风和太阳能技术特性分析外文翻译资料

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

风和太阳能技术特性分析

光伏发电

管俊鼎1，滕龙2，海滨兰1，阎柳3，王静1

1北京信息技术研究所信息重点实验室，北京

2北京理工大学信息与电子学院，北京，中国

3中国西安第二炮兵工程大学理学院

电邮：guanjunding@163.com

收到2013年8月

摘要：

中国大部分电力来自煤电水电。中国已经进口了近一半的石油。对电力短缺和空气污染的担忧，更是迫切需要改变替代方案技术和可再生能源。在可再生能源中，风力发电和太阳能光伏发电都是在中国发挥关键作用，是增长最快的发电技术。所以本文着重于他们并分析其相应的技术特性。首先，风力转化动能用风力发电的风力。因此，描述了风力涡轮机的基本部件。风速是风能的重要因素。因此分析了风速的特征，并计算了风能。二，讨论太阳能光伏发电的技术性能，包括光伏电池和模块，电池，逆变器和光伏控制器。还分析和计算了光伏能量。第三，介绍了风力发电和太阳能光伏发电的精神影响。最后得出相关结论。

关键词：风力发电;太阳能光伏发电;技术性能环境影响

1. 介绍

严重的环境污染问题造成化石燃料，风力和太阳能光伏发电已经成为两个最有吸引力的清洁技术 - 他们计划是主要的来源未来电力需求[1]。风光和太阳能光伏电能已经得到广泛的兴趣，而且它们是最成熟和最具成本效益的资源在不同之间可再生能源技术[2]。风力发电是可再生能源的来源来自流过地球表面的气流。太阳能光伏发电来自阳光，充满地球表面。他们是负担得起的，可怜的由于风和阳光是自由的，可见，风力和太阳能光伏发电的价格是稳定，这不同于电化石燃料他们的来源取决于价格昂贵的燃料并可能有很大差异。不过，主修风和太阳能光伏发电的挑战就是这样他们是间歇性的电源，因为风不总是吹，有时没有阳光。

图1显示了风力发电的间歇性质，存在严重的环境污染问题造成化石燃料，风力和太阳能光伏发电已经成为两个最有吸引力的清洁技术 - 他们计划是主要的来源。

由于风的间歇特性太阳能光伏发电，导致变化，风能和太阳能来源的可预测性和不确定性。因此，风力和太阳能设施的整合电网是电力系统的重大挑战，整合时会引起一些问题。大量的风力和太阳能光伏电力进入现有电网。 这种一体化具有重要意义，不利于最佳潮流，传输拥塞，电源质量问题，系统稳定性，负载补丁等[4,5]。 所以，为了分析影响电力系统规划和运行深度，技术风能和太阳能光伏发电的特性必须是考虑了 这是本文的目的。 书面上的分析和研究相应的技术性能，包括风力发电机，风速，风力发电和能源，光伏电池和模块，提供光伏控制器和能源分析依据和参考进一步研究电力系统包含风力和太阳能发电。

1. 风力发电技术性能

2.1 风力发电机

风力涡轮机是转换动力学的机器能量从风到机械能[6]，如图所示然后将机械能转化为电力。现代风力发电机是一个复杂的具有空气动力学设计的转子的机器高效发电，传输和调节 - 组件[7,8]。其尺寸范围从几瓦到几百瓦。今天的大部分商业广告机器是横轴风力发电机三台叶片转子。以下简要介绍一些风力发电机组的主要部件。

bull;转子/叶片：刀片与轮毂一起称为转子。转子驱动发电机利用风中的动能。刀片是空气动力学的，以最好地捕获风。风力发电机能够捕获的能量与转子扫掠面积成正比。

bull;发电机/发电机：它是生产的部分电能从捕获的动能转子。发电机产生直流电源，交流发电机产生交流电源，具体取决于应用为涡轮机。

bull;机舱：保护必需品的房屋涡轮机动部件。

bull;齿轮箱：用于10kW以上的大多数涡轮机将转子速度与发电机转速相匹配。

风力发电机的功率曲线是一个图表代表不同风力下的涡轮机输出功速度[9]。它通常由涡轮机的制造商提供。图3示出了风力涡轮机的示例

功率曲线。值得注意的是输出功率为零速度从0到2.5米/秒。这是因为没有足够的动能在风中移动风涡轮转子。通常制造商提供技术数据表，其中启动风速给出涡轮机。一般较低的启动风速导致来自涡轮机的更高的能量。一些功率曲线信息的倍数可以在a中显示表格式。一些制造商提供确切的功率值在不同的风速，并呈现在一个表。然后通过绘制表获得功率曲线。

