SB-GF03光伏發(fā)電教學實驗系統(tǒng)
一、系統(tǒng)概述
光伏發(fā)電實驗系統(tǒng)采用模塊化結構設計，各單元合理布局，電氣測試點均采用安全的香蕉插孔與實驗導線連接；模擬光源采用三盞獨立的大功率鹵鎢燈，分別模擬晨日、午日和夕日；四路單晶電池組件，可以模擬電池組件串并聯(lián)；跟蹤裝置采用雙軸二維跟蹤系統(tǒng)，既可手動跟蹤，也可自動傳感器跟蹤，使光伏組件正對光源輸出最大功率；儀表單元實時采集系統(tǒng)發(fā)用電信息，并傳遞給觸摸屏，進行綜合監(jiān)測，此外配有遠程通訊接口，可將數據遠程傳遞給上位機，能對數據進行報表存儲和查詢；直流恒流恒壓電源模塊可方便提供穩(wěn)定直流電源供系統(tǒng)實驗；
系統(tǒng)內集成了太陽能控制器、蓄電池、離網逆變器、并網逆變器以及交直流負載，既可以組成離網型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可以組成并網型光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要提供于職高、大學、研究生、企業(yè)技工以太陽能發(fā)電為主課題的研究和培訓、是模擬太陽能發(fā)電的綜合性實驗平臺。
二、主要參數：
2.1、系統(tǒng)輔助電源
?電源1：輸入：AC220V、輸出：DC24V/2.5A
?電源2：輸入：AC220V、輸出：DC12V/2.0A
?電源3：輸入：AC220V、輸出：DC5V/2.0A
2.2、太陽能電池
?太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用4塊（或更多）小型太陽能電池板組建，可實現(xiàn)太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網方式。
?最大輸出功率：4*10W
?開路電壓：21.24V（并聯(lián)），4*21.24V（串聯(lián)）
?短路電流：4*0.62A（并聯(lián)），0.57A（串聯(lián)）
2.3、模擬光源：500W鹵鎢燈，分別模擬晨日、午日和夕日
?人機界面設置有啟動、停止、晨日、午日和夕日等按鈕，通過人機界面中的模擬按鈕，控制晨日、午日、夕日3只光源，人機界面設置有一個計時窗口，采集計時亮燈-滅燈時間序列，每一次亮燈、滅燈后計時器自動復位歸0；亮燈-滅燈時長可通過軟鍵盤設置更改（可更改范圍10秒至300秒）、以便達到最佳實驗效果。
2.4、自動跟蹤單元
?跟蹤傳感器采用四象限高精度光敏傳感器結構，6路模擬量信號輸出，輸出電壓0-5V；跟蹤系統(tǒng)采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；DC12V直流同步電機驅動，額定轉速10rpm，
?跟蹤方式：雙軸全自動跟蹤； 精度：±0.5°
?水平回轉角度：360° ；俯仰角度：180°
?控制器供電電源：DC 12V
?電機供電電源：DC 12V
?跟蹤模式：手動/自動，通過人機界面切換
2.5、照度計
?量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自動切換量程。
?量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自動切換量程
?照度計準確度：±3% rdg ± 0.5% f.s.(<10,000 lux)±4% rdg ± 10dgts (>10,000 lux)(以色溫2856 K標準?平面燈校正)
?溫度特性：±0.1% /℃
?取樣率：約 2 次/秒
?記錄器輸出：DC 2V/f.s.
?操作及儲存溫濕度：0°to 40℃ (32℉ to 104℉) < 70% R.H.
?電源：9V (一枚)
?光檢測器尺寸：100mm(L) x 60mm(W) x 27mm(H)
2.6、儀表顯示單元
?直流電壓表：DC0-100V
?直流電流表：DC0-5A
?交流多功能表：AC0-300V、AC0-2A；
?隔離RS485信號輸出
2.7、蓄電池組：鉛酸電池12V/12AH
2.8、太陽能控制器
? DC12V/24V自動切換、額定電流DC10A、PWM(脈沖寬度調制)方式充電；具有充放電指示、電池狀態(tài)指示、溫度補償等功能；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；具有光控/時控輸出模式控制功能。
（1）具有過充、過放、電子短路、過載保護、獨特的防反接保護等全自動控制
（2）采用了串聯(lián)式PWM充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低近一半，充電效率較非PWM 高3%-6% ，增加了用電時間；過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使系統(tǒng)有更長的使用壽命；同時具有高精度溫度補償
（3）欠壓電壓：12.0V；×2/24V
（4）超壓保護：17V； ×2/24V
（5）過載、短路保護：1.25 倍額定電流60秒, 1.5倍額定電流5秒時過載保護動作, ≥3倍額定電流短路保護動作
（6）總額定充電電流：10A
（7） 浮充：13.6V；×2/24V；（維持時間：直至降到充電返回電壓動作）
（8） 控制方式：充電為 PWM 脈寬調劑
控制器主要功能：
（1）太陽能電池板工作狀態(tài)（欠壓、運行）
（2）蓄電池工作狀態(tài)（過充、過放、充電）
（3）蓄電池電量指示（25%，50%，75%，100%）
（4） 輸出模式設置（普通，光控，時控）
（5） 蓄電池充電電流，電壓監(jiān)測。
2.9、離網逆變器
?輸入電壓DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、500VA、純正弦波；輸入輸出采用高頻變壓器隔離；具有過欠壓關斷、過載、過溫等保護功能
?類別：正弦波逆變器
?輸入電壓：DC9.7-16V，
?輸出電壓：AC220±5%和5V
?欠壓保護：9.6V±0.2V
?過壓保護：16.2V±0.2V
?輸出功率：500W
?峰值功率：1000W
?輸出波形:正弦波
2.10、并網逆變器
?輸入光伏電壓DC10.5-28V,最大功率因數0.99，輸出功率200W,輸出電壓范圍AC180-260V,輸出頻率范圍45-53HZ，電流總諧波失真<5%,相位差<1%；具有孤島、短路、過載、過溫等保護功能。
?并網逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結構。DC－DC變換環(huán)節(jié)調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。
