太阳能pv -风能混合发电系统

J.Godson¹, M。Karthick², T。Muthukrishnan^3., M.S.Sivagamasundari⁴

最后一年UG学生，EEE,V V工程学院，Tisaiyanvilai, Tirunelveli，印度
印度蒂鲁纳韦利蒂赛延维莱市V V工程学院电子电气工程系助理教授

摘要

可再生能源，即太阳能、风能、生物质能、水电、地热和海洋资源产生的能源被认为是产生清洁能源的技术选择。但太阳能和风能产生的能量远低于化石燃料的产量，然而，利用光伏电池和风力涡轮机发电在近年来迅速增长。本文介绍了利用太阳能和风能中的可再生能源发电的太阳能-风能混合发电系统。系统控制主要依靠单片机。它确保了资源的最佳利用，从而提高了与单个生产模式相比的效率。此外，它还提高了可靠性，减少了对单个源的依赖。这种太阳能-风能混合发电系统既适用于工业，也适用于家庭。

关键字

太阳能，风能，可再生能源，光伏电池，混合动力系统

介绍

我们都知道，世界正面临着化石燃料储量快速枯竭的重大威胁。目前大部分的能源需求是由化石发电厂和核电厂来满足的。一小部分由可再生能源技术满足，如风能、太阳能、生物质能、地热等。不久我们就会面临严重的燃料短缺。根据能量守恒定律，“能量既不能被创造，也不能被毁灭，它只能从一种形式转化为另一种形式”。现在的大部分研究都是关于如何节约能源和如何更好地利用能源。研究还包括开发可靠和强大的系统，以利用非传统能源的能源。其中，风能和太阳能在过去10年经历了非常快速的增长。两者都是无污染的丰富能源。

印度经济高速增长，人口占世界的17%以上，是能源资源的重要消费国。尽管全球金融危机，印度的能源需求仍在持续增长。与中国、日本和俄罗斯相比，印度在住宅、商业和农业方面消耗的能源最多太阳能是来自太阳的能量。可再生、取之不尽、无污染。太阳能充电电池系统可以全天候24小时供电，不受恶劣天气影响。根据有关的地理位置采用适当的技术，我们可以从太阳辐射中提取大量的能量。太阳能被认为是最有前途的替代能源。全球对传统化石燃料的寻找和成本的上升，使得电力产品的供需几乎不可能，尤其是在一些偏远地区。通常用来替代传统电力供应系统的发电机只在一天的特定时间内运行，如果要用于商业目的，为它们提供燃料的成本越来越高。

风能是与大气空气运动有关的动能。数百年来，它一直被用于航海、研磨谷物和灌溉。风能系统将这种动能转化为更有用的动力形式。用于灌溉和碾磨的风能系统自古以来就在使用，在20世纪初，它被用于发电。许多国家已经安装了用于抽水的风车，特别是在农村地区。风力发电机将风力中的能量转化为机械能，直接用于磨削等，或进一步转化为电能发电。风力涡轮机可以单独使用，也可以被称为“风力发电场”的集群使用。

人们越来越意识到，光伏系统和风力发电等可再生能源在拯救这种情况方面发挥着重要作用。混合动力系统由可再生能源(如风力发电机、太阳能等)和充电电池的组合组成，并考虑到当地的地理位置和安装地点的其他细节，提供电力以满足能源需求。这些类型的系统没有连接到主要的公用电网。它们也可用于独立应用程序，并独立可靠地运行。这些类型的系统的最佳应用是在偏远的地方，如农村，电信等。混合动力系统的重要性已经增长，因为它们似乎是清洁和分布式能源生产的正确解决方案本文介绍了太阳能-风能混合动力系统，该系统利用太阳能和风能中的可再生能源，根据使用地点的需要，为私人住宅、农舍、小公司、教育机构或公寓产生和供应电力。

太阳风混合能源系统

太阳能-风能混合动力发电系统是由风电场和太阳能板组合而成的发电系统。它还包括一个电池，用于存储从两个来源产生的能量。该系统可实现有风源时风力发电和有光辐射时光伏组件发电。当两个电源都可用时，两个机组都可以发电。通过提供电池不间断的电力供应是可能的，当两个来源都是空闲的。

图1。显示了混合风能太阳能系统的功能框图。风磨产生的电力是交流电压，通过交直流整流器进行转换。一种特殊类型的变换器用于通过MOSFET开关进行升压或降压，称为“SEPIC”变换器。对于太阳能系统，采用cuk转换器进行调节。该方案采用微控制器，定时参考电源的运行情况，开关相应的变流器，通过变流器馈电给蓄电池或负载。逆变器的输出与负载相连，之后电压由变压器升高。驱动电路用于为转换器的MOSFET提供栅极信号。

