风光氢及超级电容混合发电系统,混合发电实训系统
一、项目概述
风光氢及超级电容混合发电系统为科研创新理念与实验、实训型相结合的集风力发电，光伏发电、制氢系统、氢燃料电池发电、数据采集等多元化“风、光、氢混合型新能源实验实训系统”。
风光氢及超级电容混合发电系统由风力发电机组、太阳能电池组、风力及光伏控制系统、氢燃料电池发电系统、制氢系统、储氢系统、主控系统组成的微网发电系统。
其工作原理是风力、光伏发电系统发电，并由电池储能，DC/AC逆变成交流电，驱动电解水设备制氢。氢气通过储氢系统储存，并驱动燃料电池电堆发电。
此外，DC/AC模块自带旁路功能，旁路端直接与市电连接，实现市电和逆变间的自动切换，在蓄电池所储电能不够用时，自动切换至市电供电，确保持续制氢功能正常运行。在本方案设计中主要体现在氢燃料电池系统、制氢系统、储氢系统的部分。
1.1系统拓扑图
图1 系统拓扑图
1.2 功能特点
整套系统的各个模块预留了CANRS485RS232USBTCPIP通讯接口，可以通过该通讯接口对系统中各个模块进行监控，便于未来项目开发使用。
系统实验平台集成了室内温/湿度仪，风速测量、光照度测量系统，让使用者操作起来更直观；
系统DC-AC并网同步电源，采用高频脉冲调制技术，具有小体积、高效率及高功率因数输出；
系统面板上采用直观的数字表和液晶显示，让用户了解当前系统工作状态；
系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能；
实训系统，可以让实训学生自行拆装移动，使用简便、无噪音、无污染；
系统增加市电与风光互补发电切换模块，让实验更具操作性；
增加分布式供电原理与实验电路，让学生增加对新知识的理解；
增设直流母线单元，方便系统各模块之间连接及实验；
独立的后备胶体蓄电池及充放电管理单元；
燃料电池运行过程中，只排除水和热量，不会产生任何有害物质及噪音；
燃料电池较之传统电源方案，其运行安全可靠、寿命长，维护简单，降低了维护成本。
二、方案参数概述
2.1风力发电系统的组成
风力发电机是利用风力带动风车叶片旋转、转换为机械功，机械功带动发电机转子旋转，最终输出交流电的电力设备。是风力发电系统中不可或缺的核心部件。
风力发电系统由一台5KW垂直轴风力发电机组、尾翼、叶片、风机控制器塔架等组成。
广义地说，风能也是太阳能，所以也可以说风力发电机，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。
风力发电机参数：
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额定功率 |
5KW |
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最大功率 |
6KW |
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额定电压 |
48V |
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启动风速 |
2.5m/s |
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额定风速 |
18m/s |
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最大风速 |
45m/s |
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风机净重 |
185kg |
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风轮直径 |
2.0M |
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塔架高度 |
9M |
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叶片高度 |
3.6M |
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叶片数量 |
3片 |
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叶片材质 |
铝合金 |
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发电机 |
三相交流永磁同步发电机 |
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塔架类型 |
独立塔架 |
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保护 |
风机自我转数保护/电磁制动 |
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工作温度 |
-40℃-80℃ |
安装场地选择
选择土质坚实的平地作为安装场地，安装风力发电机的组位置应该至少远离房屋及人员活动场所50米，务必在选定安装场地时考虑到风叶的光影影响及风力发电机组运行时产生的噪音影响（正常工作时噪音约为65dbA）。同时避免周围有高大的树木、建筑物等影响风速风向的障碍物。
禁止安装在松软的沙地、高低不平的场地、有下陷或塌方可能的场地、洼地及其他容易受气候影响而发生地质变化的场地。同时需要考虑从风力发电机的电机部分到您的蓄电池组的距离，距离越短，所用传输电缆越短，因而传输过程中的耗能也越少，如果必须得有较长的距离,则尽量选用粗些的标准电缆。
风力发电控制器
专为风力发电机控制和蓄电池充电而设计， 能有效提升风力发电的效能。风能充电控制器，能有效防止风速过快时的失控，和发生强风时对风力发电机所产生的危险。
风力发电控制器是对风力发电机所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。
