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，可以通過該通訊接口對系統(tǒng)中各個(gè)模塊進(jìn)行監(jiān)控，便于未來項(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)速測量、光照度測量系統(tǒng)，讓使用者操作起來更直觀；
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)，使用簡便、無噪音、無污染；
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，維護(hù)簡單，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)場所50米，務(wù)必在選定安裝場地時(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、高低不平的場地、有下陷或塌方可能的場地、洼地及其他容易受氣候影響而發(fā)生地質(zhì)變化的場地。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，因而傳輸過程中的耗能也越少，如果必須得有較長的距離,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)速過快時(shí)的失控，和發(fā)生強(qiáng)風(fēng)時(shí)對風(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放電，保護(hù)蓄電池。
控制器采用PWM無級(jí)卸載方式控制風(fēng)機(jī)對蓄電池進(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 |
| 過放保護(hù)電壓 | 41.5V |
| 過放恢復(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 |
2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)
10KW太陽能電池組件分為兩部分，其中一個(gè)5KW采用標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)件固定在C型專制鋼件上，呈40度正面朝向正南方，整體支架系統(tǒng)放置在在面或者屋頂；另一個(gè)5KW采用雙軸自動(dòng)跟蹤，經(jīng)電纜輸送至室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)分布式屋頂發(fā)電相關(guān)實(shí)驗(yàn)，所發(fā)電能與風(fēng)力發(fā)電相結(jié)合，經(jīng)DC-AC逆變成正弦波220V交流電，可供制氫系統(tǒng)使用、多余電能經(jīng)儲(chǔ)能逆變器送入電網(wǎng)。
太陽能光電池組
太陽能電池組是本實(shí)訓(xùn)臺(tái)的核心組成部分亦是光伏發(fā)電系統(tǒng)不可或缺的核心部件，是將光能轉(zhuǎn)換為電能并通過光伏控制系統(tǒng)儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電池當(dāng)中做為直流總線電源供給DC-AC并網(wǎng)同步電源。
太陽能電池組為多晶硅或單晶硅，是由高效晶體硅太陽能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。
其規(guī)格如下：
| 組件尺寸(L*W*H) | 1650*992*35mm |
| 最佳功率 | 260W |
| 最佳工作電壓 | 32.05±0.5V |
| 最佳工作電流 | 8.72±0.10A |
| 短路電流 | 8.85±0.10A |
| 開路電壓 | 42±0.5V |
1、抗鹽霧和氨腐蝕等國際權(quán)威測試；
2、可承受風(fēng)壓2400Pa,雪壓7200Pa；
3、優(yōu)秀的弱光環(huán)境發(fā)電性能，陰天也能發(fā)電；
4、輸出功率年衰減率小于0.7%，第25年不低于組件初始功率的80.70%
1. 組件型號(hào)：BY260P-29b 多晶
2. 最大功率（W）：260
3. 開路電壓（V）：35.9
4. 短路電流（A）：7.27
5. 最大功率點(diǎn)的工作電壓（V）：28.1
6. 最大功率點(diǎn)的工作電流（Ａ）：6.7
7. 轉(zhuǎn)化效率：17.12%
8. 開路電壓溫度系數(shù)：-0.292%/K
9. 短路電流溫度系數(shù)：+0.045%/K
10. 功率溫度系統(tǒng)：-0.408%/K
11. 最大系統(tǒng)電壓（V）：1000
12. 組件尺寸（長×寬×高）：1640×992×40mm
13. 重量：19.1kg
14. 框架：陽極氧化鋁
15. 玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
16. 電池片封裝：EVA
17. 背板：復(fù)合薄膜
18. 太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
19. 接線盒
1) 6個(gè)旁路二極管
2) 絕緣材料：PPO
3) 防水等級(jí)：IP65
Ø 連接器
1) 常規(guī)額定電流：30A
2) 耐電壓：DC1000V
3) 接觸電阻：<2mΩ
4) 絕緣電阻：＞500MΩ
5) 適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
6) 電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
7) 環(huán)境溫度：-40℃～+ 105℃
8) 防護(hù)等級(jí)：IP67
9) 安全等級(jí)：Ⅱ
10) 殼體：PC料，黑色
11) 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
12) 接線方式：壓接 MC4
20. 電 纜
1) 長度：450mm,
2) 規(guī)格：1×4mm²
3) 顏色：紅、黑
Ø 溫度范圍系數(shù)：-40°C to+85°C
Ø 抗冰雹系數(shù)：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
Ø 最大表面負(fù)荷：7200pa