CN102878019A - 太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及降温控制方法 - Google Patents

太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及降温控制方法 Download PDF

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Abstract

一种太阳能热风风力发电混合光伏发电结构及降温控制方法,属于太阳能发电技术领域,其结构包括烟囱组合件、集热棚组合件、发电机组合件、底部组合件、水箱组合件。其降温控制方法是:(1)设定初始值;(2)采样比较;(3)Vw超过Ve,是,执行(4),否,调用MPPT,执行(6);(4)P大于Pe,是,接入电阻,执行(5),否,断开电阻,调用MPPT,执行(6);(5)Vw是否超过Vo,是,启动制动,执行(6),否,调用MPPT,执行(6);(6)采集Tp;(7)Tp小于Tx,是,程序停止,否,执行(8);(8)定时工作;(9)Tx超过Ts,是,执行(11),否,执行(10);(10)
Figure 2012103434408100004DEST_PATH_IMAGE002
超过
Figure 2012103434408100004DEST_PATH_IMAGE004
,是,减小T,返回(2),否,增加T,返回(2);(11)更换小水箱;(12)Tx超过Ts,是,执行(13);否,执行(2);(13)Tx都超过Ts,是,重新设定Ts,返回(2),否,返回(2)。

Description

太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及降温控制方法
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域,具体涉及一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构及降温控制方法。
背景技术
目前,国内外采用的太阳能热风风力发电的结构为烟囱式,它包括有安装发电机组合件的支架、安装在底座上包括有数据采集和控制模块、耗能电阻、制动装置的底部组合件、烟囱筒体、集热棚、蓄热层、顶端导流罩及铺在地基上的吸热膜,发电机组合件包括有底座、发电机、固定桨距角的风机叶片及轴承。主要运行原理是利用温室内的受热空气在重力作用下由于密度差而产生浮升力,烟囱的作用加大了***内外的压差,从而形成强烈的上升气流,该上升气流所受到的上升力由太阳辐射、空气和重力共同作用引起,称之为烟囱效应。当烟囱高度达到 300米时,太阳能热风风力发电***的最大能量转换效率达到 1%;当烟囱高度达到 1000米时,太阳能热风风力发电***的最大能量转换效率可超过3%;同时太阳能热风风力发电***的抽力、烟囱主流速度和温升温度升高随着集热棚半径的增大而显著增大。因此, 太阳能热风风力发电***有投资巨大、占地大、效率低等缺点。光伏发电***的输出效率受环境影响大,特别是随着光伏组件温度的升高,电能输出效率下降非常快,例如在50摄氏度时的光伏组件的输出效率与25摄氏度时相比下降20%~30%。因此降低光伏组件的温度可以提高光伏发电***输出效率。
发明内容
本发明目的是在原有太阳能热风风力发电结构基础上,通过与光伏发电相结合,并通过控制冷却水的流量,提高光伏发电***输出效率,可有效地克服现有太阳热风发电技术存在的输出效率低的缺点。
本发明是这样实现的,如图1所示,在太阳能热风风力发电结构基础上,包括有烟囱筒体1、烟囱顶端导流罩2、支架3构成的烟囱组合件、由风机叶片4、轴承5、发电机6构成的发电机组合件、由底座7、数据采集和控制模块8、耗能电阻9、制动装置10构成的底部组合件、由吸热模13、蓄热层14、集热棚19构成的集热棚组合件,其特征是在底部组合件中安装有光伏控制逆变器11,在集热棚19上面安装有装有温度传感器22的光伏组件21,在集热棚19下面安装有流水通道20,流水通道20的两端分别与装有温度传感器23、23'的左右提水通道17、17'和装有温度传感器24、24'的左右放水通道16、16'连接,左右提水通道17、17'和左右放水通道16、16'的下端分别与水箱组合件18连通,在左右提水通道17、17'的下端水箱内分别安装有左右水泵15、15'。
水箱组合件18的结构如图3所示,其特征是由隔热材料27分割成n个小水箱26、26'、26''、26'''、26''''、26'''''构成,水箱组合件18的上面通过n个上层可控流量的水龙头29、29'、29''、29'''、29''''、29'''''与上层流水通道25连通,下面通过n个下层可控流量的水龙头28、28'、28''、28'''、28''''、28'''''与下层流水通道30相连通。n为正整数。
本发明的降温控制方法如图4所示,特征是操作步骤如下: 
步骤一、根据太阳热风发电***采用的风力发电机的输出电压、电流及额定功率值,设定信号预设值表、切入风速、切出风速Vo和额定风速Ve,设定初始水箱水温Ts为25~30摄氏度,温度信号差                                                
Figure 936928DEST_PATH_IMAGE001
为0.2~2摄氏度,初始定时时间T为5~30分钟;关闭制动装置10;
步骤二、通过数据采集和控制模块8定时采样发电机6输出电压、电流、功率信号以下将此电压、电流、功率信号简称为“信号”,将采样值与设定值进行比较,确定太阳热风发电***达到的实际风速Vw;
