DB-FGH01 風光氫及超級電容混合發電系統
一、項目概述
風光氫及超級電容混合發電系統為科研創新理念與實驗、實訓型相結合的集風力發電，光伏發電、制氫系統、氫燃料電池發電、數據采集等多元化“風、光、氫混合型新能源實驗實訓系統”。
風光氫及超級電容混合發電系統由風力發電機組、太陽能電池組、風力及光伏控制系統、氫燃料電池發電系統、制氫系統、儲氫系統、主控系統組成的微網發電系統。
其工作原理是風力、光伏發電系統發電，并由電池儲能，DC/AC逆變成交流電，驅動電解水設備制氫。氫氣通過儲氫系統儲存，并驅動燃料電池電堆發電。
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，確保持續制氫功能正常運行。在本方案設計中主要體現在氫燃料電池系統、制氫系統、儲氫系統的部分。
圖1 系統拓撲圖
整套系統的各個模塊預留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統中各個模塊進行監控，便于未來項目開發使用。
系統實驗平臺集成了室內溫/濕度儀，風速測量、光照度測量系統，讓使用者操作起來更直觀；
系統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輸出；
系統面板上采用直觀的數字表和液晶顯示，讓用戶了解當前系統工作狀態；
系統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，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染；
系統增加市電與風光互補發電切換模塊，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、方案參數概述
2.1風力發電系統的組成
風力發電機是利用風力帶動風車葉片旋轉、轉換為機械功，機械功帶動發電機轉子旋轉，最終輸出交流電的電力設備。是風力發電系統中不可或缺的核心部件。
風力發電系統由一臺5KW垂直軸風力發電機組、尾翼、葉片、風機控制器塔架等組成。
風力發電機參數：
| 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 |
| 葉片數量 | 3片 |
| 葉片材質 | 鋁合金 |
| 發電機 | 三相交流永磁同步發電機 |
| 塔架類型 | 獨立塔架 |
| 保護 | 風機自我轉數保護/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生地質變化的場地。同時需要考慮從風力發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。
風力發電控制器
專為風力發電機控制和蓄電池充電而設計， 能有效提升風力發電的效能。風能充電控制器，能有效防止風速過快時的失控，和發生強風時對風力發電機所產生的危險。
風力發電控制器是對風力發電機所發的電能進行調節和控制，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。在風力發電機所發出的電能超過蓄電池存儲量時，控制系統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。
風力發電控制器參數：
| 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 |
2.2光伏發電系統
10KW太陽能電池組件分為兩部分，其中一個5KW采用標準鋼結構件固定在C型專制鋼件上，呈40度正面朝向正南方，整體支架系統放置在在面或者屋頂；另一個5KW采用雙軸自動跟蹤，經電纜輸送至室內實驗設備，可實現分布式屋頂發電相關實驗，所發電能與風力發電相結合，經DC-AC逆變成正弦波220V交流電，可供制氫系統使用、多余電能經儲能逆變器送入電網。
太陽能光電池組
太陽能電池組是本實訓臺的核心組成部分亦是光伏發電系統不可或缺的核心部件，是將光能轉換為電能并通過光伏控制系統儲存在儲能電池當中做為直流總線電源供給DC-AC并網同步電源。
太陽能電池組為多晶硅或單晶硅，是由高效晶體硅太陽能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁合金邊框組成。
其規格如下：
| 組件尺寸(L*W*H) | 1650*992*35mm |
| 最佳功率 | 260W |
| 最佳工作電壓 | 32.05±0.5V |
| 最佳工作電流 | 8.72±0.10A |
| 短路電流 | 8.85±0.10A |
| 開路電壓 | 42±0.5V |
1、抗鹽霧和氨腐蝕等國際權威測試；
2、可承受風壓2400Pa,雪壓7200Pa；
3、優秀的弱光環境發電性能，陰天也能發電；
4、輸出功率年衰減率小于0.7%，第25年不低于組件初始功率的80.70%
1. 組件型號：BY260P-29b 多晶
2. 最大功率（W）：260
3. 開路電壓（V）：35.9
4. 短路電流（A）：7.27
5. 最大功率點的工作電壓（V）：28.1
6. 最大功率點的工作電流（Ａ）：6.7
7. 轉化效率：17.12%
8. 開路電壓溫度系數：-0.292%/K
9. 短路電流溫度系數：+0.045%/K
10. 功率溫度系統：-0.408%/K
11. 最大系統電壓（V）：1000
12. 組件尺寸（長×寬×高）：1640×992×40mm
13. 重量：19.1kg
14. 框架：陽極氧化鋁
15. 玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
16. 電池片封裝：EVA
17. 背板：復合薄膜
18. 太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）
19. 接線盒
1) 6個旁路二極管
2) 絕緣材料：PPO
3) 防水等級：IP65
Ø 連接器
1) 常規額定電流：30A
2) 耐電壓：DC1000V
3) 接觸電阻：<2mΩ
4) 絕緣電阻：＞500MΩ
5) 適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
6) 電纜外徑范圍：Φ5mm～Φ 7mm
7) 環境溫度：-40℃～+ 105℃
8) 防護等級：IP67
9) 安全等級：Ⅱ
10) 殼體：PC料，黑色
11) 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
12) 接線方式：壓接 MC4
20. 電 纜
1) 長度：450mm,
2) 規格：1×4mm²
3) 顏色：紅、黑
Ø 溫度范圍系數：-40°C to+85°C
Ø 抗冰雹系數：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
Ø 最大表面負荷：7200pa