一种基于光伏支架的微型风力发电机集成式风光互补发电系统的制作方法

本技术涉及太阳能发电，特别是涉及一种基于光伏支架的微型风力发电机集成式风光互补发电系统。

背景技术：

1、在全球对清洁能源需求日益增长的大背景下，太阳能光伏发电和风力发电作为可再生能源利用的重要形式，得到了广泛的研究与应用。目前，光伏发电系统已经相对成熟，其主要由光伏支架、太阳能电池板、逆变器等部分组成。光伏支架用于支撑太阳能电池板，使其以合适的角度接收阳光，将太阳能转化为电能。然而，光伏发电存在明显的局限性，它高度依赖光照条件，在夜间、阴天或者光照强度不足时，发电效率会大幅下降甚至停止发电，导致电力供应的间歇性和不稳定性。

2、风力发电则是利用风力带动风轮旋转，进而驱动发电机发电。传统的大型风力发电机通常安装在开阔的平原、山区或者海上，需要较大的安装空间和较高的建设成本。并且，大型风力发电机对风速和风向有一定要求，在风速较低或者风向不稳定的区域，发电效率会受到较大影响。

3、为了提高能源利用效率，实现能源的稳定供应，一些研究开始尝试将太阳能发电和风力发电进行结合，形成基于光伏支架的微型风力发电机集成式风光互补发电系统。但现有的风光互补系统大多是将大型风力发电机与光伏发电系统简单组合，存在诸多缺陷，具体如下：

4、 （1）空间利用不合理：大型风力发电机和光伏发电系统各自独立建设，需要占用大量的土地资源，存在结构复杂、占地面积大的缺陷，在土地资源日益紧张的情况下，这种布局方式限制了风光互补系统的大规模推广。

5、（2）相互干扰问题：风力发电设备和光伏发电设备在布局上缺乏合理规划，风力发电设备可能会对太阳能电池板的光照接收产生遮挡，影响光伏发电效率；反之，光伏设备也可能会干扰风力发电机周围的气流，降低风力发电效果；两者之间相互干扰，降低了各自的发电效率，无法实现真正意义上的高效互补。

6、（3）成本较高：大型风力发电机的建设、安装和维护成本都比较高，增加了整个风光互补系统的投资成本，使得其在经济上的可行性受到一定影响。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的问题，提供了一种基于光伏支架的微型风力发电机集成式基于光伏支架的微型风力发电机集成式风光互补发电系统，该系统在不影响光伏发电的前提下，充分利用光伏支架的空间，安装合适的风力发电设备，实现太阳能与风能的高效互补。

2、为了达到上述技术目的，本实用新型一种基于光伏支架的微型风力发电机集成式风光互补发电系统，所述风光互补发电系统包括光伏阵列、逆变器、微型风力发电机组和储能电池，所述光伏阵列包括光伏组件和光伏支架，所述光伏组件固定于光伏支架上，光伏组件通过直流电缆串联接入逆变器的mppt端口，光伏组件用于接收太阳能，产生直流电输送给逆变器，所述逆变器固定在光伏支架侧立柱上，所述逆变器出线接入电网，用于将光伏直流电转变成交流电接入电网；所述微型风力发电机组包括叶轮和微型风力发电机，所述叶轮安装在光伏支架前立柱中间，微型风力发电机在立柱外侧安装于叶轮轴端，所述微型风力发电机组出线电缆汇入逆变器出线端。

3、本实用新型进一步的技术方案：在逆变器出线端安装第一电流表；所述微型风力发电机组包括叶轮和微型风力发电机，所述叶轮安装在光伏支架前立柱中间，微型风力发电机在立柱外侧安装于叶轮轴端，所述微型风力发电机组出线电缆汇入逆变器出线，在微型风力发电机组出线上安装第二电流表，在微型风力发电机组出线与逆变器出线汇入点后侧的线路上安装第三电流表。

4、本实用新型较优的技术方案：所述储能电池固定在光伏支架侧立柱上，所述储能电池能切换充电模式和放电模式。

5、本实用新型较优的技术方案：所述所述叶轮包括中心转轴和分布在中心转轴上的多个叶片，所述中心转轴水平安装在光伏支架前侧支架上，并与光伏组件底端边缘平行。

6、本实用新型较优的技术方案：所述第一电流表、第二电流表和第三电流表均通过信号线与控制器连接，所述第一电流表用于测量逆变器出线电流，并将电流数据传送给控制器；所述第二电流表用于测量微型风力发电机组出线电流，并将电流数据传送给控制器；所述第三电流表用于测量微型风力发电机组出线与逆变器出线汇入点出线的电流，并将电流数据传送给控制器；所述储能电池安装在光伏支架上，控制器与储能电池通过信号线连接，储能电池接收控制器指令执行充电或者放电动作。

