一、系統(tǒng)概述
風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池組、風(fēng)力及光伏控制系統(tǒng)、氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)和主控系統(tǒng)等核心部分組成。這一系統(tǒng)集成了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、制氫、儲(chǔ)氫以及氫能發(fā)電等多種新能源技術(shù)，形成了一個(gè)多元化的“風(fēng)、光、氫”混合型新能源實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。通過(guò)各組件的協(xié)同工作，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從自然能源到電能的高效轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)，為新能源的研究與應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。
二、工作原理
系統(tǒng)的工作原理基于可再生能源的互補(bǔ)利用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)能帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為交流電；光伏發(fā)電系統(tǒng)則依靠太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)化為直流電。這兩種發(fā)電方式在不同天氣條件下相互補(bǔ)充，確保了系統(tǒng)能源的穩(wěn)定供應(yīng)。產(chǎn)生的電能一部分直接用于供電或儲(chǔ)存于電池中，另一部分則用于電解水制氫。氫氣作為高效的能源載體，被儲(chǔ)存于儲(chǔ)氫系統(tǒng)中，以備不時(shí)之需或用于后續(xù)的氫燃料電池發(fā)電。
三、功能特點(diǎn)
風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)的功能特點(diǎn)顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1. 多元化能源集成：系統(tǒng)集成了風(fēng)力、光伏等多種可再生能源形式，實(shí)現(xiàn)了能源的多樣化利用。
2. 高效儲(chǔ)能與輸配：配備先進(jìn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和輸配電設(shè)備，確保了電能和氫能的高效存儲(chǔ)與輸配。
3. 智能管理與監(jiān)控：采用智能管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控各子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。
4. 環(huán)保節(jié)能：所有組件均符合綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)污染物排放，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能減排。
5. 科研與實(shí)訓(xùn)結(jié)合：系統(tǒng)不僅是一個(gè)實(shí)用的新能源發(fā)電系統(tǒng)，更是一個(gè)理想的科研與教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。通過(guò)實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析，用戶可以更深入地理解新能源技術(shù)的原理和應(yīng)用。
四、應(yīng)用前景
隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分廣闊。在科研領(lǐng)域，該系統(tǒng)可以作為一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于開展風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫能與燃料電池發(fā)電等相關(guān)技術(shù)的研究。在新能源示范項(xiàng)目中，它可以作為展示新能源技術(shù)優(yōu)越性和可行性的重要實(shí)例。該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于邊遠(yuǎn)地區(qū)或特定場(chǎng)景下的離網(wǎng)供電系統(tǒng)，提供穩(wěn)定可靠的電力支持。
DB-FGH01 風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)
一、項(xiàng)目概述
風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)型相結(jié)合的集風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電、制氫系統(tǒng)、氫燃料電池發(fā)電、數(shù)據(jù)采集等多元化“風(fēng)、光、氫混合型新能源實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”。
風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池組、風(fēng)力及光伏控制系統(tǒng)、氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、主控系統(tǒng)組成的微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
其工作原理是風(fēng)力、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并由電池儲(chǔ)能，DC/AC逆變成交流電，驅(qū)動(dòng)電解水設(shè)備制氫。氫氣通過(guò)儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)存，并驅(qū)動(dòng)燃料電池電堆發(fā)電。
此外，DC/AC模塊自帶旁路功能，旁路端直接與市電連接，實(shí)現(xiàn)市電和逆變間的自動(dòng)切換，在蓄電池所儲(chǔ)電能不夠用時(shí)，自動(dòng)切換至市電供電，確保持續(xù)制氫功能正常運(yùn)行。在本方案設(shè)計(jì)中主要體現(xiàn)在氫燃料電池系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)的部分。
圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
整套系統(tǒng)的各個(gè)模塊預(yù)留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊接口，可以通過(guò)該通訊接口對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)模塊進(jìn)行監(jiān)控，便于未來(lái)項(xiàng)目開發(fā)使用。