步骤三、判断是否超过了太阳热风发电***设定的额定风速Ve,是,执行步骤四;否,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪MPPT控制策略,执行步骤六; 
步骤四、判断***输出功率P是否大于额定功率Pe,是,接入耗能电阻9,执行步骤五;否,断开耗能电阻9,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略,执行步骤六; 
步骤五、判断实际风速Vw是否超过了***设定的切出风速Vo,是,启动制动装置10,执行步骤六;否,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略,执行步骤六;
步骤六、采样光伏组件温度Tp;
步骤七、判断光伏组件温度是否小于小水箱水温Tx,是,打开所有上层和下层可控流量水龙头,水泵15、15'停止工作,程序停止;否,执行步骤八;
步骤八、定时打开下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头通过水泵15、15'和提水通道17将水提升到集热棚流水通道20;通过放水通道温度传感器24和提水通道温度传感器23定时采集并储存的水温信号,根据提水通道温度传感器23确定小水箱水温Tx;
步骤九、判断小水箱水温Tx是否超过了降温程序设定的初始水温Ts,是,执行步骤十一;否,执行步骤十; 
步骤十、判断两次采样温度差
Figure 628940DEST_PATH_IMAGE002
是否超过了降温程序设定的温度信号差,是,应减小初始定时时间T’=T-2,增加水流量,返回步骤二;否,应增加初始定时时间T’=T+2,减小水流量,返回步骤二;
步骤十一、关闭所选用小水箱的下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头的开关,打开另一个小水箱的下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头的开关;
步骤十二、判断是否小水箱水温Tx超过设定的初始水温Ts,是,执行步骤十三;否,执行步骤二;
步骤十三、判断是否所有小水箱水温Tx都超过设定的初始水温Ts,是,重新设定初始水温Ts’=Ts+5,返回步骤二,否,返回步骤二。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和积极效果:1与现有技术比较,由于太阳热风发电***的集热棚上安装了光伏组件,控制方法中采用了控制流过光伏组件的水流量降低光伏组件温度的方法,有效地提高了光伏发电***的输出效率;2结构简单、控制方便、成本低廉、性价比高。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为图1的俯视图;
图3为本发明中水箱组合件的结构示意图;
图4为本发明降温控制方法流程图(部分);
图5为本发明降温控制方法流程图(部分);
图4与图5组合成完整的流程图,图4中的a、b与图5中的a、b相对应。
图中:1—烟囱筒体,2—导流罩,3—支架,4—风机叶片,5—轴承,6—发电机,7-底座,8—数据采集和控制模块,9—耗能电阻,10—制动装置,11-光伏控制逆变器,12—太阳能热风风向,13—吸热膜,14—蓄热层,15、15'-左右水泵,16、16'—左右放水通道,17、17'—左右提水通道,18—水箱组合件,19—集热棚,20—流水通道,21—光伏组件,22—温度传感器,23—提水通道温度传感器,24—放水通道温度传感器,25—上层流水通道,26、26'、26''、26'''、26''''、26'''''—小水箱,27—隔热材料,28、28'、28''、28'''、28''''、28'''''—下层可控流量水龙头、29、29'、29''、29'''、29''''、29'''''—上层可控流量水龙头、30—下层流水通道。
具体实施方式
现以选定的发电机额定功率为500W,额定电压为50V,额定电流为10A,设定的切入风速为3m/s,切出风速为20m/s,额定风速为12m/s;组合部件18具体参数如下:单个小水箱容量为1立方米,有5个小水箱组成一个水箱组合部件,水泵额定功率为100W,额定电压为50V,额定电流为2A。
以实际风速为5m/s,实际环境温度为25摄氏度,光伏组件温度为35摄氏度,水温为18摄氏度为例,控制方法步骤为(1) 设定发电机额定功率为500W,额定电压为50V,额定电流为10A,设定风力发电***的切入风速为3m/s,切出风速为20m/s,额定风速为12m/s,初始水温Ts为30摄氏度,温度信号差为1摄氏度,定时为10分钟,关闭制动装置10,执行步骤(2);(2) 定时采样发电机输出电压为40V、电流为0.625A、功率值为25W,采集值与设定值比较,确定实际的风速为5m/s,执行步骤(3);(3)实际风速小于额定风速,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略,执行步骤 (6);(6)光伏组件温度为35摄氏度,执行步骤(7);(7)光伏组件温度高于水温,执行步骤(8);(8) 定时打开下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头通过水泵15、15'和提水通道17将水提升到集热棚流水通道20;采集并储存水温信号,确定小水箱水温为18.3摄氏度,执行步骤(9);(9)小水箱水温小于设定的初始水温,执行步骤(10);(10) 水温上升至小于设定的温度信号差时,增加定时时间为12分钟,降低水流量,返回步骤(2)。
其运行结果与现有技术比较为表1所示。
表1
Figure 827021DEST_PATH_IMAGE003
由此,可见本发明在环境温度较高的情况下可以降低光伏组件温度,提高***的输出功率。

