發(fā)展過(guò)程

最初的風(fēng)光互補供電系統，就是將風(fēng)力機和光伏組件進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，因為缺乏詳細的數學(xué)計算模型，同時(shí)系統只用于保證率低的用戶(hù)，導致使用壽命不長(cháng)。

近幾年隨著(zhù)風(fēng)光互補供電系統應用范圍的不斷擴大，保證率和經(jīng)濟性要求的提高，國外相繼開(kāi)發(fā)出一些模擬風(fēng)力、光伏及其互補供電系統性能的大型工具軟件包。通過(guò)模擬不同系統配置的性能和供電成本可以得出最佳的系統配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作開(kāi)發(fā)了hybrid2應用軟件。 hybrid2本身是一個(gè)很出色的軟件，它對一個(gè)風(fēng)光互補系統進(jìn)行非常精確的模擬運行，根據輸入的互補發(fā)電系統結構、負載特性以及安裝地點(diǎn)的風(fēng)速、太陽(yáng)輻射數據獲得一年8760小時(shí)的模擬運行結果。但是hybrid2只是一個(gè)功能強大的仿真軟件，本身不具備優(yōu)化設計的功能，并且價(jià)格昂貴，需要的專(zhuān)業(yè)性較強。

在國外對于風(fēng)光互補供電系統的設計主要有兩種方法進(jìn)行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風(fēng)速下對應的光伏陣列的功率和風(fēng)機的功率和大于負載功率，只要用于系統的優(yōu)化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風(fēng)速下對應的光伏陣列的發(fā)電量和風(fēng)機的發(fā)電量的和大于等于負載的耗電量，主要用于系統功率設計。

結構原理

(1)風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機將風(fēng)能轉換為機械能，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過(guò)控制器對蓄電池充電，經(jīng)過(guò)逆變器對負載供電；

(2)光伏發(fā)電部分利用太陽(yáng)能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過(guò)逆變器將直流電轉換為交流電對負載進(jìn)行供電；

(3)逆變系統由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時(shí)還具有自動(dòng)穩壓功能，可改善風(fēng)光互補發(fā)電系統的供電質(zhì)量；

(4)控制部分根據日照強度、風(fēng)力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調節：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿(mǎn)足負載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負載，保證了整個(gè)系統工作的連續性和穩定性；

(5)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中同時(shí)起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風(fēng)力發(fā)電系統和光伏發(fā)電系統輸出的電能轉化為化學(xué)能儲存起來(lái)，以備供電不足時(shí)使用。

風(fēng)光互補發(fā)電系統根據風(fēng)力和太陽(yáng)輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風(fēng)力發(fā)電機組單獨向負載供電；光伏發(fā)電系統單獨向負載供電；風(fēng)力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統聯(lián)合向負載供電。

風(fēng)光互補供電系統與單項能源供電的比較

風(fēng)光互補供電比單獨風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電有以下優(yōu)點(diǎn)：

利用風(fēng)能、太陽(yáng)能的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性；

在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；

通過(guò)合理地設計與匹配，可以基本上由風(fēng)光互補供電系統供電，很少或基本不用啟動(dòng)備用電源如柴油機發(fā)電機組等，可獲得較好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。

應用前景

無(wú)電農村的生活、生產(chǎn)用電

中國現有9億人口生活在農村，其中5%左右目前還未能用上電。在中國無(wú)電鄉村往往位于風(fēng)能和太陽(yáng)能蘊藏量豐富的地區。因此利用風(fēng)光互補發(fā)電系統解決用電問(wèn)題的潛力很大。采用已達到標準化的風(fēng)光互補發(fā)電系統有利于加速這些地區的經(jīng)濟發(fā)展，提高其經(jīng)濟水平。另外，利用風(fēng)光互補系統開(kāi)發(fā)儲量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠地區的農村人口提供最適宜也最便宜的電力服務(wù)，促進(jìn)貧困地區的可持續發(fā)展。

我國已經(jīng)建成了千余個(gè)可再生能源的獨立運行村落集中供電系統，但是這些系統都只提供照明和生活用電，不能或不運行使用生產(chǎn)性負載，這就使系統的經(jīng)濟性變得非常差?？稍偕茉椽毩⑦\行村落集中供電系統的出路是經(jīng)濟上的可持續運行，涉及到系統的所有權、管理機制、電費標準、生產(chǎn)性負載的管理、電站政府補貼資金來(lái)源、數量和分配渠道等等。但是這種可持續發(fā)展模式，對中國在內的所有發(fā)展中國家都有深遠意義。