系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風(fēng)速測(cè)量、光照度測(cè)量系統(tǒng)，讓使用者操作起來(lái)更直觀；
系統(tǒng)DC-AC并網(wǎng)同步電源，采用高頻脈沖調(diào)制技術(shù)，具有小體積、高效率及高功率因數(shù)輸出；
系統(tǒng)面板上采用直觀的數(shù)字表和液晶顯示，讓用戶了解當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)；
系統(tǒng)上的離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能；
實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以讓實(shí)訓(xùn)學(xué)生自行拆裝移動(dòng)，使用簡(jiǎn)便、無(wú)噪音、無(wú)污染；
系統(tǒng)增加市電與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電切換模塊，讓實(shí)驗(yàn)更具操作性；
增加分布式供電原理與實(shí)驗(yàn)電路，讓學(xué)生增加對(duì)新知識(shí)的理解；
增設(shè)直流母線單元，方便系統(tǒng)各模塊之間連接及實(shí)驗(yàn)；
獨(dú)立的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；
燃料電池運(yùn)行過(guò)程中，只排除水和熱量，不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)及噪音；
燃料電池較之傳統(tǒng)電源方案，其運(yùn)行安全可靠、壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，降低了維護(hù)成本。
二、方案參數(shù)概述
2.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，機(jī)械功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流電的電力設(shè)備。是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的核心部件。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由一臺(tái)5KW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、尾翼、葉片、風(fēng)機(jī)控制器塔架等組成。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)：
| 額定功率 | 5KW |
| 最大功率 | 6KW |
| 額定電壓 | 48V |
| 啟動(dòng)風(fēng)速 | 2.5m/s |
| 額定風(fēng)速 | 18m/s |
| 最大風(fēng)速 | 45m/s |
| 風(fēng)機(jī)凈重 | 185kg |
| 風(fēng)輪直徑 | 2.0M |
| 塔架高度 | 9M |
| 葉片高度 | 3.6M |
| 葉片數(shù)量 | 3片 |
| 葉片材質(zhì) | 鋁合金 |
| 發(fā)電機(jī) | 三相交流永磁同步發(fā)電機(jī) |
| 塔架類型 | 獨(dú)立塔架 |
| 保護(hù) | 風(fēng)機(jī)自我轉(zhuǎn)數(shù)保護(hù)/電磁制動(dòng) |
| 工作溫度 | -40℃-80℃ |
選擇土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的平地作為安裝場(chǎng)地，安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組位置應(yīng)該至少遠(yuǎn)離房屋及人員活動(dòng)場(chǎng)所50米，務(wù)必在選定安裝場(chǎng)地時(shí)考慮到風(fēng)葉的光影影響及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音影響（正常工作時(shí)噪音約為65dbA）。同時(shí)避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風(fēng)速風(fēng)向的障礙物。
禁止安裝在松軟的沙地、高低不平的場(chǎng)地、有下陷或塌方可能的場(chǎng)地、洼地及其他容易受氣候影響而發(fā)生地質(zhì)變化的場(chǎng)地。同時(shí)需要考慮從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電機(jī)部分到您的蓄電池組的距離，距離越短，所用傳輸電纜越短，因而傳輸過(guò)程中的耗能也越少，如果必須得有較長(zhǎng)的距離,則盡量選用粗些的標(biāo)準(zhǔn)電纜。
風(fēng)力發(fā)電控制器
專為風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制和蓄電池充電而設(shè)計(jì)， 能有效提升風(fēng)力發(fā)電的效能。風(fēng)能充電控制器，能有效防止風(fēng)速過(guò)快時(shí)的失控，和發(fā)生強(qiáng)風(fēng)時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的危險(xiǎn)。
風(fēng)力發(fā)電控制器是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量按蓄電池的特性曲線對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過(guò)充。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，控制器要控制蓄電池不被過(guò)放電，保護(hù)蓄電池。
控制器采用PWM無(wú)級(jí)卸載方式控制風(fēng)機(jī)對(duì)蓄電池進(jìn)行智能充電。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能超過(guò)蓄電池存儲(chǔ)量時(shí)，控制系統(tǒng)必須將多余的能量消耗掉。在正常卸載情況下，可確保蓄電池電壓始終穩(wěn)定在浮充電壓點(diǎn)，而只是將多余的電能釋放到卸荷器上。從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分利用。
風(fēng)力發(fā)電控制器參數(shù)：
| 工作電壓： | 48VDC |
| 充電功率： | 5000W |
| 風(fēng)機(jī)功率： | 5000W |
| 充電方式： | PWM脈寬調(diào)制 |
| 充電最大電流 | 116A |
| 過(guò)放保護(hù)電壓 | 41.5V |
| 過(guò)放恢復(fù)電壓 | 52.2V |
| 輸出保護(hù)電壓 | 59V |
| 卸載開始電壓（出廠值） | 60.5V |
| 卸載開始電流（出廠值） | 86A |