?系統(tǒng)面板設有用來測量DC、AC相關參數的多個測試端口，可測量DC-DC電壓電流變化和DC-AC逆變過程中的電壓電流及曲線變化和波形對比。
6級功率搜索功能
?在自動調整的過程中，會看到LOW燈不停的閃爍，功率會由0作為起點，向最大功率點加大輸出功率，重啟最多為6次，然后進入功率鎖定狀態(tài)，鎖定時ST燈長亮。在進行6級功率搜索程序時，所需的時間約為10分鐘。
寬電壓輸入（15-62VDC）
二級功率變壓轉換
?高頻雙向并網，單向并網功能
?高頻直接調制，AC半波合成
?雙向并網方式：直接負載消耗，逆向傳輸AC電流
?單向并網方式：直接負載消耗，禁止逆向傳輸AC電流
?多頻率輸出功能，可適用于50Hz/60Hz頻率的AC交流電
?頻率范圍：45Hz~63Hz
?直接連接到太陽能電池板（不需要連接電池）
2.11 負載單元
（1）DC12V直流負載五組。（感性負載3組，阻性負載2組）
1）感性負載有：12V直流風扇、12V直流電機、12V蜂鳴器
2）阻性負載有：12V交通燈、3W 高亮度LED燈
（2）AC220V交流負載四組。（感性負載1組，阻性負載2組）
1）感性負載有：220V直流風扇
2）阻性負載：220V交通燈.220V 3W高亮度LED燈
（3）可調穩(wěn)壓電源（0-12V，0-2A）。
（4）可調電阻箱技術參數如下：
1）阻值范圍：0-2000歐連續(xù)可調,功率100W
2）誤差范圍：±1%
2.12 監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）
?采用一體式工業(yè)控制主機；具有更靈活的擴展性，實時監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)電、用電與環(huán)境參數等信息；通訊接口：采用RS232/RS485/以太網通訊方式，標準Modbus協(xié)議
?尺寸(英寸) 7
?液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
?顯示顏色：真彩，65535色
?分辨率：800×480
?液晶屏亮度：200cd/㎡
?觸摸屏：電阻式
?供電電源：24VDC
?額定功率：5W
? CPU主板：ARM CPU，400MHz
?內存：64M
?存儲設備：128M FLASH
?組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）
?環(huán)境條件
?工作溫度：0℃~45℃
?工作濕度：5%~90%
?儲存溫度：-10℃~60℃
?振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
?振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
?振動掃頻速率：Oct/min ≤1
?外部接口：
?串口：1×RS232、1×RS485 USB ：1主1從
三、技術性能：
3.1）輸入電源：AC220V±10% 50HZ
3.2）工作環(huán)境：溫度-25℃～+55℃、相對濕度0…85%RH(25℃)、海拔<4000m
3.3）裝置容量：<1.8KVA
3.4）安全保護：帶電源指示，急?？刂萍奥╇姳Ｗo，安全符號國家標準
3.5）實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)
智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監(jiān)測數值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數；設備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；用電數據界面能智能查找近2年用電數據，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等?？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h程控制智能開關的通斷。
3、PC端軟件：每個設備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權限管理等功能?？梢绘I開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！
4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：
①包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預覽所有設備的在線和運行情況，分析設備使用率及運行時間！
②包含設備節(jié)點：可顯示設備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數據連接云平臺后臺數據庫管理。
3.6）新能源系統(tǒng)教學軟件
一、軟件要求
1、通過該軟件可以系統(tǒng)性學習太陽能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應用產品等全部系列光伏知識內容。
2、配備文字與動畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環(huán)節(jié)加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統(tǒng)自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，幫助教師對光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業(yè)知識快速掌握和快速學習。
4、軟件組成
(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；
2、配備文字與動畫展示各種材料的生產工藝與使用方法
3、功能列表（約11課時）
◆光伏硅產品基本情況介紹
◆硅單質性質：包括硅的物理性質、化學性質、硅的分類與應用
◆硅化合物性質：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等
◆硅的生長原理及定型
◆硅的提純方法：包括化學提純與物理提純方法
◆多晶硅的制備及其缺陷和雜質：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備