控制器采用PWM无级卸载方式控制风机对蓄电池进行智能充电。在风力发电机所发出的电能超过蓄电池存储量时，控制系统必须将多余的能量消耗掉。在正常卸载情况下，可确保蓄电池电压始终稳定在浮充电压点，而只是将多余的电能释放到卸荷器上。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。
风力发电控制器参数：
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工作电压： |
48VDC |
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充电功率： |
5000W |
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风机功率： |
5000W |
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充电方式： |
PWM脉宽调制 |
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充电最大电流 |
116A |
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过放保护电压 |
41.5V |
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过放恢复电压 |
52.2V |
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输出保护电压 |
59V |
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卸载开始电压（出厂值） |
60.5V |
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卸载开始电流（出厂值） |
86A |
2.2光伏发电系统
10KW太阳能电池组件分为两部分，其中一个5KW采用标准钢结构件固定在C型专制钢件上，呈40度正面朝向正南方，整体支架系统放置在在面或者屋顶；另一个5KW采用双轴自动跟踪，经电缆输送至室内实验设备，可实现分布式屋顶发电相关实验，所发电能与风力发电相结合，经DC-AC逆变成正弦波220V交流电，可供制氢系统使用、多余电能经储能逆变器送入电网。
所有系统的设计、安装与实际工程一样，可在老师的指导下做为学生练习拆卸、组装实习样机来用。
太阳能光电池组
太阳能电池组是本实训台的核心组成部分亦是光伏发电系统不可或缺的核心部件，是将光能转换为电能并通过光伏控制系统储存在储能电池当中做为直流总线电源供给DC-AC并网同步电源。
太阳能电池组为多晶硅或单晶硅，是由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、EVA、透明TPT背板以及铝合金边框组成。
其规格如下：
单晶硅太阳能电池规格
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组件尺寸(L*W*H) |
1650*992*35mm |
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最佳功率 |
260W |
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最佳工作电压 |
32.05±0.5V |
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最佳工作电流 |
8.72±0.10A |
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短路电流 |
8.85±0.10A |
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开路电压 |
42±0.5V |
1、抗盐雾和氨腐蚀等国际权威测试；
2、可承受风压2400Pa,雪压7200Pa；
3、优秀的弱光环境发电性能，阴天也能发电；
4、输出功率年衰减率小于0.7%，第25年不低于组件初始功率的80.70%
1. 组件型号：BY260P-29b 多晶
2. 最大功率（W）：260
3. 开路电压（V）：35.9
4. 短路电流（A）：7.27
5. 最大功率点的工作电压（V）：28.1
6. 最大功率点的工作电流（Ａ）：6.7
7. 转化效率：17.12%
8. 开路电压温度系数：-0.292%/K
9. 短路电流温度系数：+0.045%/K
10. 功率温度系统：-0.408%/K
11. 最大系统电压（V）：1000
12. 组件尺寸（长×宽×高）：1640×992×40mm
13. 重量：19.1kg
14. 框架：阳极氧化铝
15. 玻璃：白色钢化安全玻璃3.2mm
16. 电池片封装：EVA
17. 背板：复合薄膜
18. 太阳能电池片：6×10片多晶硅太阳能电池片（156mm×156mm）
19. 接线盒
1) 6个旁路二极管
2) 绝缘材料：PPO
3) 防水等级：IP65
Ø 连接器
1) 常规额定电流：30A
2) 耐电压：DC1000V
3) 接触电阻：<2mΩ
4) 绝缘电阻：＞500MΩ
5) 适用单芯电缆截面：2.5-6mm2
6) 电缆外径范围：Φ5mm～Φ 7mm
7) 环境温度：-40℃～+ 105℃
8) 防护等级：IP67
9) 安全等级：Ⅱ
10) 壳体：PC料，黑色
11) 接触件：紫铜CN，镀锡SN
12) 接线方式：压接 MC4
20. 电 缆
1) 长度：450mm,
2) 规格：1×4mm²
3) 颜色：红、黑
Ø 温度范围系数：-40°C to+85°C
Ø 抗冰雹系数：最大直径25mm,撞击速度23m/s(51.2mph)
Ø 最大表面负荷：7200pa
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