風光互補技術及應用新進展

風光互補技術及應用新進展一、本文概述隨著全球對可再生能源需求的日益增長，風光互補技術作為一種高效、環(huán)保的能源利用方式，正逐漸受到廣泛關注。風光互補技術，即將太陽能和風能這兩種自然資源結合起來，通過互補的方式優(yōu)化能源供應，提高能源利用效率。本文將對風光互補技術的基本概念、原理、應用現(xiàn)狀以及最新進展進行全面概述，旨在為讀者提供一個清晰、全面的技術理解，并為相關領域的研究和應用提供參考。本文將簡要介紹風光互補技術的基本原理和技術特點，包括太陽能和風能的基本原理、風光互補系統(tǒng)的構成以及互補效應的實現(xiàn)機制。通過對這些基礎知識的闡述，為讀者建立對風光互補技術的初步認識。本文將重點分析風光互補技術的應用現(xiàn)狀和最新進展。隨著技術的不斷發(fā)展和完善，風光互補系統(tǒng)已經(jīng)在多個領域得到廣泛應用，如電力系統(tǒng)、建筑領域、交通運輸?shù)?。本文將通過具體案例和實踐經(jīng)驗，展示風光互補技術在不同領域的應用效果和技術優(yōu)勢。本文將探討風光互補技術的發(fā)展趨勢和未來挑戰(zhàn)。隨著全球能源結構的轉型和可持續(xù)發(fā)展目標的推進，風光互補技術將面臨更多的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。本文將分析當前技術發(fā)展的瓶頸和限制因素，并提出相應的解決方案和發(fā)展建議，為未來的技術研究和應用提供參考和指導。通過本文的概述，讀者將能夠對風光互補技術有一個全面、深入的了解，為相關領域的研究和應用提供有益的借鑒和啟示。二、風光互補技術的基本原理風光互補技術是一種結合太陽能和風能進行發(fā)電的可再生能源技術。其基本原理在于利用太陽能電池板將太陽能轉換為直流電能，同時利用風力發(fā)電機將風能轉換為機械能，再轉換為電能。這兩種發(fā)電方式在自然資源上具有互補性：在日照充足但風力較弱的日子里，太陽能電池板可以產生較多的電能而在風力強勁但日照不足的日子里，風力發(fā)電機則能發(fā)揮更大的作用。風光互補系統(tǒng)通常包括太陽能電池板、風力發(fā)電機、控制器和蓄電池等組成部分。太陽能電池板負責將太陽能轉換為電能，風力發(fā)電機則將風能轉換為電能?？刂破魇窍到y(tǒng)的核心，負責監(jiān)控和管理整個系統(tǒng)的運行，確保電能的穩(wěn)定輸出。蓄電池則用于儲存多余的電能，以便在無風無日照的時段為系統(tǒng)提供電力。風光互補技術的優(yōu)勢在于能夠充分利用自然資源，提高能源利用效率。由于太陽能和風能都是可再生資源，因此風光互補技術具有環(huán)保、可持續(xù)的特點，對于減少化石能源的依賴、緩解能源危機以及應對全球氣候變化具有重要意義。隨著科技的不斷進步，風光互補技術也在不斷發(fā)展。目前，研究人員正在努力提高太陽能電池板的轉換效率、降低風力發(fā)電機的制造成本，并探索更加智能、高效的控制系統(tǒng)，以推動風光互補技術在更大范圍內的應用。三、風光互補技術的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)可持續(xù)性與環(huán)保性：風光互補技術利用太陽能和風能這兩種可再生能源，不僅有助于減少對化石燃料的依賴，而且能夠顯著降低溫室氣體排放，從而有助于應對全球氣候變化?；パa性強：太陽能和風能在時間和地域上具有一定的互補性。例如，在夜晚或冬季，當太陽能不足時，風能可能更為充足反之亦然。這種互補性使得風光互補系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定、更可靠地供電。靈活性高：風光互補系統(tǒng)可以根據(jù)實際需求和場地條件進行定制，既可以是小型的家用系統(tǒng)，也可以是大型的電站級系統(tǒng)。風光互補系統(tǒng)還可以與其他可再生能源技術（如儲能技術、氫能等）相結合，進一步提高其靈活性和應用范圍。經(jīng)濟效益顯著：隨著可再生能源技術的不斷進步和成本降低，風光互補系統(tǒng)的投資成本逐漸接近甚至低于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)。由于風光互補系統(tǒng)的維護成本相對較低，因此在長期運營中能夠為用戶節(jié)省大量費用。技術挑戰(zhàn)：盡管風光互補技術已經(jīng)取得了顯著的進步，但在系統(tǒng)集成、設備效率、儲能技術等方面仍存在一些技術難題。例如，如何提高儲能設備的能量密度和循環(huán)壽命，以及如何實現(xiàn)風光互補系統(tǒng)的智能調度和優(yōu)化控制等。政策與市場挑戰(zhàn)：在一些地區(qū)，可再生能源政策尚不完善，市場接受度也有待提高。由于風光互補系統(tǒng)的投資成本較高，因此在一些經(jīng)濟條件較差的地區(qū)可能難以推廣。環(huán)境影響與社會接受度：風光互補項目的建設和運營可能會對環(huán)境產生一定影響，如土地占用、生態(tài)破壞等。