7、本实用新型较优的技术方案：所述储能电池的出线汇入微型风力发电机组的出线，并在汇入点后方的线路上安装开关，所述开关为电动开关，并用于接收控制器的指令执行闭合或者断开动作；所述控制器固定于光伏支架上；控制器按照预设逻辑控制储能电池充电和放电，控制开关闭合或者断开，补偿光伏阵列输出电流波动。

8、本发明中的控制器的控制逻辑包括夜间状态和白天状态；

9、在夜间状态下：光伏阵列不发电，微型风力发电机组发电，开关断开，储能电池储存微型风力发电机组所发电能；

10、在白天状态下：太阳升起时，光伏阵列接收太阳能，产生直流电，经逆变器转变成交流电输出至电网；风吹过时，微型风力发电机组发电并储存至储能电池内；在此过程中，控制器实时监测第一电流表的输出电流，并根据第一电流表任意t时刻的输出电流i1t与第一电流表数据比对阈值i1-阈值进行对比，所述第一电流表数据比对阈值i1-阈值为i1t及i1t之前的至少9个第一电流表数据的均值；

11、当i1t≧i1-阈值，控制器控制开关断开，储能电池充电，不对光伏阵列输入电网的电流进行补充；

12、当i1t＜i1-阈值，控制器控制开关闭合，储能电池放电，对光伏阵列输入电网的电流进行补偿。

13、本实用新型中的风轮具有多个叶片，这些叶片采用特殊的空气动力学设计，风轮与发电机的中心轴连接，当风轮在风力作用下转动时，带动发电机的输入轴旋转，从而使发电机产生电能。微型风力发电机通过打孔安装在前支架立柱上。叶轮左右两侧叶轮轴连接到发电机，通过叶轮转动发电，再通过电缆连接到储能以及逆变器上，当储能电量充满时可以将所发电量直接通过逆变器上网，当光照强度较弱时，储能系统将弥补光伏带来的发电量不足，保证微光下逆变器系统正常运行，避免因微光导致光伏电压低于逆变器启动值而造成的电量损失。同时，这种安装方式不会遮挡太阳能电池板接收阳光，保证了光伏发电的正常进行。

14、本实用新型中的电气系统包括逆变器、蓄电池和控制器。逆变器用于将太阳能电池板和微型风力发电机产生的直流电转换为交流电，以便接入电网或供用户使用；蓄电池用于存储多余的电能，在太阳能光照不足或风力较弱时，为负载提供持续的电力供应。控制器用于实时监测太阳能电池板和微型风力发电机的运行状态，包括发电功率、电压、电流等参数，以便及时发现并处理可能出现的故障。

15、本实用新型的有益效果：

16、（1）本实用新型通过将微型风力发电机集成到光伏支架系统中，实现了太阳能与风能的高效互补；在白天光照充足时，主要依靠太阳能电池板发电；在夜间或光照不足时，微型风力发电机可以利用风力继续发电，提高了系统的整体发电效率和稳定性，能源互补高效，减少了对单一能源的依赖。

17、（2）本实用新型将微型风力发电机安装在光伏组件底部的支架立柱上，充分利用了光伏支架的闲置空间，无需额外占用土地面积，提高了单位面积土地的能源产出，尤其适用于土地资源有限的地区，实现了空间利用最大化；同时避免了对太阳能电池板光照的遮挡，且微型风力发电机的安装位置不会影响太阳能电池板接收阳光，实现了太阳能与风能发电设备在空间上的合理布局；而且光伏支架系统也为微型风力发电机提供了稳定的支撑结构，两者相互独立又协同工作，避免了相互干扰。

18、（3）本实用新型风轮的特殊设计和可调节安装座的应用，使得微型风力发电机能够适应不同的风向和风速条件，提高了风力发电的效率和可靠性；并采用微型风力发电机代替传统的大型风力发电机，降低了设备的采购、安装和维护成本，提高了整个风光互补系统的经济可行性。