实施混合能源系统

能源资源的间歇性和能源资源的不平衡是安装混合能源供应系统的最重要原因。太阳能光伏风力混合动力系统适用于阳光和风力有季节变化的条件由于风不是一整天都在吹，太阳也不是一整天都在照耀，使用单一的光源将不是一个合适的选择。将风能和太阳能结合起来，并储存在电池中，这是一种更可靠、更现实的能源。即使在没有太阳或风的情况下，也可以使用电池中储存的能量为负载供电。混合动力系统通常是为了设计成本最低、可靠性最高的系统而设计的。太阳能光伏电池的高成本使得它不适合大容量的设计。这就是风力涡轮机进入画面的地方，其主要特点是与光伏电池相比成本低廉。需要电池系统来储存白天产生的太阳能和风能。在夜间，风的存在是一个额外的优势，它增加了系统的可靠性。 In the monsoon seasons, the effect of sun is less at the site and thus it is apt to use a hybrid wind solar system. The system components are as follows.

1.光伏太阳能

太阳能电池板是将太阳能转化为电能的介质。太阳能电池板可以直接转换能量，也可以用感应能量加热水。光伏电池是由半导体结构组成的，就像计算机技术一样。太阳射线被这种材料吸收，电子从原子中释放出来，这种释放就产生了电流。光伏发电被称为吸收辐射和感应电流之间的过程。太阳能是通过一个叫做光电效应的普遍原理转化为电能的。太阳能电池阵列或电池板由适当数量的太阳能电池模块根据所需的电流和电压串联或并联组成。

2.风力发电

风能是一种可再生能源。风力涡轮机是用来将风能转化为电能的。涡轮内部的发电机将机械能转化为电能。风力涡轮机系统的范围从50W到3-4兆瓦。风力发电机产生的能量取决于作用在风力发电机上的风速。风力发电能够同时满足农村地区的能源生产和需求。它被用来运行风车，风车反过来驱动风力发电机或风力涡轮机发电

3.电池

系统中的电池可以储存风能或太阳能产生的电力。任何需要的容量都可以通过电池的串联或并联来获得。在太阳能和风力发电系统中提供最有利的操作的电池是免维护的干式电池，并利用特殊的电解质。这些电池为长时间放电提供了完美的性能

4.逆变器

存储在电池中的能量由电力负载通过逆变器提取，逆变器将直流电源转换为交流电源。逆变器具有内置保护短路，反极性，低电池电压和过载。

5.单片机

微控制器比较两个电源系统的输入，并将信号传递给特定的继电器，为直流电池充电。直流电压由逆变电路转换成交流电源。MOSFET (irf540)连接到中心抽头变压器的次级。通过MOSFET的交替触发，一次绕组的电流流量也是交替的，从而得到变压器一次绕组的交流电源。

根据环境条件的不同，系统所需的能量可以从风能或太阳能系统中单独提供，也可以同时使用这两种资源，如图2所示。

实验装置

太阳能光伏风能混合能源系统硬件实现，输出馈电负载如图3所示。在实现的系统中测量来自风力涡轮机、太阳能电池板、电池组和负载的电流和电压值。计算每个模块的生产和功耗。

太阳能-光伏风能混合动力规格如下。

PV阵列功率= 20瓦

风力机/发电机= 3w

系统电压= 48V

= 12 v电池

逆变器额定(VA) 25

输出交流波形形成正弦波

输出交流电压(Vnom)，±10% = 230v /AC

输出交流频率，赫兹，±0.5% = 50hz。

结论

在目前的工作中，实现了太阳能光伏风能混合能源系统。私人住宅、农舍、小公司、教育机构或公寓的部分能源需求，取决于使用地点的需要，已由风能和太阳能产生的电力提供。它减少了对单一数据源的依赖，提高了可靠性。因此，我们可以提高系统的效率，相对于他们单独的产生模式。

参考文献

Arjun A. K.， Athul S.， Mohamed Ayub, Neethu Ramesh, Anith Krishnan，“微型混合动力系统-可行性研究”，清洁能源技术杂志，第1卷，第1期，2013年1月，第27-32页。
王晓明，王晓明，“光伏-风电混合发电系统的研究与应用”，电力工程学报，vol . 32,No.1,2012,pp10-15
N.Sivaramakrishna & Ch.Kasi Ramakrishna Reddy，“结合太阳能-风能和改良太阳能电池板的混合发电”国际工程趋势与技术杂志(IJETT) -第4卷第5期- 2013年5月，pp1414-1417。
王晓峰，王晓峰，王晓峰，“太阳能-风能混合动力系统的设计与实现”，太阳能学报，2010pp29-33。
http://en.wikipedia.org/wiki/solar_power
www.Hybrid太阳能风能。htm