由于風光互補系統(tǒng)通常需要占用較為開闊的場地，因此在一些人口密集或景觀敏感地區(qū)可能面臨社會接受度的問題。電網(wǎng)接入與調度：風光互補系統(tǒng)產生的電能需要接入電網(wǎng)進行傳輸和分配。由于風光互補系統(tǒng)的出力具有隨機性和波動性，因此可能會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性造成一定影響。如何合理調度和管理風光互補系統(tǒng)的電能也是一大挑戰(zhàn)。四、風光互補技術的應用領域隨著全球對可再生能源需求的日益增長，風光互補技術以其獨特的優(yōu)勢在多個領域得到了廣泛的應用。作為一種綠色、環(huán)保的能源解決方案，風光互補技術正在改變著我們的生活和社會。在電力系統(tǒng)領域，風光互補技術被廣泛應用于分布式發(fā)電和微電網(wǎng)建設。通過將風力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)進行整合，可以實現(xiàn)電能的互補供應，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，風光互補技術還可以與儲能系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)電能的存儲和調度，進一步提高電力系統(tǒng)的智能化水平。在交通領域，風光互補技術為電動汽車和無人駕駛車輛提供了新的能源解決方案。通過在道路兩側設置風光互補發(fā)電設施，可以為電動汽車提供持續(xù)穩(wěn)定的電能供應，延長其續(xù)航里程。同時，風光互補技術還可以為無人駕駛車輛提供可靠的能源保障，推動智能交通系統(tǒng)的快速發(fā)展。在建筑領域，風光互補技術被廣泛應用于綠色建筑和智能家居系統(tǒng)中。通過將風力發(fā)電和光伏發(fā)電設備與建筑物相結合，可以實現(xiàn)建筑的自給自足和節(jié)能減排。同時，風光互補技術還可以與智能家居系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)家庭用電的智能管理和控制，提高家庭能源利用效率。在農業(yè)領域，風光互補技術為農業(yè)生產提供了新的動力來源。通過將風力發(fā)電和光伏發(fā)電設備安裝在農田周邊或農業(yè)設施上，可以為農業(yè)生產提供穩(wěn)定可靠的電能供應，推動農業(yè)現(xiàn)代化的進程。同時，風光互補技術還可以與農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術相結合，實現(xiàn)農業(yè)生產的智能化管理和精準控制。在海洋領域、偏遠地區(qū)以及軍事領域等，風光互補技術也展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。隨著技術的不斷進步和成本的持續(xù)降低，相信風光互補技術將在更多領域得到廣泛的應用和推廣。五、風光互補技術的最新研究進展近年來，風光互補技術作為可再生能源領域的重要分支，已經(jīng)在全球范圍內引起了廣泛關注和研究。隨著科技的不斷進步，風光互補技術也在持續(xù)創(chuàng)新，為能源轉型和綠色發(fā)展提供了強大的技術支持。在太陽能光伏技術方面，研究者們正致力于提高太陽能電池的光電轉換效率，減少光衰減現(xiàn)象，以及延長使用壽命。新型的高效太陽能電池，如鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池等，正逐步從實驗室走向市場，為風光互補系統(tǒng)提供了更加高效的能量來源。風力發(fā)電技術也在不斷創(chuàng)新。風力發(fā)電機組的葉片設計、材料選擇、發(fā)電機效率等方面都得到了顯著提升。特別是隨著超大型風力發(fā)電機組的發(fā)展，單機容量不斷提升，使得風力發(fā)電的成本逐漸降低，經(jīng)濟效益日益明顯。在風光互補系統(tǒng)集成方面，研究者們正積極探索智能化、網(wǎng)絡化、模塊化的系統(tǒng)設計方案。通過引入先進的控制系統(tǒng)和通信技術，實現(xiàn)對風光互補系統(tǒng)的實時監(jiān)控、智能調度和優(yōu)化運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，模塊化設計使得系統(tǒng)的擴展和維護更加便捷，為風光互補技術的廣泛應用提供了有力保障。儲能技術的發(fā)展也為風光互補系統(tǒng)帶來了新的機遇。鋰離子電池、液流電池、超級電容器等新型儲能技術具有更高的能量密度和更快的充放電速度，能夠有效解決風光互補系統(tǒng)的不穩(wěn)定性問題，提高系統(tǒng)的供電質量和可靠性。風光互補技術在太陽能光伏、風力發(fā)電、系統(tǒng)集成和儲能技術等方面都取得了顯著的最新研究進展。這些技術的不斷創(chuàng)新和突破將為風光互補技術的廣泛應用和可持續(xù)發(fā)展提供強大的動力支持。