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摘 要：随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。太阳能和风能引起了许多专家学者的关注并研究，且得了一定的成果，并已经推广到了日常生活、高速公路等应用中来。文章通过对高速公路上风光互补发电系统的现状分析，阐述了风光互补系统的系统结构，并研究分析系统各个部分的结构功能。
关键词：高速公路；风光互补发电系统；太阳能；风能
一、高速供电系统
（一）目前高速公路采用的供电系统
“节约能源，提高能源利用效率和经济效益，保护环境和资源，促进经济社会可持续发展。”是社会主义初级阶段应该重视的可持续发展路线的重要部分之一。风能和光能作为一种可重复利用的可再生环保能源，成为我国研究开发的重点。
高速公路上，光能和风能资源丰富，为风光互补系统提供了良好的环境基础。这就可以解决高速公路上视频监控、情报板等远离乡镇难以供电的麻烦，为全国高速公路提供便捷、环保的供电系统，节省大量财力物力，更是便于管理。
（二）风光互补发电系统的发展过程及现状
最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。
在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。
二、风光互补发电系统结构
（一）发电部分
发电部分主要包括太阳能电池板和风力发电机两部分发电源组成。
在正常情况下白天光照强风速小，夜间或阴天光弱而风速大，时间上和天气上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，为风光互补电源系统的建立提供了一个相对稳定的能源保障。
（二）负载部分
在高速公路上电力系统主要是用于监控系统，情报板，通信基地、高速公路照明等，负载量相对少一些。在一些设备中，有交直流用电，其中逆变技术很好的解决了这个问题，为交直流负载等提供方便。
（三）蓄电池和泄荷单元
高速公路上一般根据负载选择合适功率的蓄电池，它具有充电迅速，功率大、寿命长、重量轻、性能可靠、放电均衡等优点。蓄电池主要任务是完成电能的储存及负载供电。高速公路上风光互补系统的蓄电池综合了直流充电和交流充电两种有效充电方法。泄荷器主要是在蓄电池充满时，系统发电量大于负载用电量时，即发电量过剩时，为保护蓄电池和逆变器，充电电路受泄荷控制电路接通泄荷器，将多余电能通过泄荷器消耗掉。
三、太阳能发电
（一）太阳能发电原理及等效电路
太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
（二）太阳能电池板的相关参数
1.光电转换效率
η% 评估太阳电池好坏的重要因素。
产业化：η ≈ 15%；
2.单体电池电压
V：0.4V——0.6V由材料物理特性决定。
3.填充因子FF%
评估太阳电池负载能力的重要因素。FF=（Im×Vm）/（Isc×Voc）；
其中：Isc—短路电流，Voc—开路电压，Im—最佳工作电流，Vm—最佳工作电压；
4.标准光强与环境温度地面
AM1.5光强，1000W/m2，t = 25℃；
5.温度对电池性质的影响
例如：在标准状况下，AM1.5光强，t=25℃某电池板输出功率测得为100Wp，如果电池温度升高至45℃时，则电池板输出功率就不到100Wp。
四、风力发电
（一）风力发电的原理
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。
（二）风能的基本情况
1.风能的特点
风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。
2.风能资源的估算
风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风功率为
ω=0.5ρV （4-1）
式中：ω—风能（w）；ρ—空气密度（kg/m3）；v—风速（m/s）。
由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。在风速V的概率分布p（V）知道后，平均风能密度还可根据下式求得
ω=0.5ρV3P（V）dV （4-2）
参考文献
[1] 王培珍.光伏阵列故障状态的识别研究[D].合肥工业大学，2005.
[2] 吴理博.光伏并网逆变系统综合控制策略研究及实现[D].清华大学，2006.
[3] 定世攀.独立运行风/光互补电站控制监测系统的研究[D].中国科学院研究生院（电工研究所），2002.
关键词：高速公路；风光互补发电系统；太阳能；风能
一、高速供电系统
（一）目前高速公路采用的供电系统
“节约能源，提高能源利用效率和经济效益，保护环境和资源，促进经济社会可持续发展。”是社会主义初级阶段应该重视的可持续发展路线的重要部分之一。风能和光能作为一种可重复利用的可再生环保能源，成为我国研究开发的重点。
高速公路上，光能和风能资源丰富，为风光互补系统提供了良好的环境基础。这就可以解决高速公路上视频监控、情报板等远离乡镇难以供电的麻烦，为全国高速公路提供便捷、环保的供电系统，节省大量财力物力，更是便于管理。
（二）风光互补发电系统的发展过程及现状
最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。
在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。
二、风光互补发电系统结构
（一）发电部分
发电部分主要包括太阳能电池板和风力发电机两部分发电源组成。
在正常情况下白天光照强风速小，夜间或阴天光弱而风速大，时间上和天气上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，为风光互补电源系统的建立提供了一个相对稳定的能源保障。
（二）负载部分
在高速公路上电力系统主要是用于监控系统，情报板，通信基地、高速公路照明等，负载量相对少一些。在一些设备中，有交直流用电，其中逆变技术很好的解决了这个问题，为交直流负载等提供方便。
（三）蓄电池和泄荷单元
高速公路上一般根据负载选择合适功率的蓄电池，它具有充电迅速，功率大、寿命长、重量轻、性能可靠、放电均衡等优点。蓄电池主要任务是完成电能的储存及负载供电。高速公路上风光互补系统的蓄电池综合了直流充电和交流充电两种有效充电方法。泄荷器主要是在蓄电池充满时，系统发电量大于负载用电量时，即发电量过剩时，为保护蓄电池和逆变器，充电电路受泄荷控制电路接通泄荷器，将多余电能通过泄荷器消耗掉。
三、太阳能发电
（一）太阳能发电原理及等效电路
太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
（二）太阳能电池板的相关参数
1.光电转换效率
η% 评估太阳电池好坏的重要因素。
产业化：η ≈ 15%；
2.单体电池电压
V：0.4V——0.6V由材料物理特性决定。
3.填充因子FF%
评估太阳电池负载能力的重要因素。FF=（Im×Vm）/（Isc×Voc）；
其中：Isc—短路电流，Voc—开路电压，Im—最佳工作电流，Vm—最佳工作电压；
4.标准光强与环境温度地面
AM1.5光强，1000W/m2，t = 25℃；
5.温度对电池性质的影响
例如：在标准状况下，AM1.5光强，t=25℃某电池板输出功率测得为100Wp，如果电池温度升高至45℃时，则电池板输出功率就不到100Wp。
四、风力发电
（一）风力发电的原理
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。
（二）风能的基本情况
1.风能的特点
风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。
2.风能资源的估算
风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风功率为
ω=0.5ρV （4-1）
式中：ω—风能（w）；ρ—空气密度（kg/m3）；v—风速（m/s）。
由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。在风速V的概率分布p（V）知道后，平均风能密度还可根据下式求得
ω=0.5ρV3P（V）dV （4-2）
参考文献
[1] 王培珍.光伏阵列故障状态的识别研究[D].合肥工业大学，2005.
[2] 吴理博.光伏并网逆变系统综合控制策略研究及实现[D].清华大学，2006.
[3] 定世攀.独立运行风/光互补电站控制监测系统的研究[D].中国科学院研究生院（电工研究所），2002.