风光互补发电系统设计方案原则

风光互补发电系统作为合理的独立电源系统，开创了一条综合开发风能和太阳能资源的新途径，标志着开发利用可再生能源发电进入了新的阶段。风光互补发电系统不仅适用于缺电的边远地区，因其利用可再生能源，无污染，且成本低、效率高，所以在条件具备的地方都有很好的开发应用前景。所以综合开发利用风能、太阳能，发展风光互补发电有着广阔的前景，受到了很多国家的重视。

早期的风光互补发电系统仅是简单地将风力发电系统和太阳能发电系统组合在一起，并没有考虑系统匹配、优化等问题。要进行风光互补发电系统设计、充分发挥风光互补发电的优势，首先要调查当地太阳能和风能资源状况，然后在基础资源数据的基础上，对互补系统进行优化设计，风光互补发电系统建成后，应对其进行系统匹配测试和发电量等性能参数的实际测试，并进行评价。

离网风光互补发电系统框图如图1所示，光伏发电单元采用所需规模的太阳能电池将太阳能转换为电能，风力发电单元利用中小型风力发电机将风能转换为电能，并通过智能控制中心对蓄电池充电、放电、逆变器进行统一管理，为负载提供稳定可靠的电力供应。两个发电单元在能源的采集上互相补充，同时又各具特色。风光互补发电系统可充分发挥风力发电和光伏发电各自的特性和优势，最大限度地利用好大自然赐予的风能和太阳能。对于用电量大、用电要求高，而风能资源和太阳能资源又较丰富的地区，选用风光互补发电系统无疑是一种最佳选择。

离网风光互补发电系统是由风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、控制器/逆变器、配电系统和用电设备等组成。风光互补发电系统的控制器/逆变器上设置了风力发电机和太阳能电池两个输入接口，风力发电机和太阳能光伏电池发出的电，通过充电控制器向蓄电池组充电；然后将蓄电池储存的直流电通过逆变器转换为适合通用电器使用的交流电。

根据不同地区的风能、太阳能资源，以及不同的用电需求，用户可配置不同的风光互补发电模式。做到完全利用自然资源自主发电，为照明或动力设备提供稳定的电能。从理论上来讲，利用风光互补发电，在设计上以风电为主，光电为辅是最佳匹配方案，前提是，要做到风能和太阳能的无缝对接，要做到无缝对接转换，也就是不停电，同时要能对抗恶劣天气，安全性能好。并且，在设计中还要考虑应用地的气候、日照时间、最高最低风速、噪音等一系列外部因素，优化配置风力发电机和太阳能电池，以充分利用太阳能和风能。一方面降低发电系统设备制造成本，另一方面，增加了利用自然能源的时间，则减少使用蓄电池的时间，提高蓄电池使用寿命。

目前，国外在风光互补发电系统的设计上，主要有两种方法来确定功率：一是功率匹配法，即在不同辐射和风速下对应的太阳能电池阵列的功率和风力发电机的功率之和大于负载功率，并实现系统的优化控制。另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的太阳能电池阵列的发电量和风力发电机的发电量之和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。目前，国内在风光互补发电系统进行研究的领域有：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统优化控制等。