六、風光互補技術的未來發(fā)展趨勢智能化管理系統(tǒng)的普及：隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術的不斷發(fā)展，風光互補系統(tǒng)將進一步實現(xiàn)智能化管理。通過實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和預測，系統(tǒng)可以更加精確地預測和響應能源需求，實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的能源供應。儲能技術的突破：儲能技術是風光互補系統(tǒng)的重要組成部分，未來的發(fā)展方向是提高儲能效率和降低成本。隨著新型儲能材料和技術的研究與應用，如固態(tài)電池、超級電容器等，儲能系統(tǒng)的性能將得到大幅提升。系統(tǒng)的集成化和模塊化：為了簡化安裝和維護流程，未來的風光互補系統(tǒng)將更加傾向于集成化和模塊化設計。這意味著系統(tǒng)的各個組件將更加緊密地結合在一起，同時各個組件之間的互換性和通用性也將得到提高。微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的融合：隨著分布式能源的發(fā)展，微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)將成為未來電力系統(tǒng)的重要組成部分。風光互補系統(tǒng)將與這些電網(wǎng)緊密結合，實現(xiàn)能源的互補和優(yōu)化配置，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。政策和市場的雙重驅動：隨著全球對可再生能源的重視程度不斷提高，政府將出臺更多支持風光互補技術發(fā)展的政策。同時，隨著技術的進步和成本的降低，市場需求也將持續(xù)增長，為風光互補技術的發(fā)展提供強大的驅動力。風光互補技術在未來將呈現(xiàn)出智能化、高效化、集成化和模塊化的發(fā)展趨勢，同時受益于政策和市場的雙重驅動，其應用范圍和影響力將不斷擴大，為全球能源結構的轉型和可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。七、結論隨著全球對可再生能源的需求日益增長，風光互補技術作為一種高效、可持續(xù)的能源解決方案，正受到越來越多的關注和應用。本文詳細探討了風光互補技術的基本原理、系統(tǒng)構成、優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，以及在實際應用中的最新進展。從技術層面來看，風光互補技術通過整合風能和太陽能兩種可再生能源，實現(xiàn)了對自然資源的高效利用。這種技術不僅提高了能源供應的可靠性，而且有助于減少對傳統(tǒng)能源的依賴，從而推動能源結構的優(yōu)化和轉型。同時，隨著技術的進步和創(chuàng)新，風光互補系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性也在不斷提升，為更廣泛的應用提供了堅實的基礎。在實際應用方面，風光互補技術已經(jīng)在全球范圍內取得了顯著的成果。從偏遠地區(qū)的獨立供電系統(tǒng)到城市的大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，風光互補技術都展現(xiàn)出了巨大的潛力和價值。特別是在一些氣候條件和地理條件適宜的地區(qū)，風光互補技術的應用更是取得了令人矚目的成果。這些實踐不僅證明了風光互補技術的可行性和優(yōu)越性，也為未來更廣泛的應用提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。風光互補技術也面臨著一些挑戰(zhàn)和問題。例如，系統(tǒng)的建設和維護成本仍然較高，對自然環(huán)境的依賴性較強，以及電網(wǎng)接入和電力調度等方面的技術難題。這些問題需要我們在未來的研究和應用中不斷探索和解決。風光互補技術作為一種高效、可持續(xù)的能源解決方案，具有廣闊的應用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿ΑｋS著技術的不斷進步和創(chuàng)新，以及政策支持和市場需求的推動，相信風光互補技術將在未來的能源領域發(fā)揮更加重要的作用，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和應對氣候變化做出更大的貢獻。參考資料：能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質基礎。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內容。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應用前景。