太陽能風能及市電一體電源的供電系統設計
加入技術交流群
2)光伏發電 利用太陽能電池板的光伏效應，將光能轉化為電能，經過控制中心的控制，一是對蓄電池組充電，二是將電能直接供給直流負載LED燈或經DC／AC逆變器供給交流負載。理想的PN結太陽光伏電池I-V方程為：
式中：IS、VS為光伏電池的輸出電流和輸出電壓；IN、I0為光伏電池的短路電流和PN結反向飽和電流；K為波爾常數，K=1．38x10-23J／K；T為溫度；q為電子電荷量，q=1．6x10-19C。
在一定溫度、日照條件下，光伏電池的輸出功率具有最大值。發電過程中，電池的內阻不僅受到日照強度的影響，還受到環境溫度及負載的影響。要想在光伏發電時得到最大功率，必須不斷改變自身阻抗的大小，從而達到光伏陣列與負載的最佳匹配，實現大電流、高電壓的輸出，提高系統發電的效率。
3)市電220 V 市電220 V的引入是為了更可靠、更穩定地對負載進行供電。在太陽能光伏電池和風力發電機供電不足的情況下，通過控制器的控制，啟動市電作為最后保證負載供電的電源。
1．2 控制部分
1)控制電路的作用
控制部分是本電路的核心內容，通過控制器，完成電源系統各部分的連接、組合以及對蓄電池組充電的自動控制。該裝置能根據日照的強弱、風力的大小及負載的變化，不斷地對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節，一方面把調整后的電能直接送往直流負載或經逆變器送什交流負載；另一方面把多余的電能送往蓄電池組存貯起來。當光伏發電量和風力機發電量不能滿足負載功率時，控制器將蓄電池組中的電能調送往負載；當蓄電池組中電能也不足的情況下，控制器最后肩動220 V市電作為供電電源。這樣使供電系統在充電、放電或浮電等多種工況下交替運行，從而保證以風、光、市電互補作為電源供電系統對負載供電的連續性和穩定性。
2)控制電路的控制過程
風、光、市電互補供電系統的控制過程比較復雜，工業上采用過程控制技術對該系統的運行工況進行監測和智能化管理。根據系統的特點，現場控制層實現對各類傳感器、變送器和執行器及對現場數據采集過程的控制。智能監控系統分為兩層：底層是基于微處理器芯片的監控層，負責實現對單臺設備的運行進行優化控制和參數設定。同時具備有與上層通迅的能力；上層是基于微機的協調管理層，主要用于現場
數據處理，同時處理多臺供電電源并列運行時協調控制及并網供電問題。
①監控層的主要功能：主要對系統狀態進行撿測，如風速強弱、太陽輻射強度，蓄電池電壓情況、負荷要求等運行參數。能量管理層負責系統和供電模式切換及負荷控制問題，通迅控制實現與上層管理系統通信，提供系統所需的運行及設備參數，同時根據指令改變系統的運行工況。
②協調管理層的主要功能：實現通信，包括與底層監控層通信，獲得運行參數和向監控層發送控制指令，調整系統的運行工況狀態。數據系統是上層協調管理層運行的基礎，通過與底層監控層的通信來獲得供電系統的運行參數和設備狀態；協調控制層通過對系統的運行參數進行監控，靈活地政變各設備的運行工況，以求達到最佳。
1．3 蓄電池組
蓄電池組在本系統中起到能量調節和平衡負載的雙重作用。它將風力發電機和太陽能電池輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備電能不足時使用。在常用的蓄電池中，主要有鋁酸蓄電池，堿性鎳蓄電池和鐵鎳蓄電池，其中鋁酸蓄電池價格低廉、性能可靠、安全性高、且技術上又不斷進步和完善得以廣泛應用。
1．4 逆變器
由一臺或幾臺逆變器組成。其作用是將蓄電池組中直流電能變成標準的220 V交流電能，同時具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統供電的質量，保證交流負載設備的正常使用。
1．5 LED負載
LED燈(Light Emitting Diode)，即發光二極管。是一種半導同體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料。當兩端加上正向電壓，直接發出紅、黃、綠、青、橙、紫、白色的光。與傳統的燈源相比，LED燈具有以下特點：
1)多變幻 LED光源可利用LED通短時間短和紅、綠、藍3基色原理，在計算機技術控制下實現色彩和圖案的多變化，是一種可隨意控制的“動態光源”。
2)壽命長 LED光源無燈絲、工作電壓低，使用壽命可達5萬到10萬小時，也就是5年到10年時間。
3)利環保 生產中無有害元素、使用中不發出有害物質、無輻射。
4)高新尖 與傳統光源比，LED光源融合了計算機、網絡、嵌入式等高新技術，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。
2 電路的工作原理
風力發電機將風能換轉為電能，太陽能電池板將光能轉換為電能，這兩種電能在控制器作用下，一方面可對負載進行供電，直流負載LED燈可直接獲得直流電能的驅動，而交流負載經逆變器將直流電能轉化為交流電能后獲得交流電能的驅動：另一方面，控制器將來自風力機和太陽能電池板多余的電能對蓄電池充電，蓄電池將這些電能轉化成化學能儲存起來，以備風光發電機發電不足時使用。
當風、光發電機發電都不足時，在控制器的作用下，調用存儲在蓄電池組內的備用電能，繼續給負載提供電能；當蓄電池組中的電能也不足時，控制器打開220 V的市電通道作為負載的供電電源，以保證負載在任何情況下都能正常工作。
風力發電機相關文章:風力發電機原理
評論