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風光能供電系統(tǒng)在居住小區(qū)中的應(yīng)用
廣東省湛江市技師學院 朱振豪 2014/4/6 15:55:21
摘要：在一些沿海地區(qū)，風能和太陽能蘊藏量豐富，利用風光互補發(fā)電系統(tǒng)解決用電問題的潛力很大。本文闡述沿海地區(qū)一處小型居住區(qū)應(yīng)用風光供電系統(tǒng)，為小區(qū)內(nèi)公共照明提供電能。使用PLC編程控制系統(tǒng)，集過流、過壓、超溫等多種保護電路，供電系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：風能發(fā)電 太陽能發(fā)電 風光能供電系統(tǒng) 應(yīng)用
風能和太陽能是地球上資源豐富、可再生的綠色能源，與傳統(tǒng)高耗、污染和不可再生能源比較，發(fā)展前景十分廣闊。它具備獨特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力，有利于保持人與自然的和諧及能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展�，F(xiàn)時國家提出節(jié)能減排、使用綠色能源的號召，風能和太陽能發(fā)電及應(yīng)用等技術(shù)已快速進入航天、通信、交通、制造業(yè)及居民家庭生活等領(lǐng)域。
風能早期就被人們利用在抽水、磨面、帶動小型運動機械等，隨著技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)時越來越多被應(yīng)用在發(fā)電領(lǐng)域。把風的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電力動能，即是風力發(fā)電。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。目前的風車技術(shù)，做到大約每秒三米的微風速度，發(fā)電機就可以開始發(fā)電。
太陽能發(fā)電分太陽光發(fā)電和太陽熱發(fā)電兩種，目前常用太陽能光發(fā)電。太陽能光發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電方式，包括光伏發(fā)電、光化學發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電等幾種形式，在光化學發(fā)電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能。有兩種轉(zhuǎn)化方式，一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等；另一種方式是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發(fā)電機發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。
一、風光能供電系統(tǒng)組成
風光能供電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、PLC集中控制系統(tǒng)、逆變器和控制面板等組成。風能和太陽能使用一個風光控制器，輸出24V直流電壓送到PLC控制系統(tǒng)，由PLC程序控制，會根據(jù)光敏傳感器和功能按鈕控制直流逆變器功率輸出。白天，風能和太陽能給蓄電池組充分充電，晚上，由蓄電池組和風能給樓梯燈、走廊燈和路燈供電。在正常風量情況下，晚上風能發(fā)電功率基本能滿足負載要求，小區(qū)的樓梯燈、走廊燈和路燈均使用LED光源燈具，功率小亮度高�？紤]到極端天氣因素，若風能和太陽能都無法滿足負載用電要求時，本系統(tǒng)還連接有市電220V交流電，通過PLC檢測控制，能在大約15mS時間完成逆變器和市電供電之間切換，保證系統(tǒng)不會斷電。
圖1 風光能供電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖
二、居住小區(qū)供電要求和功能設(shè)置
1、供電容量計算
居住小區(qū)內(nèi)有3幢均為8層的住宅樓，1幢住宅樓的樓梯燈和走廊燈有16盞，3幢住宅樓共有樓梯燈和走廊燈48盞，公共路燈有7盞。樓梯燈和走廊燈使用10W的LED燈，路燈使用90W的LED燈，負載總功率為：
樓梯燈和走廊燈總功率：48х15 = 720 W
路燈總功率：7х90 = 630 W
供電總功率：720 + 630 = 1350 W
負載使用220V交流供電，風能和太陽能輸出的24V直流電需經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，選用轉(zhuǎn)換效率為95%的逆變器，則最低直流輸入功率為：
1350 ÷ 0.95 ≈ 1421 W
考慮到7盞路燈同時開啟，啟動瞬間電流大，為了保證有足夠的功率容量，選用輸出2500W的直流逆變器。
風能發(fā)電機選用輸出額定電壓24V、額定電流25A、額定功率600W的產(chǎn)品，太陽能發(fā)電選用220W單晶硅電池板，輸出電壓24V、峰值電流7.38A的產(chǎn)品。風能發(fā)電機使用兩臺，太陽能電池板使用4塊，理論計算并聯(lián)輸入的直流功率達到2080W，即使在微風的陰雨天氣中，都能滿足負載功率需求。電池選用兩個24V、250Ah免維護膠體太陽能蓄能電池，電池組容量達到500Ah，自放電小，適合大電流充放電。
2、系統(tǒng)功能設(shè)置
風光能供電系統(tǒng)在實際使用中，功能設(shè)置如下：
（1）、供電系統(tǒng)穩(wěn)定，風能和太陽能全天侯發(fā)電，當處于無風、陰雨天等極端天氣環(huán)境時，蓄電池能提供約10小時的電能。
（2）、樓梯燈和走廊燈自帶人體感應(yīng)開關(guān)，在陰暗天和晚上，當有人出現(xiàn)時自動點亮。路燈受程序和光敏傳感器控制，白天遇到陰暗天氣和晚上19點至早上6點開啟。
（3）、當遇到極端天氣環(huán)境，風光能無法發(fā)電充電，蓄電池電壓低于放電下限電壓21.6V時，系統(tǒng)自動切換到市電220V供電；當蓄電（未完，下一頁）
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