風光互補，是一套發(fā)電應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風力發(fā)電機（將交流電轉化為直流電）將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發(fā)電機和太陽電池方陣兩種發(fā)電設備共同發(fā)電。最初的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，就是將風力機和光伏組件進行簡單的組合，因為缺乏詳細的數(shù)學計算模型，同時系統(tǒng)只用于保證率低的用戶，導致使用壽命不長。隨著風光互補發(fā)電系統(tǒng)應用范圍的不斷擴大，保證率和經(jīng)濟性要求的提高，國外相繼開發(fā)出一些模擬風力、光伏及其互補發(fā)電系統(tǒng)性能的大型工具軟件包。通過模擬不同系統(tǒng)配置的性能和供電成本可以得出最佳的系統(tǒng)配置。在國外對于風光互補發(fā)電系統(tǒng)的設計主要有兩種方法進行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的功率和風機的功率和大于負載功率，主要用于系統(tǒng)的優(yōu)化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的發(fā)電量和風機的發(fā)電量的和大于等于負載的耗電量，主要用于系統(tǒng)功率設計。國內進行風光互補發(fā)電系統(tǒng)研究的大學，主要有中科院電工研究所、內蒙古大學、內蒙古農業(yè)大學、合肥工業(yè)大學等。各科研單位主要在以下幾個方面進行研究：風光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化匹配計算、系統(tǒng)控制等。中科院電工研究所的生物遺傳算法的優(yōu)化匹配和內蒙古大學新能源研究中推出來的小型戶用風光互補發(fā)電系統(tǒng)匹配的計算即輔助設計，在匹配計算方面有著領先的地位，而合肥工業(yè)大學智能控制在互補發(fā)電系統(tǒng)的應用也處在前沿水平。據(jù)國內有關資料報道，運行的風光互補發(fā)電系統(tǒng)有：西藏納曲鄉(xiāng)離格村風光互補發(fā)電站、用于氣象站的風能太陽能混合發(fā)電站、太陽能風能無線電話離轉臺電源系統(tǒng)、內蒙微型風光互補發(fā)電系統(tǒng)等。風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分組成，系統(tǒng)結構圖見附圖。該系統(tǒng)是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。(1)風力發(fā)電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對負載供電；(2)光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電；(3)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質量；(4)控制部分根據(jù)日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié)：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；(5)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時起到能量調節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。風光互補發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風力發(fā)電機組單獨向負載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨向負載供電；風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負載供電?！窭蔑L能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性；●通過合理地設計與匹配，可以基本上由風光互補發(fā)電系統(tǒng)供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發(fā)電機組等，可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。中國現(xiàn)有9億人口生活在農村，其中5%左右還未能用上電。在中國無電鄉(xiāng)村往往位于風能和太陽能蘊藏量豐富的地區(qū)。因此利用風光互補發(fā)電系統(tǒng)解決用電問題的潛力很大。采用已達到標準化的風光互補發(fā)電系統(tǒng)有利于加速這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，提高其經(jīng)濟水平。