2.3.3 风光互补发电

由太阳光电池组成的太阳光电池方阵（阵列）供电系统称为太阳光发电系统。目前太阳光发电系统有三种运行方式：一是将太阳光发电系统与常规的电力网连接，及并网连接运行；二是由太阳光发电系统独立地向用电负荷供电，即独立运行；三是由风力发电系统与太阳光发电系统联合运行。

独立运行的太阳光发电系统由太阳光电池方阵、阳光跟踪系统、电能储存装置（蓄电池）、控制装置、辅助电源及用户负荷等组成，系统组成框图如图2-56所示。

1．风力—太阳光发电联合运行系统的设计步骤

采用风力—太阳光联合发电系统的目的是为了更高效地利用可再生能源，实现风力发电与太阳光发电的互补。在风力强的季节或时间内以风力发电为主，以太阳光发电为辅向负荷供电。中国西北、华北、东北地区冬春季风力强，夏秋季风力弱，但太阳辐射强，从资源的利用上恰好可以互补。因此在电网覆盖不到的偏远地区或海岛利用风力—太阳光发电系统是一种合理的和可靠的获得电力供应的方法。

设计风力—太阳光发电系统的步骤如下：

（1）汇集及测量当地风能资源、太阳能资源、其他天气及地理环境数据。包括每月的风速、风向数据、年风频数据、每年最长的持续无风时数、每年最大的风速及发生的月份、韦布尔（Weble）分布系数等；全年太阳日照时数、在水平表面上全年每平方米面积上接收的太阳辐射能、在具有一定倾斜角度的太阳光电池组件表面上每天太阳辐射峰值时数及太阳辐射能等；当地在地理上的纬度、经度、海拔高度、最长连续阴雨天数、年最高气温及发生的月份、年最低气温及发生的月份等。

（2）当地负荷状况。包括负荷性质、负荷的工作电压、负荷的额定功率、全天耗电量等。

（3）确定风力发电及太阳光发电分担的向负荷供电的份额。

（4）根据确定的负荷份额计算风力发电及太阳光发电装置的容量。

（5）选择风力发电机及太阳光电池阵列的型号，确定及优化系统的结构。

（6）确定系统内其他部件（蓄电池、整流器、逆变器及控制器、辅助后备电源等）。

（7）编制整个系统的投资预算及计算电镀（kW·h）发电成本。

2．太阳光电池方阵容量的确定

设计风力—太阳光发电系统时，应根据用户负荷来确定太阳光电池方阵的容量，一般应该按照用户负荷所需电能全部由光电池供给来考虑，计算方法及步骤如下：

（1）确定太阳光电池方阵内太阳光电池单体（或组件）的串联个数。独立运行的太阳光电池供电系统，总是和蓄电池配套使用，也即同用电系数组成浮充电路，一部分电能供负载使用；另一部分电能则储存到蓄电池内以备夜晚或阴雨天使用。

设太阳光电池对蓄电池的浮充电压值为Uf，则有

式中：Uf为根据负载的工作电压确定的蓄电池在浮充状态下所需电压；Ud为线路损耗及防反充二极管的电压降；Ut为太阳电池工作时温升导致的电压降。

假设太阳光电池单体（或组件）的工作电压为U，则太阳光电池单体（或组件）的串联数为

（2）确定太阳光电池方阵内太阳光电池单体（或组件）的并联个数。太阳光电池单体（或组件）的并联个数NP可按下式计算，即

式中：QL为负载每天耗电量；H为平均日照时数；Im为太阳光电池单体（或组件）平均工作电流；ηC为蓄电池的充、放电效率修正系数；FC为其他因素修正系数。

（3）确定太阳光电池方阵的容量。太阳光电池方阵的容量Pm，可按下式确定，即

3．风力—太阳光发电系统的结构

风力—太阳光发电联合供电系统的结构组成型式如图2-57所示，该系统根据风力及太阳辐射的变化情况可以在三种模式下运行，即：①风力发电机独自向负荷供电；②风力发电机及太阳光电池方阵联合向负荷供电；③太阳光电池方阵独立向负荷供电。

太阳光电池方阵独立供电时蓄电池容量为

式中：QB为蓄电池容量；D为最长连续阴雨日数；K为蓄电池允许释放容量修正系数；1.2为安全系数。