太阳能辅助能源集成技术及应用

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1、太阳能辅助能源集成技术及应用谢建吴彤龚彪赵正德（云南师范大学能源与环境科学学院，云南，昆明，650092）摘要：随着社会经济发展对能源需求的不断剧增，以及住宅消费和人们对生活品质要求不断提高，低能耗并能与建筑良好结合的热水系统，已经成为寻求的一种商品。本文主要对两种太阳能辅助能源集成技术的应用模式——风光互补太阳能电源系统和太阳能热泵多能源系统技术集成原理进行了分析，针对不同气候条件，发挥系统多能源集成技术优势，提高系统运行可靠性和工作效率，降低系统能耗等问题进行了探讨。关键词：太阳能风光互补热泵辅助能源集成技术0引言随着我国经济的飞速发展，人民生活水平不断提高

2、，人们对住房居住条件以及建筑节能环保要求越来越高。而建筑是我国耗能大户，我国建筑能耗在社会总能耗中所占的比列已达30%，全国每年建筑能耗约为1.3亿～1.8亿吨标准煤[1]。新能源和可再生能源系统的应用，对节能环保起到了重要的作用，但对于普通太阳能应用系统的，由于存在效率和能源转换受天气情况影响大，能源的可靠性及安全性等问题有待进一步研究和审视。开发和利用新能源(可再生能源和无污染绿色能源)以及改善能源综合利用技术，已是迫切需要解决的重要问题。人类可利用的新能源，如太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等能源形式受到高度的关注。但从能源的稳定性、可持久性、数量、设备

3、成本、利用条件等诸多因素考虑，太阳能仍然是最为理想的可再生能源和无污染能源。太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形式，已经在各领域得到广泛应用，但由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。风能由于其储量巨大，使用无污染以及可再生等特点，已经得到广泛地利

4、用，现在对于风能的利用主要集中在风力发电方向。但是在一些地区风力发电经济性不足，许多地区的风力有间歇性，风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置10，作为节能技术具有独特的优势。空气源热泵是以空气作为热源，通过输入一定量的高品位能源（电能），实现低品位热能向高品位热能转移的热泵装置。但是，在天气寒冷的冬季，空气源热泵无法高效可靠地运行。其它的电加热、燃煤、燃气加热、生物能、地热能等技术也在建筑节能的太阳能辅助能源系统中得到应用。上述主要介绍的太阳能、风能和热泵各有优缺点，但如果将其以合理的方式结合

5、使用，集成为风光互补系统和太阳能—空气源热泵系统，不但可以避免太阳能和风能在天气以及地理环境方面的限制，解决了热泵在较寒冷冬季的低效问题，同时提高系统稳定性和使用效率。彼此取长补短，发挥各自的优势，在实际应用中将比使用单一能源系统更加具有竞争优势。1太阳能风光互补系统1.1风光互补太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。太阳能与风能在时间上和季节上都有很强的互补性：白天太阳光照好、风小，晚上无光照、风较强；夏季太阳光照强度大而风小，冬季太阳光照强度弱而风大。这种互补性使风光并网发电系统在资源上具有最佳的匹配性，对实现连续、稳定发电提供了较好的解

6、决方案。风光互补发电系统可根据用户用电负荷和自然资源条件进行最佳的合理配置，既可保证系统的可靠性，又能降低发电成本，满足用户用电需求，是当前较为合理、可靠、安全、经济性和环保性好的供电系统。1.2太阳能风光互补系统1.2.1太阳能风光互补系统组成风光互补发电系统由太阳能电池、风力发电机组、控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成，有的系统还配置柴油发电机组。其中光电系统和风电系统把太阳能和风能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充放电，最后通过逆变器对用电负荷供电。该系统的优点是太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷，提高了供电

7、可靠性高，运行维护成本低。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，可降低风光互补发电系统的造价。典型风光互补（可增加柴油发电）发电系统结构见图１所示。10图1.风光互补系统结构图1.2.2太阳能风光互补系统工作原理　太阳能风光互补系统是基于太阳能光伏发电技术和风力发电技术上的一种多能源结合互补系统，充分发挥太阳能和风力资源的优势和互补性。在阳光充足的晴天，由太阳能电池工作，将太阳能转化为电能，经过控制器向系统蓄电池充电，控制器再控制蓄电池向负载供电。在风力资源也比较丰富的去，当风速达到凤力发电机起动风速后，风机开始转动，带动风力发电机发电。由控制器

8、输出电能供给负载以及给蓄