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温室大棚风能、太阳能互补供电系统设计

来源:北方温室大棚建设 时间:2014-02-14 点击:

随着温室大棚设施农业技术不断发展,近年来,我们在全国各地建设了不少的智能温室,其中不少采用太阳能作为新能源为温室大棚供电,提高温室了的技术含量和性能。现在,我们设计了一套温室大棚风能、太阳能相结合又互补的供电系统,大大提高了温室大棚性能。

        温室大棚用风光互补供电系统主要有以下特点:(1)白天夜晚资源互补,自天太阳光强,夜晚风大;(2)季节互补,北方夏天白天时间长,太阳能好,夏季风小,而冬季风大日照时间短,刚好互补;(3)晴天与阴天互补,晴天太阳能好,阴雨天一般有风,风能好。风光互补供电系统对自然资源的利用率明显高于单用太阳能、风能供电系统,可使蓄电池容量配置降低,可大大减少太阳能板的使用,从而更科学、经济、实用。
  
 一、供电系统工作流程      
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                       我们施工建设的 顶部覆盖太阳能光伏板的智能温室大棚
         温室大棚供电系统主要设计由风光互补进行供电。当晴天时由太阳能供电,晚上或有风的时候由风力发电机发电,同时给蓄电池充电。太阳能和风力发电机都不工作时系统由蓄电池储存的电能供电。值得注意的是风光互补系统产生的电能都是不稳定的直流电,因此有不必要进行稳压后进行逆变,逆变输出后在给温室大棚各个系统供电,而对于需要直流电源供电的控制器可以直接从绿色能源经稳压后引入或直接从蓄电池引入,备用电源则需整理降压后才能给温室大棚系统供电。整个供电系统的电源稳定性高,不会出现电力不稳定使控制系统误动作甚至不动作的现象。对于太阳能供电系统理论上要求蓄电池的工作时间要大于该地区的最长连续阴雨天。以福州为例,福州10年来的最长连续阴雨天为20天,因此选择蓄电池的工作时间要大于20天。而对于采用市电作为备用电源的供电系统,蓄电池选择2-3天的供电时间即可,这样能够减少蓄电池的容量,减少投资。当蓄电池充分放电后,若检测此时的太阳能电池板和风力发电机仍然无法工作时,则自动切换备用的市电进行供电。
供电系统工作流程如图:
           温室大棚风能、太阳能结合互补供电系统工作流程图
          图:温室大棚风能、太阳能结合互补供电系统工作流程图
 
           温室大棚太阳能供电示意图
          图:温室大棚太阳能供电示意图
         如图,以太阳能发电来简要介绍风光互补系统发电的原理:太阳能电池板吸收太阳能,将太阳能转化为电能储存在蓄电池里,蓄电池输出电压经过升压电路后输出,输出的直流电通过桥式逆变,输出220V的交流电,供电给温室大棚的控制器。当夜晚或有风的阴雨天时,则切换风力发电机发电,其发电原理与太阳能发电原理一致。
         二、系统选择与放置
        这里介绍典型的太阳能风能互补供电系统太阳能板与风力发电机的选择计算方法:
        设有一平均用电功率为500W的小型温室大棚,设备安放地点在北纬25度东经118度(福建地区),当地的有效日照为3小时,平均风速为3米每秒,连续阴雨天为10天,采用太阳能发电与风力发电量为3:7的经济配比,则:
        温室大棚每天耗电量为500X24小时=12000WH,太阳能发电量为12000X30%=3600WH,风力发电量为12000X70%=8400WH。
        若配备12V120W的太阳能电池板N片,则由NX120X3=3600,得需太阳能电池板N=1O片。将12片12V的电池板接成48V的使用,即4串3并。 .
        设需要X台800瓦风力发电机,则XX800X(3/12)X24=8400,得X=1.75台,取X=2台。
         对于不间断用电的普通温室大棚,可以选用48V的蓄电池,蓄电池的供电时间为2天。因温室大棚供电系统要求24小时不间断的供电,考虑保护蓄电池,则蓄电池按60%放电,此时蓄电池应选取(12000/48)X24X2+0.6=20000AH,,此时需选用200个12V100AH的蓄电池按4串50并组成48V20000AH的蓄电池供电系统。
          太阳能电池板主要由多晶硅板,其选择应与负载的大小有关,2008年每瓦大约要30-40元,今年则仅需20元每瓦。若选取瓦数为120W的太阳能板,这每片要2000元左右。但是按照批量生产来算1200W左古的温室大棚太阳能电池板的投资仅1-2万左右。
          太阳能电池板的安放:太阳能电池板安放形式有跟踪式、聚焦式和平板式。跟踪式维护较麻烦,但要求蓄电池的容量可以小;聚焦式是利用凹镜的原理聚焦,其效率高,但成本也相对较高;平板式是太阳能电池板以地面成一定角度,固定放置的一种安放形式。其安放按照经验放置:以北半球为例,太阳能电池板放置朝正南方向,角度为当地纬度加10度。若在福州安放其电池板的放置角度为35度,而在北京地区其安放角度为45度。
        北方温室大棚建设网总结:
       随着科技的进步,太阳能电池板和发电机的性能都将会有所提高,而生产成本也必然随之降低,可以看出绿色能源应用于农业工程的前景十分广阔,充分利用绿色能源有助于缓解日益严峻的能源危机。对于应用风光互补的智能温室大棚,虽然以目前的技术绿色能源的利用率不高,太阳能光伏电池价格较高,风力发电机的价格也较高,且绿色能源供电系统一次性投资很大,但总体上看在小负载的供电系统中应用这种绿色能源类产品已经接近了国民的消费水平。
      绿色能源及其他形式的能源应用于温室大棚设施农业工程中有以下特点:一次投资大但是从总体上看是经济性较好,适合于小负载的场合。此外,绿色能源的广泛应用为创造出一个清洁、干净、无污染的环境提供了一条很好的途径。
(作者:邱镇辉 王琳基 福建农林大学农业工程研究所)
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