時(shí)注意不要同時(shí)接觸組件（尤其是方陣）的正、負(fù)兩極，以免電擊。12在高處安裝的方陣應(yīng)設(shè)避雷針。仔細(xì)檢查地腳螺釘及方陣支架等是否結(jié)實(shí)可靠，所有螺釘接線柱等均應(yīng)擰緊，不能有松動(dòng)。１．４．１安裝注意事項(xiàng)在建造光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，安裝是個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。蓄電池容量為 24V，200AH，只要用 4 只 6Q—100 鉛酸電池以 2 串 2 并的方式連接起來的，即可滿足需要。每只單體鉛酸電池的工作電壓為：～，取線路壓降：Vα=，則方陣工作電壓為：V=Vf+Vd=12+=29V 月 月安時(shí)數(shù)蓄電池狀態(tài)11份 方陣輸出 負(fù)載消耗 差值 開始終了%全充 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5   200 200200200200200200  200200200200200200 200 100100100100100100 100確定最后功率: 設(shè)太陽電池的最高溫度為 60176。 如果計(jì)算結(jié)果放電深度遠(yuǎn)小于規(guī)定的 75%，則可減少方陣輸出電流或蓄電池容量，重新進(jìn)行計(jì)算。則方陣輸出的最大電流為：確定最佳電流： Imax=Q? ?ηTminη12= = A根據(jù) Imin= 和 Imin = 選取 I=，將方陣各月輸出電量及負(fù)載耗電量以及蓄電池的荷電狀態(tài)計(jì)算列表 。Ｈ為水平面上的幅射量，ＨＴ為傾斜４５度平面上的幅射量，單位為 mwh/cm2。=45176。取 C=200Ah決定方傾角： 因當(dāng)?shù)鼐暥?Φ=34176。C、有關(guān)氣象資料見后列表格。18′東經(jīng) 108176。第三節(jié) 太陽電池發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例為西安地區(qū)設(shè)計(jì)一座全自動(dòng)無人指導(dǎo) 3 瓦彩色電視差轉(zhuǎn)站所用的太陽能電源，其工作9條件如下：電壓為 24V，每天發(fā)射時(shí)間 15 小時(shí)，功耗 20 瓦，其余 9 小時(shí)為接收等候時(shí)間，功耗為 5 瓦。對(duì)一般的硅太陽電池，α=% tmax—太陽最高工作溫度。方陣在任何季節(jié)的工作電壓應(yīng)滿足：V=Vf+Vd式中: Vf蓄電池浮充電壓 Vd因線路(包括阻塞二極管)損耗引起的電壓降最后確定功率： 由于溫度升高時(shí)，太陽電池的輸出功率將下降，因此要求系統(tǒng)即使在最高溫度下也能確保正常運(yùn)行，所以在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度下（25176。若有必要，還可修改方陣傾角，以求得最佳的方陣輸出電流 Im。如果蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原定的放電深度，就應(yīng)增加方陣輸出電流；如果荷電狀態(tài)始終大大高于放電深度允許的值，則可減少方陣電流。先選定一電流值 I，然后對(duì)蓄電池全年荷電狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，方法是按月求出方陣輸出的發(fā)電量： Q= I N H η/ 100mw / cm2式中：N――當(dāng)月天數(shù)outTη12而各月負(fù)載耗電量為： Qload=?N Q兩者相減，ΔQ=QoutQ