Claims (3)

1.一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构,其特征是在太阳能热风风力发电结构基础上,包括有烟囱筒体(1)、烟囱顶端的导流罩(2)、支架(3)构成的烟囱组合件、由风机叶片(4)、轴承(5)、发电机(6)构成的发电机组合件、由底座(7)、数据采集和控制模块(8)、耗能电阻(9)、制动装置(10)构成的底部组合件、由吸热模(13)、蓄热层(14)、集热棚(19)构成的集热棚组合件,其特征是在底部组合件中安装有光伏控制逆变器(11),在集热棚(19)上面安装有装有温度传感器(22)的光伏组件(21),在集热棚(19)下面安装有流水通道(20),流水通道(20)的两端分别与装有温度传感器(23、23')的左右提水通道(17、17')和装有温度传感器(24、24')的左右放水通道(16、16')连接,左右提水通道(17、17')和左右放水通道(16、16')的下端分别与水箱组合件(18)连通,在左右提水通道(17、17')的下端水箱内分别安装有左右水泵(15、15')。
2.如权利要求1所述一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构,所述水箱组合件(18)的结构特征在于是由隔热材料(27)分割成n个小水箱(26、26'、26''、26'''、26''''、26''''')构成,水箱组合件(18)的上面通过n个上层可控流量的水龙头(29、29'、29''、29'''、29''''、29''''')与上层流水通道(25)连通,下面通过n个下层可控流量的水龙头(28、28'、28''、28'''、28''''、28''''')与下层流水通道(30)相连通,n为正整数。
3.如权利要求1或2所述一种太阳能热风风力发电结合光伏发电结构,其特征在于所述降温控制方的法操作步骤是:
步骤一、根据太阳热风发电***采用的风力发电机的输出电压、电流及额定功率值,设定信号预设值表、切入风速、切出风速Vo和额定风速Ve,设定初始水箱水温Ts为25~30摄氏度,温度信号差                                                
Figure 971095DEST_PATH_IMAGE002
为0.2~2摄氏度,初始定时时间T为5~30分钟;关闭制动装置10;
步骤二、通过数据采集和控制模块8定时采样发电机6输出电压、电流、功率信号(以下将此电压、电流、功率信号简称为“信号”),将采样值与设定值进行比较,确定太阳热风发电***达到的实际风速Vw;
步骤三、判断是否超过了太阳热风发电***设定的额定风速Ve,是,执行步骤四,否,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪(MPPT)控制策略,执行步骤六; 
步骤四、判断***输出功率P是否大于额定功率Pe,是,接入耗能电阻9,执行步骤五,否,断开耗能电阻9,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略,执行步骤六; 
步骤五、判断实际风速Vw是否超过了***设定的切出风速Vo,是,启动制动装置10,执行步骤六,否,调用扰动观察或模糊逻辑最大功率跟踪控制策略,执行步骤六;
步骤六、采样光伏组件温度Tp;
步骤七、判断光伏组件温度是否小于小水箱水温Tx,是,打开所有上层和下层可控流量水龙头,水泵15、15'停止工作,程序停止,否,执行步骤八;
步骤八、定时打开下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头通过水泵15、15'和提水通道17将水提升到集热棚流水通道20,通过放水通道温度传感器24和提水通道温度传感器23定时采集并储存的水温信号,根据提水通道温度传感器23确定小水箱水温Tx;
步骤九、判断小水箱水温Tx是否超过了降温程序设定的初始水温Ts,是,执行步骤十一,否,执行步骤十; 
步骤十、判断两次采样温度差
Figure 983044DEST_PATH_IMAGE004
是否超过了降温程序设定的温度信号差
Figure 651923DEST_PATH_IMAGE002
,是,应减小初始定时时间T’=T-2,增加水流量,返回步骤二,否,应增加初始定时时间T’=T+2,减小水流量,返回步骤二;
步骤十一、关闭所选用小水箱的下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头的开关,打开另一个小水箱的下层可控流量水龙头和上层可控流量水龙头的开关;
步骤十二、判断是否小水箱水温Tx超过设定的初始水温Ts,是,执行步骤十三,否,执行步骤二;
步骤十三、判断是否所有小水箱水温Tx都超过设定的初始水温Ts,是,重新设定初始水温Ts’=Ts+5,返回步骤二,否,返回步骤二。
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