2.3.3 風(fēng)光互補發(fā)電

由太陽光電池組成的太陽光電池方陣（陣列）供電系統(tǒng)稱為太陽光發(fā)電系統(tǒng)。目前太陽光發(fā)電系統(tǒng)有三種運行方式：一是將太陽光發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)的電力網(wǎng)連接，及并網(wǎng)連接運行；二是由太陽光發(fā)電系統(tǒng)獨立地向用電負荷供電，即獨立運行；三是由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與太陽光發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行。

獨立運行的太陽光發(fā)電系統(tǒng)由太陽光電池方陣、陽光跟蹤系統(tǒng)、電能儲存裝置（蓄電池）、控制裝置、輔助電源及用戶負荷等組成，系統(tǒng)組成框圖如圖2-56所示。

1．風(fēng)力—太陽光發(fā)電聯(lián)合運行系統(tǒng)的設(shè)計步驟

采用風(fēng)力—太陽光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的目的是為了更高效地利用可再生能源，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電與太陽光發(fā)電的互補。在風(fēng)力強的季節(jié)或時間內(nèi)以風(fēng)力發(fā)電為主，以太陽光發(fā)電為輔向負荷供電。中國西北、華北、東北地區(qū)冬春季風(fēng)力強，夏秋季風(fēng)力弱，但太陽輻射強，從資源的利用上恰好可以互補。因此在電網(wǎng)覆蓋不到的偏遠地區(qū)或海島利用風(fēng)力—太陽光發(fā)電系統(tǒng)是一種合理的和可靠的獲得電力供應(yīng)的方法。

設(shè)計風(fēng)力—太陽光發(fā)電系統(tǒng)的步驟如下：

（1）匯集及測量當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源、太陽能資源、其他天氣及地理環(huán)境數(shù)據(jù)。包括每月的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)、年風(fēng)頻數(shù)據(jù)、每年最長的持續(xù)無風(fēng)時數(shù)、每年最大的風(fēng)速及發(fā)生的月份、韋布爾（Weble）分布系數(shù)等；全年太陽日照時數(shù)、在水平表面上全年每平方米面積上接收的太陽輻射能、在具有一定傾斜角度的太陽光電池組件表面上每天太陽輻射峰值時數(shù)及太陽輻射能等；當(dāng)?shù)卦诘乩砩系木暥取⒔?jīng)度、海拔高度、最長連續(xù)陰雨天數(shù)、年最高氣溫及發(fā)生的月份、年最低氣溫及發(fā)生的月份等。

（2）當(dāng)?shù)刎摵蔂顩r。包括負荷性質(zhì)、負荷的工作電壓、負荷的額定功率、全天耗電量等。

（3）確定風(fēng)力發(fā)電及太陽光發(fā)電分擔(dān)的向負荷供電的份額。

（4）根據(jù)確定的負荷份額計算風(fēng)力發(fā)電及太陽光發(fā)電裝置的容量。

（5）選擇風(fēng)力發(fā)電機及太陽光電池陣列的型號，確定及優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

（6）確定系統(tǒng)內(nèi)其他部件（蓄電池、整流器、逆變器及控制器、輔助后備電源等）。

（7）編制整個系統(tǒng)的投資預(yù)算及計算電鍍（kW·h）發(fā)電成本。

2．太陽光電池方陣容量的確定

設(shè)計風(fēng)力—太陽光發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)用戶負荷來確定太陽光電池方陣的容量，一般應(yīng)該按照用戶負荷所需電能全部由光電池供給來考慮，計算方法及步驟如下：

（1）確定太陽光電池方陣內(nèi)太陽光電池單體（或組件）的串聯(lián)個數(shù)。獨立運行的太陽光電池供電系統(tǒng)，總是和蓄電池配套使用，也即同用電系數(shù)組成浮充電路，一部分電能供負載使用；另一部分電能則儲存到蓄電池內(nèi)以備夜晚或陰雨天使用。

設(shè)太陽光電池對蓄電池的浮充電壓值為Uf，則有

式中：Uf為根據(jù)負載的工作電壓確定的蓄電池在浮充狀態(tài)下所需電壓；Ud為線路損耗及防反充二極管的電壓降；Ut為太陽電池工作時溫升導(dǎo)致的電壓降。

假設(shè)太陽光電池單體（或組件）的工作電壓為U，則太陽光電池單體（或組件）的串聯(lián)數(shù)為

（2）確定太陽光電池方陣內(nèi)太陽光電池單體（或組件）的并聯(lián)個數(shù)。太陽光電池單體（或組件）的并聯(lián)個數(shù)NP可按下式計算，即

式中：QL為負載每天耗電量；H為平均日照時數(shù)；Im為太陽光電池單體（或組件）平均工作電流；ηC為蓄電池的充、放電效率修正系數(shù)；FC為其他因素修正系數(shù)。

（3）確定太陽光電池方陣的容量。太陽光電池方陣的容量Pm，可按下式確定，即

3．風(fēng)力—太陽光發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

風(fēng)力—太陽光發(fā)電聯(lián)合供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成型式如圖2-57所示，該系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力及太陽輻射的變化情況可以在三種模式下運行，即：①風(fēng)力發(fā)電機獨自向負荷供電；②風(fēng)力發(fā)電機及太陽光電池方陣聯(lián)合向負荷供電；③太陽光電池方陣獨立向負荷供電。

太陽光電池方陣獨立供電時蓄電池容量為

式中：QB為蓄電池容量；D為最長連續(xù)陰雨日數(shù)；K為蓄電池允許釋放容量修正系數(shù)；1.2為安全系數(shù)。