利用風光互補系統(tǒng)開發(fā)儲量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠地區(qū)的農村人口提供最適宜也最便宜的電力服務，促進貧困地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。我國已經(jīng)建成了千余個可再生能源的獨立運行村落集中供電系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)都只提供照明和生活用電，不能或不運行使用生產性負載，這就使系統(tǒng)的經(jīng)濟性變得非常差?？稍偕茉椽毩⑦\行村落集中供電系統(tǒng)的出路是經(jīng)濟上的可持續(xù)運行，涉及到系統(tǒng)的所有權、管理機制、電費標準、生產性負載的管理、電站政府補貼資金來源、數(shù)量和分配渠道等等。但是這種可持續(xù)發(fā)展模式，對中國在內的所有發(fā)展中國家都有深遠意義。世界上室外照明工程的耗電量占全球發(fā)電量的12%左右，在全球日趨緊張的能源和環(huán)保背景下，它的節(jié)能工作日益引起全世界的關注?；驹硎牵禾柲芎惋L能以互補形式通過控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據(jù)光線強弱程度自動開啟和關閉各類led室外燈具。智能化控制器具有無線傳感網(wǎng)絡通訊功能，可以和后臺計算機實現(xiàn)三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智能化控制器還具有強大的人工智能功能，對整個照明工程實施先進的計算機三遙管理，重點是照明燈具的運行狀況巡檢及故障和防盜報警?！裥^(qū)(廣義)道路照明工程(小區(qū)路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。已被開發(fā)的新能源新光源室外照明工程有：風光互補led智能化路燈、風光互補led小區(qū)道路照明工程、風光互補led景觀照明工程、風光互補led智能化隧道照明工程、智能化led路燈等。我國部分地區(qū)的航標已經(jīng)應用了太陽能發(fā)電，特別是燈塔樁，但是也存在著一些問題，最突出的就是在連續(xù)天氣不良狀況下太陽能發(fā)電不足，易造成電池過放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽能發(fā)電不足的問題尤為嚴重。天氣不良情況下往往是伴隨大風，也就是說，太陽能發(fā)電不理想的天氣狀況往往是風能最豐富的時候，針對這種情況，可以用以風力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風光互補發(fā)電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)保、無污染、免維護、安裝使用方便等特點，符合航標能源應用要求。在太陽能配置滿足春夏季能源供應的情況下，不啟動風光互補發(fā)電系統(tǒng)；在冬春季或連續(xù)天氣不良狀況、太陽能發(fā)電不良情況下，啟動風光互補發(fā)電系統(tǒng)。由此可見，風光互補發(fā)電系統(tǒng)在航標上的應用具備了季節(jié)性和氣候性的特點。事實證明，其應用可行、效果明顯。高速公路道路攝像機通常是24小時不間斷運行，采用傳統(tǒng)的市電電源系統(tǒng)，雖然功率不大，但是因為數(shù)量多，也會消耗不少電能，采用傳統(tǒng)電源系統(tǒng)不利于節(jié)能；并且由于攝像機電源的線纜經(jīng)常被盜，損失大，造成使用維護費用大大增加，加大了高速公路經(jīng)營單位的運營成本。應用風光互補發(fā)電系統(tǒng)為道路監(jiān)控攝像機提供電源，不僅節(jié)能，并且不需要鋪設線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區(qū)會出現(xiàn)惡劣的天氣情況，如連續(xù)灰霾天氣，日照少，風力達不到起風風力，會出現(xiàn)不能連續(xù)供電現(xiàn)象，可以利用原有的市電線路，在太陽能和風能不足時，自動對蓄電池充電，確保系統(tǒng)可以正常工作。國內許多海島、山區(qū)等地遠離電網(wǎng)，但由于當?shù)芈糜巍O業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會很大，若采用市電供電，架桿鋪線代價很大，若采用柴油機供電，存在柴油儲運成本高，系統(tǒng)維護困難、可靠性不高的問題。要解決長期穩(wěn)定可靠地供電問題，只能依賴當?shù)氐淖匀毁Y源。而太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源，在海島相當豐富，太陽能和風能在時間上和地域上都有很強的互補性，海島風光互補發(fā)電系統(tǒng)是可靠性、經(jīng)濟性較好的獨立電源系統(tǒng)，適合用于通信基站供電。