DB-FGH01 風光氫及超級電容混合發(fā)電系統(tǒng)
一、項目概述
風光氫及超級電容混合發(fā)電系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實驗、實訓型相結合的集風力發(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、光、氫混合型新能源實驗實訓系統(tǒng)”。
風光氫及超級電容混合發(fā)電系統(tǒng)由風力發(fā)電機組、太陽能電池組、風力及光伏控制系統(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)。
其工作原理是風力、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并由電池儲能，DC/AC逆變成交流電，驅動電解水設備制氫。氫氣通過儲氫系統(tǒng)儲存，并驅動燃料電池電堆發(fā)電。
此外，DC/AC模塊自帶旁路功能，旁路端直接與市電連接，實現(xiàn)市電和逆變間的自動切換，在蓄電池所儲電能不夠用時，自動切換至市電供電，確保持續(xù)制氫功能正常運行。在本方案設計中主要體現(xiàn)在氫燃料電池系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、儲氫系統(tǒng)的部分。
圖1 系統(tǒng)拓撲圖
整套系統(tǒng)的各個模塊預留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統(tǒng)中各個模塊進行監(jiān)控，便于未來項目開發(fā)使用。
系統(tǒng)實驗平臺集成了室內(nèi)溫/濕度儀，風速測量、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，采用高頻脈沖調制技術，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；
實訓系統(tǒng)，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染；
系統(tǒng)增加市電與風光互補發(fā)電切換模塊，讓實驗更具操作性；
增加分布式供電原理與實驗電路，讓學生增加對新知識的理解；
增設直流母線單元，方便系統(tǒng)各模塊之間連接及實驗；
獨立的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；
燃料電池運行過程中，只排除水和熱量，不會產(chǎn)生任何有害物質及噪音；
燃料電池較之傳統(tǒng)電源方案，其運行安全可靠、壽命長，維護簡單，降低了維護成本。
二、方案參數(shù)概述
2.1風力發(fā)電系統(tǒng)的組成
風力發(fā)電機是利用風力帶動風車葉片旋轉、轉換為機械功，機械功帶動發(fā)電機轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。是風力發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的核心部件。
風力發(fā)電系統(tǒng)由一臺5KW垂直軸風力發(fā)電機組、尾翼、葉片、風機控制器塔架等組成。
風力發(fā)電機參數(shù)：
| 額定功率 | 5KW |
| 最大功率 | 6KW |
| 額定電壓 | 48V |
| 啟動風速 | 2.5m/s |
| 額定風速 | 18m/s |
| 最大風速 | 45m/s |
| 風機凈重 | 185kg |
| 風輪直徑 | 2.0M |
| 塔架高度 | 9M |
| 葉片高度 | 3.6M |
| 葉片數(shù)量 | 3片 |
| 葉片材質 | 鋁合金 |
| 發(fā)電機 | 三相交流永磁同步發(fā)電機 |
| 塔架類型 | 獨立塔架 |
| 保護 | 風機自我轉數(shù)保護/電磁制動 |
| 工作溫度 | -40℃-80℃ |
選擇土質堅實的平地作為安裝場地，安裝風力發(fā)電機的組位置應該至少遠離房屋及人員活動場所50米，務必在選定安裝場地時考慮到風葉的光影影響及風力發(fā)電機組運行時產(chǎn)生的噪音影響（正常工作時噪音約為65dbA）。同時避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風速風向的障礙物。
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)生地質變化的場地。同時需要考慮從風力發(fā)電機的電機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準電纜。
風力發(fā)電控制器
專為風力發(fā)電機控制和蓄電池充電而設計， 能有效提升風力發(fā)電的效能。風能充電控制器，能有效防止風速過快時的失控，和發(fā)生強風時對風力發(fā)電機所產(chǎn)生的危險。
風力發(fā)電控制器是對風力發(fā)電機所發(fā)的電能進行調節(jié)和控制，一方面把調整后的能量送往直流負載或交流負載，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行充電，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。
控制器采用PWM無級卸載方式控制風機對蓄電池進行智能充電。在風力發(fā)電機所發(fā)出的電能超過蓄電池存儲量時，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，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。
風力發(fā)電控制器參數(shù)：
| 工作電壓： | 48VDC |
| 充電功率： | 5000W |
| 風機功率： | 5000W |
| 充電方式： | PWM脈寬調制 |
| 充電最大電流 | 116A |
| 過放保護電壓 | 41.5V |
| 過放恢復電壓 | 52.2V |
| 輸出保護電壓 | 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5KW采用標準鋼結構件固定在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5KW采用雙軸自動跟蹤，經(jīng)電纜輸送至室內(nèi)實驗設備，可實現(xiàn)分布式屋頂發(fā)電相關實驗，所發(fā)電能與風力發(fā)電相結合，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訓臺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，是將光能轉換為電能并通過光伏控制系統(tǒng)儲存在儲能電池當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威測試；
2、可承受風壓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：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. 最大功率點的工作電壓（V）：28.1
6. 最大功率點的工作電流（Ａ）：6.7
7. 轉化效率：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個旁路二極管
2) 絕緣材料：PPO
3) 防水等級：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) 防護等級：IP67
9) 安全等級：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 最大表面負荷：7200pa