半導體室外照明中的應用

世界上室外照明工程的耗電量占全球發(fā)電量的12%左右，在全球日趨緊張的能源和環(huán)保背景下，它的節能工作日益引起全世界的關(guān)注。

基本原理是：太陽(yáng)能和風(fēng)能以互補形式通過(guò)控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據光線(xiàn)強弱程度自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉各類(lèi)led室外燈具。智能化控制器具有無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )通訊功能，可以和后臺計算機實(shí)現三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智能化控制器還具有強大的人工智能功能，對整個(gè)照明工程實(shí)施先進(jìn)的計算機三遙管理，重點(diǎn)是照明燈具的運行狀況巡檢及故障和防盜報警。

室外道路照明工程主要包括：

車(chē)行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；

小區(廣義)道路照明工程(小區路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。

目前已被開(kāi)發(fā)的新能源新光源室外照明工程有：風(fēng)光互補led智能化路燈、風(fēng)光互補led小區道路照明工程、風(fēng)光互補led景觀(guān)照明工程、風(fēng)光互補led智能化隧道照明工程、智能化LED路燈等。

航標上的應用

我國部分地區的航標已經(jīng)應用了太陽(yáng)能發(fā)電，特別是燈塔樁，但是也存在著(zhù)一些問(wèn)題，最突出的就是在連續天氣不良狀況下太陽(yáng)能發(fā)電不足，易造成電池過(guò)放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽(yáng)能發(fā)電不足的問(wèn)題尤為嚴重。

天氣不良情況下往往是伴隨大風(fēng)，也就是說(shuō)，太陽(yáng)能發(fā)電不理想的天氣狀況往往是風(fēng)能最豐富的時(shí)候，針對這種情況，可以用以風(fēng)力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風(fēng)光互補發(fā)電系統代替傳統的太陽(yáng)能發(fā)電系統。風(fēng)光互補發(fā)電系統具有環(huán)保、無(wú)污染、免維護、安裝使用方便等特點(diǎn)，符合航標能源應用要求。在太陽(yáng)能配置滿(mǎn)足春夏季能源供應的情況下，不啟動(dòng)風(fēng)光互補發(fā)電系統；在冬春季或連續天氣不良狀況、太陽(yáng)能發(fā)電不良情況下，啟動(dòng)風(fēng)光互補發(fā)電系統。由此可見(jiàn)，風(fēng)光互補供電系統在航標上的應用具備了季節性和氣候性的特點(diǎn)。事實(shí)證明，其應用可行、效果明顯。

監控攝像機

電源中的應用

目前，高速公路道路攝像機通常是24小時(shí)不間斷運行，采用傳統的市電電源系統，雖然功率不大，但是因為數量多，也會(huì )消耗不少電能，采用傳統電源系統不利于節能；并且由于攝像機電源的線(xiàn)纜經(jīng)常被盜，損失大，造成使用維護費用大大增加，加大了高速公路經(jīng)營(yíng)單位的運營(yíng)成本。

應用風(fēng)光互供發(fā)電系統為道路監控攝像機提供電源，不僅節能，并且不需要鋪設線(xiàn)纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區會(huì )出現惡劣的天氣情況，如連續灰霾天氣，日照少，風(fēng)力達不到起風(fēng)風(fēng)力，會(huì )出現不能連續供電現象，可以利用原有的市電線(xiàn)路，在太陽(yáng)能和風(fēng)能不足時(shí)，自動(dòng)對蓄電池充電，確保系統可以正常工作。

通信基站中的應用

目前國內許多海島、山區等地遠離電網(wǎng)，但由于當地旅游、漁業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會(huì )很大，若采用市電供電，架桿鋪線(xiàn)代價(jià)很大，若采用柴油機供電，存在柴油儲運成本高，系統維護困難、可靠性不高的問(wèn)題。

要解決長(cháng)期穩定可靠地供電問(wèn)題，只能依賴(lài)當地的自然資源。而太陽(yáng)能和風(fēng)能作為取之不盡的可再生資源，在海島相當豐富，此外，太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間上和地域上都有很強的互補性，海島風(fēng)光互補供電系統是可靠性、經(jīng)濟性較好的獨立電源系統，適合用于通信基站供電。由于基站有基站維護人員，系統可配置柴油發(fā)電機，以備太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電不足時(shí)使用。這樣可以減少系統中太陽(yáng)電池方陣與風(fēng)機的容量，從而降低系統成本，同時(shí)增加系統的可靠性。

抽水蓄能電站

中的應用

風(fēng)光互補抽水蓄能電站是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，不經(jīng)蓄電池而直接帶動(dòng)抽水機實(shí)行補丁時(shí)抽水蓄能，然后利用儲存的水能實(shí)現穩定的發(fā)電供電。這種能源開(kāi)發(fā)方式將傳統的水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源開(kāi)發(fā)相結合，利用三種能源在時(shí)空分布上的差異實(shí)現期間的互補開(kāi)發(fā)，適用于電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠死去，并有利于能源開(kāi)發(fā)中的生態(tài)環(huán)境保護。