由于基站有基站維護人員，系統(tǒng)可配置柴油發(fā)電機，以備太陽能與風能發(fā)電不足時使用。這樣可以減少系統(tǒng)中太陽電池方陣與風機的容量，從而降低系統(tǒng)成本，同時增加系統(tǒng)的可靠性。風光互補抽水蓄能電站是利用風能和太陽能發(fā)電，不經(jīng)蓄電池而直接帶動抽水機實行不定時抽水蓄能，然后利用儲存的水能實現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電供電。這種能源開發(fā)方式將傳統(tǒng)的水能、風能、太陽能等新能源開發(fā)相結合，利用三種能源在時空分布上的差異實現(xiàn)期間的互補開發(fā)，適用于電網(wǎng)難以覆蓋的偏遠地區(qū)，并有利于能源開發(fā)中的生態(tài)環(huán)境保護。雖然與水電站相比成本電價略高，但是可以解決有些地區(qū)小水電站冬季不能發(fā)電的問題，所以采用風光互補抽水蓄能電站的多能互補開發(fā)方式具有獨特的技術經(jīng)濟優(yōu)勢，可作為某些滿足條件地區(qū)的能源利用方案。的應用向全社會生動展示了風能、太陽能新能源的應用意義，推動我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設，具有巨大的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠牧區(qū)、無電戶地區(qū)及海島，在遠離大電網(wǎng)，處于無電狀態(tài)、人煙稀少，用電負荷低且交通不便的情況下，利用本地區(qū)充裕的風能、太陽能建設的一種經(jīng)濟實用性發(fā)電站風光互補發(fā)電系統(tǒng)解決方案主要應用于道路照明、農業(yè)、牧業(yè)、種植、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、廣告業(yè)、服務業(yè)、港口、山區(qū)、林區(qū)、鐵路、石油、部隊邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號站、地質勘探和野外考察工作站及其它用電不便地區(qū)的供電。風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個發(fā)電系統(tǒng)。夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。風能和太陽能都是清潔能源，隨著光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術的日趨成熟及實用化進程中產品的不斷完善，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用奠定了基礎。風光互補發(fā)電系統(tǒng)推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設。相信隨著設備材料成本的降低、科技的發(fā)展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環(huán)保的新能源發(fā)電系統(tǒng)將會得到更加廣泛的應用。風力發(fā)電機是將風力機的機械能轉化為電能的設備。風力發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機。(1)直流發(fā)電機。電勵磁直流發(fā)電機。該類發(fā)電機分自勵、它勵和復勵三種形式，小型直流發(fā)電系統(tǒng)一般和蓄電池匹配使用，裝置容量一般為1000w以下。永磁直流發(fā)電機。這種發(fā)電機與電勵磁式直流發(fā)電機相比結構簡單，其輸出電壓隨風速變化，需在發(fā)電機和負載間增加蓄電池和控制系統(tǒng)，通過調節(jié)控制系統(tǒng)占空比來調節(jié)輸出電壓。由于直流發(fā)電機構造復雜、價格昂貴，而且直流發(fā)電機帶有換向器和整流子，一旦出現(xiàn)故障，維護十分麻煩，因此在實際應用中此類風力發(fā)電機較少采用。(2)交流發(fā)電機。交流發(fā)電機分：同步發(fā)電機和異步發(fā)電機。同步發(fā)電機在同步轉速時工作，同步轉速是由同步發(fā)電機的極數(shù)和頻率共同決定，而異步發(fā)電機則是以略高于同步發(fā)電機的轉速工作。主要有無刷爪極自勵發(fā)電機、整流自勵交流發(fā)電機、感應發(fā)電機和永磁發(fā)電機等。在小型風力發(fā)電系統(tǒng)中主要使用三相永磁同步發(fā)電機。三相永磁同步發(fā)電機一般體積較小、效率較高、而且價格便宜。永磁同步發(fā)電機的定子結構與一般同步電機相同，轉子采用永磁結構，由于沒有勵磁繞組，不消耗勵磁功率，因而有較高的效率。由于永磁同步發(fā)電機省去了換向裝置和電刷，可靠性高，定子鐵耗和機械損耗相對較小，使用壽命長。光伏電池是直接將太陽能轉換為電能的器件，其工作原理是：當太陽光輻射到光伏電池的表面時，光子會沖擊光伏電池內部的價電子，當價電子獲得大于禁帶寬度eg的能量，價電子就會沖出共價鍵的約束從價帶激發(fā)到導帶，產生大量非平衡狀態(tài)的電子-空穴對。