一、系統(tǒng)概述
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)和主控系統(tǒng)等核心部分組成。這一系統(tǒng)集成了風力發(fā)電、光伏發(fā)電、制氫、儲氫以及氫能發(fā)電等多種新能源技術，形成了一個多元化的“風、光、氫”混合型新能源實驗實訓系統(tǒng)。通過各組件的協(xié)同工作，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)從自然能源到電能的高效轉換與存儲，為新能源的研究與應用提供了強有力的支持。
二、工作原理
系統(tǒng)的工作原理基于可再生能源的互補利用。風力發(fā)電機利用風能帶動風車葉片旋轉，轉化為交流電；光伏發(fā)電系統(tǒng)則依靠太陽能電池板將光能轉化為直流電。這兩種發(fā)電方式在不同天氣條件下相互補充，確保了系統(tǒng)能源的穩(wěn)定供應。產生的電能一部分直接用于供電或儲存于電池中，另一部分則用于電解水制氫。氫氣作為高效的能源載體，被儲存于儲氫系統(tǒng)中，以備不時之需或用于后續(xù)的氫燃料電池發(fā)電。
三、功能特點
風光氫及超級電容混合發(fā)電系統(tǒng)的功能特點顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
1. 多元化能源集成：系統(tǒng)集成了風力、光伏等多種可再生能源形式，實現(xiàn)了能源的多樣化利用。
2. 高效儲能與輸配：配備先進的儲能系統(tǒng)和輸配電設備，確保了電能和氫能的高效存儲與輸配。
3. 智能管理與監(jiān)控：采用智能管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測和調控各子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的整體運行效率。
4. 環(huán)保節(jié)能：所有組件均符合綠色環(huán)保標準，運行過程中無污染物排放，實現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能減排。
5. 科研與實訓結合：系統(tǒng)不僅是一個實用的新能源發(fā)電系統(tǒng)，更是一個理想的科研與教學實訓平臺。通過實際操作和數(shù)據(jù)分析，用戶可以更深入地理解新能源技術的原理和應用。
四、應用前景
隨著全球對可再生能源需求的不斷增長和技術的不斷進步，風光氫及超級電容混合發(fā)電系統(tǒng)的應用前景十分廣闊。在科研領域，該系統(tǒng)可以作為一個綜合性的實驗平臺，用于開展風力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫能與燃料電池發(fā)電等相關技術的研究。在新能源示范項目中，它可以作為展示新能源技術優(yōu)越性和可行性的重要實例。該系統(tǒng)還可以應用于邊遠地區(qū)或特定場景下的離網供電系統(tǒng)，提供穩(wěn)定可靠的電力支持。
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 |