一、系统概述
风光氢及超级电容混合发电系统由风力发电机组、太阳能电池组、风力及光伏控制系统、氢燃料电池发电系统、制氢系统、储氢系统和主控系统等核心部分组成。这一系统集成了风力发电、光伏发电、制氢、储氢以及氢能发电等多种新能源技术，形成了一个多元化的“风、光、氢”混合型新能源实验实训系统。通过各组件的协同工作，该系统能够实现从自然能源到电能的高效转换与存储，为新能源的研究与应用提供了强有力的支持。
二、工作原理
系统的工作原理基于可再生能源的互补利用。风力发电机利用风能带动风车叶片旋转，转化为交流电；光伏发电系统则依靠太阳能电池板将光能转化为直流电。这两种发电方式在不同天气条件下相互补充，确保了系统能源的稳定供应。产生的电能一部分直接用于供电或储存于电池中，另一部分则用于电解水制氢。氢气作为高效的能源载体，被储存于储氢系统中，以备不时之需或用于后续的氢燃料电池发电。
三、功能特点
风光氢及超级电容混合发电系统的功能特点显著，具体表现在以下几个方面：
1. 多元化能源集成：系统集成了风力、光伏等多种可再生能源形式，实现了能源的多样化利用。
2. 高效储能与输配：配备先进的储能系统和输配电设备，确保了电能和氢能的高效存储与输配。
3. 智能管理与监控：采用智能管理系统，实时监测和调控各子系统的运行状态，提高了系统的整体运行效率。
4. 环保节能：所有组件均符合绿色环保标准，运行过程中无污染物排放，实现了真正意义上的节能减排。
5. 科研与实训结合：系统不仅是一个实用的新能源发电系统，更是一个理想的科研与教学实训平台。通过实际操作和数据分析，用户可以更深入地理解新能源技术的原理和应用。
四、应用前景
随着全球对可再生能源需求的不断增长和技术的不断进步，风光氢及超级电容混合发电系统的应用前景十分广阔。在科研领域，该系统可以作为一个综合性的实验平台，用于开展风力发电、光伏发电、氢能与燃料电池发电等相关技术的研究。在新能源示范项目中，它可以作为展示新能源技术优越性和可行性的重要实例。该系统还可以应用于边远地区或特定场景下的离网供电系统，提供稳定可靠的电力支持。
DB-FGH01 风光氢及超级电容混合发电系统
一、项目概述
风光氢及超级电容混合发电系统为科研创新理念与实验、实训型相结合的集风力发电，光伏发电、制氢系统、氢燃料电池发电、数据采集等多元化“风、光、氢混合型新能源实验实训系统”。
风光氢及超级电容混合发电系统由风力发电机组、太阳能电池组、风力及光伏控制系统、氢燃料电池发电系统、制氢系统、储氢系统、主控系统组成的微网发电系统。
其工作原理是风力、光伏发电系统发电，并由电池储能，DC/AC逆变成交流电，驱动电解水设备制氢。氢气通过储氢系统储存，并驱动燃料电池电堆发电。
此外，DC/AC模块自带旁路功能，旁路端直接与市电连接，实现市电和逆变间的自动切换，在蓄电池所储电能不够用时，自动切换至市电供电，确保持续制氢功能正常运行。在本方案设计中主要体现在氢燃料电池系统、制氢系统、储氢系统的部分。
图1 系统拓扑图
整套系统的各个模块预留了CANRS485RS232USBTCPIP通讯接口，可以通过该通讯接口对系统中各个模块进行监控，便于未来项目开发使用。
系统实验平台集成了室内温/湿度仪，风速测量、光照度测量系统，让使用者操作起来更直观；
系统DC-AC并网同步电源，采用高频脉冲调制技术，具有小体积、高效率及高功率因数输出；
系统面板上采用直观的数字表和液晶显示，让用户了解当前系统工作状态；
系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能；
实训系统，可以让实训学生自行拆装移动，使用简便、无噪音、无污染；
系统增加市电与风光互补发电切换模块，让实验更具操作性；
增加分布式供电原理与实验电路，让学生增加对新知识的理解；
增设直流母线单元，方便系统各模块之间连接及实验；
独立的后备胶体蓄电池及充放电管理单元；
燃料电池运行过程中，只排除水和热量，不会产生任何有害物质及噪音；
燃料电池较之传统电源方案，其运行安全可靠、寿命长，维护简单，降低了维护成本。
二、方案参数概述
2.1风力发电系统的组成
风力发电机是利用风力带动风车叶片旋转、转换为机械功，机械功带动发电机转子旋转，最终输出交流电的电力设备。是风力发电系统中不可或缺的核心部件。
风力发电系统由一台5KW垂直轴风力发电机组、尾翼、叶片、风机控制器塔架等组成。
风力发电机参数：
| 额定功率 | 5KW |
| 最大功率 | 6KW |
| 额定电压 | 48V |
| 启动风速 | 2.5m/s |
| 额定风速 | 18m/s |
| 最大风速 | 45m/s |
| 风机净重 | 185kg |
| 风轮直径 | 2.0M |
| 塔架高度 | 9M |
| 叶片高度 | 3.6M |
| 叶片数量 | 3片 |
| 叶片材质 | 铝合金 |
| 发电机 | 三相交流永磁同步发电机 |
| 塔架类型 | 独立塔架 |
| 保护 | 风机自我转数保护/电磁制动 |
| 工作温度 | -40℃-80℃ |
选择土质坚实的平地作为安装场地，安装风力发电机的组位置应该至少远离房屋及人员活动场所50米，务必在选定安装场地时考虑到风叶的光影影响及风力发电机组运行时产生的噪音影响（正常工作时噪音约为65dbA）。同时避免周围有高大的树木、建筑物等影响风速风向的障碍物。
禁止安装在松软的沙地、高低不平的场地、有下陷或塌方可能的场地、洼地及其他容易受气候影响而发生地质变化的场地。同时需要考虑从风力发电机的电机部分到您的蓄电池组的距离，距离越短，所用传输电缆越短，因而传输过程中的耗能也越少，如果必须得有较长的距离,则尽量选用粗些的标准电缆。
风力发电控制器
专为风力发电机控制和蓄电池充电而设计， 能有效提升风力发电的效能。风能充电控制器，能有效防止风速过快时的失控，和发生强风时对风力发电机所产生的危险。
风力发电控制器是对风力发电机所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。
控制器采用PWM无级卸载方式控制风机对蓄电池进行智能充电。在风力发电机所发出的电能超过蓄电池存储量时，控制系统必须将多余的能量消耗掉。在正常卸载情况下，可确保蓄电池电压始终稳定在浮充电压点，而只是将多余的电能释放到卸荷器上。从而保证了最佳的蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用。
风力发电控制器参数：
| 工作电压： | 48VDC |
| 充电功率： | 5000W |
| 风机功率： | 5000W |
| 充电方式： | PWM脉宽调制 |
| 充电最大电流 | 116A |
| 过放保护电压 | 41.5V |
| 过放恢复电压 | 52.2V |
| 输出保护电压 | 59V |
| 卸载开始电压（出厂值） | 60.5V |
| 卸载开始电流（出厂值） | 86A |