被激發(fā)的電子和空穴經(jīng)自由碰撞后，在光伏電池半導體中復合達到平衡。蓄電池作為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的儲能設備，在整個發(fā)電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。由于自然風和光照是不穩(wěn)定的，在風力、光照過剩的情況下，存儲負載供電多余的電能，在風力、光照欠佳時，儲能設備蓄電池可以作為負載的供電電源;蓄電池具有濾波作用，能使發(fā)電系統(tǒng)更加平穩(wěn)的輸出電能給負載;風力發(fā)電和光伏發(fā)電很容易受到氣候、環(huán)境的影響，發(fā)出的電量在不同時刻是不同的，也有很大差別。作為它們之間的“中樞”，蓄電池可以將它們很好的連接起來，可以將太陽能和風能綜合起來，實現(xiàn)二者之間的互補作用。常用蓄電池主要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池。隨著電儲能技術的不斷發(fā)展，產生了越來越多新的儲能方式，如超導儲能、超級電容儲能、燃料電池等。由于造價便宜、使用簡單、維修方便、原材料豐富，而且在技術上不斷取得進步和完善，因此在小型風力發(fā)電及光伏發(fā)電中鉛酸蓄電池已得到廣泛的應用。本文設計的智能型風光互補發(fā)電系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池作為儲能設備。風力資源還是太陽能資源都是不確定的，由于資源的不確定性，風力發(fā)電和太陽發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電具有不平衡性，不能直接用來給負載供電。為了給負載提供穩(wěn)定的電源，必須借助蓄電池這個“中樞”才能給負載提供穩(wěn)定的電源，由蓄電池、太陽能電池板、風力發(fā)電機以及控制器等構成的智能型風光互補發(fā)電系統(tǒng)能將風能和太陽能在時間上和地域上的互補性很好的銜接起來。風光互補控制器由主電路板和控制電路板兩部分組成。主電路板主要包括不控整流器、dc/dc變換器、防反充二極管等?？刂齐娐钒逯械目刂菩酒瑸閜ic16f877a單片機，它負責整個系統(tǒng)的控制工作，是控制核心部分，其外圍電路包括電壓、電流采樣電路，功率管驅動電路，保護電路，通訊電路，輔助電源電路等。風力發(fā)電機輸出的三相交流電接u、v、w，經(jīng)三相不控整流器整流和電容c0穩(wěn)壓后給蓄電池充電。sp、sn分別為太陽能電池板的正、負極接線端子，d1為防反充二極管，其作用是防止蓄電池電壓和風力發(fā)電機的整流電壓對太陽能電池陣列反向灌充，確保太陽能電池的單向導電性。r0是風力發(fā)電機的卸荷電阻，當風速過高時，風力發(fā)電機輸出電壓大于蓄電池過充電壓，單片機輸出脈沖(pwm)來控制q3開通，使多余的能量被消耗在卸荷電阻上，從而保護蓄電池。二極管d2和保險絲f1是為了防止蓄電池接反，當蓄電池接反時，蓄電池通過d2與f1構成短路回路，燒毀保險絲而切斷電路，從而保護控制器和蓄電池。主電路中間部分是兩個輸出并聯(lián)的buck型dc/dc變換器，為了抑制mosfet管因過壓、du/dt或者過流、di/dt產生的開關損耗，本設計的dc/dc變換器采用具有緩沖電路的buck變換器。主電路是由兩個互相獨立輸出端并聯(lián)的buck電路組成，一路是光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路，一路是風力發(fā)電系統(tǒng)主電路。緩沖電路由于電路中存在分布電感和感性負載，當mos管關斷時，將會在mos管上產生很大的浪涌電壓。為了消除浪涌電壓的危害，提高mos管工作可靠性和效率，常用的方法是使用緩沖電路。隨著社會的發(fā)展和能源的短缺，高科技和新技術得到廣泛的應用。新能源的發(fā)展和開發(fā)是人類發(fā)展的趨勢。風能和太陽能必將在這個資源稀缺的年代得到大力推廣和使用。我國可以在這方面努力，爭取在新能源方面走在世界的前列。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種可持續(xù)、環(huán)保的能源系統(tǒng)，通過整合風能和太陽能資源，可以降低對傳統(tǒng)能源的依賴，減少環(huán)境污染。控制技術是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部分，直接影響系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。本文對風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了綜述，探討了未來的研究方向和挑戰(zhàn)。隨著全球能源需求的增加，對清潔、可再生的能源的需求也日益增長。風能和太陽能作為兩種重要的可再生能源，具有廣泛的應用前景。