图1.风力发电间歇性质图

图2.风力涡轮机示意图。

2.2. 风速

没有其他因素对风量更重要风力发电机的风力比风速可用。因为风中的功率是风速的立方函数，速度变化对电力产生了显着的影响。

加倍风速不会使电力倍增可用它增加了八倍。风速随时间而变化。 风速因地而异分，小时，日，季，甚至年。 它受到天气系统，当地的地形及其影响高度高于地面。平均速度是由平均水平以上的风组成。平方风的立方体总是小于平均风速立方体。使用平均值一年的风速在功率方程式中不会给出正确的结果。这是风速高于平均水平，贡献最大的功率。

由于风速变化，所以必须抓住这一点用于预测能源产量的模型的变化， 它通常使用概率函数来完成，在一段时间内刻划风速。 变化风速最好用大概密度函数来描述，（PDF）[10]，如等式（1）所示。 使用PDF模拟风速变化。 它提供事件在两个端点之间发生的可能性。任何两个速度之间的曲线下面积更大比零将等于风吹的概率在这两个速度之间的某个地方。

图3.风力功率曲线示意图

其中v表示在这种情况下的风速，alpha;是形状因子和theta;是比例因子。 对于给定的平均值风速，较小的形状因子表示相对风速分布平均分布广，而更大的整形因子表示相对较窄风速分布平均。计算的风速包括两种类型，即算术平均风速和立方根立方速度[11]。算术平均风速是正常的称为平均风速。 它是由：其中f（v）是Weibull PDF，v是数据向量测量风速，v min是测得的最小值风速和v max是最大测量风速度。使用算术平均风速趋向于不变，重新调整电力生产。 立方根立方体风速产生更好的实际估计电力生产。 找到立方根立方体的平均值速度，风速的数据向量提升到立方体并乘以PDF。 该函数集成在v min和v max之间。然后升至立方根。 结果是立方根立方体平均速度，其定义为：

（3）

同样，其中f（v）是Weibull PDF，v是数据测量风速矢量，v min是最小值测得的风速和v max是测得的最大值风速。

2.3. 风力和能源

风力是空气密度的函数，呼吸风和风速[12]。 它是计算的如下：其中P是瓦特的输出功率，ε是空气密度以kg / m 3为单位，S是风过的m 2的面积，v风速是m / s。风能是一段时间的力量。

能量生成可以用幂等式（4）代入平均风速值。然后将等式（4）乘以周期的小时数，能量如下所示获得：其中E是Wh的总能量，H是小时，D是天数，变量v可以是算术平均风速度或立方根立方体风速，但使用立方根立方风速度较好平均风速比算术平均风速。

1. 太阳能光伏技术性能功率

3.1.光伏电池和模块

光伏电池由半导体材料构成，即，硅，目前是最常用的[13]。光伏电池具有可以强制的电场电子沿某一方向流动。流动的电子是流，可以从外部使用。由于取决于太阳能资源的行为，光伏电池产生的电力是间歇性的。所使用的技术是模块化的，因为它可以是连接到预先安装的光伏面板，如图4所示，并单独更换。光伏电池的效率随着温度的升高而降低。光伏板直接反应到阳光下天气变化的机会可能阻挡阳光，如云，雨和沙尘暴。光伏组件由互连组成光伏电池。模块中的单元格以设计的配置连接在一起以实现有用的电流和电压。并联连接的电池增加电流输出，而电池连接串联增加电压输出。几组连接在一起的光伏模块称为太阳能数组。

3.2. 电池

电池是存储直流电能的装置电化学形式供以后使用[14]。由于不是全部电池可充电，它们分为两类。第一类不能充电，只能将化学能转化为电能。第二可以充电。因为能量在那里丢失了充电或充电期间的化学反应电池的转换效率并不完美。内部组件包括正负电极板[15]。电池的寿命是直接的与电池循环的程度有关。卸货深度是指可以使用多少容量电池。大多数系统设计用于定期排放高达40 - 80％。温度会影响电池的性能。电池的容量在较高的温度下会升高，而在较低的温度下则会降低。电池寿命将在较低温度下升高，降低

较高的温度。等式（6）描述了如何计算的数量电池串联连接达到要求的电压由系统。其中V DC是直流系统电压（伏特），V B是电池电压（伏特）。公式（7）描述了如何计算出数量电池并联连接达到安培小时系统要求。 C R是所需的电池银行容量（Ah），C S是所选电池的容量可以获得所需的电池总数通过将数字乘以数字如等式（8）所示。