風光互補發(fā)電系統(tǒng)結合了風能和太陽能的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)能源的互補，提高能源利用率?？刂萍夹g是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的核心，對于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和優(yōu)化性能具有重要意義。本文主要對風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行綜述。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術主要包括對光伏電池、風力發(fā)電機、儲能電池和功率轉換器的控制。根據(jù)不同的控制目標和策略，可以分為電壓型控制、電流型控制、最大功率點跟蹤控制等。風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池、風力發(fā)電機、儲能電池和功率轉換器等部件。光伏電池通過光電效應將光能轉化為電能；風力發(fā)電機通過風能驅動扇葉轉動，進而驅動發(fā)電機產生電能；儲能電池用于儲存電能，以供系統(tǒng)需要時使用；功率轉換器則將產生的電能進行轉換，以滿足不同設備的用電需求。電壓型控制是一種常見的風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制策略，主要通過控制逆變器的電壓幅值和相位來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。在并網(wǎng)狀態(tài)下，電壓型控制通過調節(jié)逆變器的輸出電壓，使其與電網(wǎng)電壓保持一致，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。電流型控制主要通過控制逆變器的電流幅值和相位來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。在并網(wǎng)狀態(tài)下，電流型控制通過調節(jié)逆變器的輸出電流，使其與電網(wǎng)電流保持一致，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。最大功率點跟蹤控制是一種優(yōu)化控制方法，旨在使風光互補發(fā)電系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能實現(xiàn)最大的功率輸出。該控制方法通過實時監(jiān)測環(huán)境條件和系統(tǒng)運行狀態(tài)，動態(tài)調整系統(tǒng)的運行參數(shù)，使系統(tǒng)始終保持在最佳的運行狀態(tài)。直接功率控制是一種針對功率轉換器的控制技術，通過直接調節(jié)功率轉換器的輸入功率來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。該控制技術具有簡單直觀的優(yōu)點，但同時也存在一定的能源損耗。間接功率控制是一種通過對逆變器進行控制來實現(xiàn)對系統(tǒng)功率調節(jié)的控制技術。該控制技術可以通過調節(jié)逆變器的電壓和電流幅值來實現(xiàn)對系統(tǒng)功率的間接控制，具有較少的能源損耗。智能控制是一種基于現(xiàn)代控制理論和技術實現(xiàn)的控制技術，通過建立復雜的數(shù)學模型來實現(xiàn)對系統(tǒng)的優(yōu)化控制。智能控制具有高度的自適應性和靈活性，能夠在各種復雜環(huán)境下實現(xiàn)高效的控制系統(tǒng)性能優(yōu)化。風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行和提高性能的關鍵。目前，已有很多研究致力于優(yōu)化風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略和方法，以實現(xiàn)更高的能源利用率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。仍存在許多未解決的問題和挑戰(zhàn)，如如何提高系統(tǒng)的自適應性和魯棒性，如何降低控制成本和提高效率等。未來的研究應聚焦于創(chuàng)新性的控制技術和應用，以進一步推動風光互補發(fā)電技術的發(fā)展。隨著全球能源結構的變化和環(huán)保意識的提高，風光互補發(fā)電系統(tǒng)作為一種綠色、可持續(xù)的能源供應方式，越來越受到人們的和重視。本文將簡要介紹風光互補發(fā)電系統(tǒng)的基本概念、組成、優(yōu)點及其應用領域。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種結合了太陽能和風能兩種自然能源的發(fā)電系統(tǒng)。它利用太陽能電池板和風力發(fā)電機將光能和風能