3.3. 逆变器

逆变器将直流电能转换成交流电电能，然后可以用于操作AC像大多数家用电器插座的设备[16]。正常输出交流波形变频器为频率为50/60 Hz的正弦波。逆变器有三种不同的类别，即并网电池少，电池与电池相连备份和独立。最流行的逆变器是并网电池少。这些逆变器直接连接公用事业，使用公用电源作为蓄电池。当阳光照耀时，电力来自于光伏通过逆变器。如果光伏阵列生产的功率比使用更多，超出售出公用电力公司通过电表。逆变器尺寸包括计算光伏系统所需的逆变器数量。选择变频器时，必须具有与变频器相同的直流电压直流电压和交流电压和频率相等和效用价值。公式（9）描述了如何计算数量逆变器需要。其中P L表示最大值连续供电负载家庭消耗，P I是变频器提供的最大功率。

3.4.光伏控制器

光伏控制器用作电压调节器。其主要功能是防止电池出现多收费当电池充满电时，控制器将停止或减少电流量流入电池。控制器范围从95％到98％。如果需要高电流，则两个或多个控制器可以使用。当使用多个控制器时，有必要将阵列分成子阵列。每个子阵列都连接到同一个电池组中。光伏控制器包含五种不同的类型，即分路控制器，单级串联控制器，分流控制器，脉宽调制控制器和最大值电源点跟踪控制器。最大功率点跟踪控制器是目前光伏系统最好的。它允许控制器在全天追踪阵列的最大功率点，将最大的可用太阳能传递给系统。在最大功率点跟踪控制器之前可用，阵列电压将被拉低充电时略高于电池电压。选择控制器时必须确保→确保输出电压额定值等于标称电池电压，也是最大的光伏电压应该

小于最大控制器额定电压。

3.5.光伏能源

通常使用小时平均太阳辐射值计算生成的光伏能量（kWh）在一个特定的地点一年，如等式（10）所示。其中E Y是年度预期的光伏能源在给定地点的生产（kWh），P PM（R AVE）是平均小时太阳能的光伏模块输出功率辐射（R AVE），T PM（R AVE）是太阳击中的时间R AVE的光伏组件，365的产品是每天更改为年度数量。

3.6. 风和太阳能光伏发电的环境影响

风力发电对环境的影响相对较大小。 运营阶段对野生动物的影响与风力发电机的噪声有关。 由于权力与风电场相关的线路，可能会导致电磁辐射或可能的森林火灾。 对于海上风电场的影响是渔业，导航和对海洋生物的影响。 电源线埋在海床下可能会对可破坏的生态系统产生影响。 如果离岸风电场靠近岸边，他们可能会对鸟类产生影响。太阳能的环境影响的第一个方面当其组件安装时，光伏发电是关于美观的。 光伏板可能占有一些空间，例如建筑物屋顶，道路和铁路边缘。影响的第二个方面与光伏电池生产。 在生产过程中过程和安排阶段，使用一些对环境有害的有毒物质。

1. 结论

风能转化了风中的动能利用风力发电机进入可用电力。风

涡轮机基本上由塔底组成，三部分组成刀片和中间轮毂上的发电机，其中叶片的运动通过手段转换成电的电感。功率曲线的优点在于它包括风力发电机的效率。风速是一个风能相当重要的元素。由威布尔可能密度函数（PDF），风速变化可以准确描述。结合威布尔PDF，算术平均风速和可以导出和计算立方根立方体风速。基于获得的风速，风力和能量可以计算。太阳能光伏发电发电阳光辐射。当阳光照射光伏时电池，产生直流电。光伏组件由互连的光伏电池组成。为了增加电压和电流输出，光伏电池分别串联和并联。对于

存储直流电能供以后使用，电池是必需的。电池的特点可能受到影响温度。电池的寿命直接关系到它有多深。将直流电能转换成交流电能用于交流设备运行，变频器必须提供。并网电池类型较少常用于某些逆变器类型。光电控制器作为电压调节器的作用防止电池过充电。为了计算给定地点的光伏能量，使用小时平均太阳辐射值。

从这些衍生的技术性能，分析可以提供基础和参考，供进一步研究

电力系统包括风力和太阳能光伏功率。

5.致谢

这项工作得到第五十二届总统的财政支持中国博士后科学基金项目

（2012M521837）

参考文献

[1] G. Jose，“可再生能源的案例”，专题

国际会议背景文件

可再生能源，德国波恩，2004年。

[2] J. Martin，“可再生能源技术学习”

发展“博士论文，乌得勒支大学，乌得勒支，

2005年。

[3] M.Patel，“风和太阳能发电系统”第2版，

泰勒＆弗朗西斯，2006年。

[4] M. S. Lu，C.L Chang和W.J.Lee，“Impact of Wind”

一代传输系统，“Proceedings of

电力研讨

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[25819]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word