◆單晶硅的制備及其缺陷和雜質：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質與缺陷
◆單晶硅與多晶硅加工方法
◆硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
◆硅材料的測試與分析方法：包括導電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數的測定、遷移率的測量、化學性能分析、晶體結構分析等
◆硅材料測試與分析依據標準（GB標準、UL標準、IEC標準、SEMI標準）
(2)太陽能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、展示各種太陽能光伏電池片；
2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產工藝與使用方法
3、功能列表（約9課時）
◆太陽能電池片基本情況介紹
◆太陽能電池片基本結構分析
◆太陽能電池片分類
◆晶體硅太陽能電池片生產工藝：包括生產方法與生產設備介紹
◆晶體硅太陽能電池片生產主要原材料
◆太陽能電池片測試技術與方法：包括測試方法與測試設備介紹
◆太陽能電池片測試依據標準
(3)太陽能光伏組件講解與展示系統(tǒng)
1、展示各種太陽能光伏光伏組件；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產工藝與使用方法
3、功能列表（約10課時）
◆太陽能電池組件基本介紹
◆太陽能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點
◆ 太陽能電池組件的生產工藝介紹及相關設備
◆太陽電池組件的評定標準
◆太陽能電池組件的測試方法與測試設備
◆太陽能電池組件的發(fā)展方向
(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件附屬材料的生產工藝與使用方法
3、功能列表（約7課時）
◆太陽能組件附屬設施情況介紹
◆太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求
◆太陽能組件對支架鋁型材的具體要求
◆太陽能組件對EVA封膠的具體要求
◆太陽能組件對TPT背板的具體要求
◆太陽能組件附屬設施檢測方法
◆太陽能組件附屬設施測試標準
二、展示與講解功能內容（要求圖、文、聲并茂）
2.1 太陽能光伏應用產品講解與展示系統(tǒng)（約5課時）
2.1.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)：
2.1.2 家用太陽能發(fā)電機直流系統(tǒng)多媒體電視機
2.1.3 太陽能便攜電源：
2.1.4 太陽能殺蟲燈
2.1.5 太陽能警示燈
2.1.6 太陽能野營燈
2.2 太陽能光伏發(fā)電基本原理
2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹
2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法
2.5 太陽能光伏電站施工建設方法
2.5.1、項目前期考察
2.5.2、項目建設前期資料及批復文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲得省級/市級相關部門的批復文件
第三階段：獲得開工許可
2.5.3、項目施工圖設計
2.5.4、項目實施建設
2.5.5、帶電前的必備條件
2.6太陽能光伏并網電站介紹
2.6.1、光伏并網電站簡要描述
2.6.2、光伏并網電站設備組成
2.6.2、光伏并網電站設備功能
2.7 家用型太陽能電站建設方案
2.7.1、項目概述
2.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）
（一）用戶負載信息
（二）系統(tǒng)方案設計
（三）效益計算：
2.8 逆變器基本原理介紹
2.9 控制器基本原理介紹
主要作用：
在小型光伏系統(tǒng)中，用來保護蓄電池；在大中型系統(tǒng)中，起平衡光伏系統(tǒng)能量、保護蓄電池及整個系統(tǒng)正常運行等；
光伏控制器應具有以下功能：
①防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池壽命；
②防 止太陽能電池板或電池方陣、蓄電池極性接反；
③防止負載、控制器、逆變器和其他設備內 部短路；
④具有防雷擊引起的擊穿保護；
⑤具有溫度補償的功能
⑥顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的 各種工作狀態(tài)，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態(tài)、電池方陣工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、 環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報警等。
2光伏控制器按電路方式的不同，可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調制型、多路控制型等；
2按組件輸入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及專用控制器（如草坪燈控制器）等；
光伏控制器性能特點：
1、 小功率光伏控制器
v 控制器的主要開關器件；
v 運用脈沖寬度調制（PWM)控制技術；
v 具有單路、雙路負載輸出和多種工作模式；
v 具有多種保護功能；
v 系統(tǒng)工作狀況、蓄電池的剩余電量等的變化；
v 具有溫度補償功能
2、中功率光伏控制器
v 負載電流大于15A的控制器為中功率控制器。
v 系統(tǒng)狀態(tài)顯示；
v 可編程設定負載的控制方式；
v 多種保護功能；
v 浮充電壓的溫度補償功能；
v 具有快速充電功能；
v 普通充放電工作模式、光控開/關、光控開/時控關工作模式
3、大功率光伏控制器
大功率光伏控制器采用微電腦芯片控制系統(tǒng)，控制功能更強，可實現(xiàn)復雜過程控制。
光伏控制器主要技術參數：
系統(tǒng)電壓、最大充電電流、太陽電池方陣輸入路數、電路自身損耗、充滿斷開或過壓關斷電壓（HVD) 、欠壓斷開或欠壓關斷電壓（LVD)、蓄電池充電浮充電壓、溫度補償、使用或工作環(huán)境溫度范圍、其他保護功能
控制器的額定負載電流：
即控制器輸出到直流負載或逆變器的直流輸出電流。該數據要滿足負載或逆變器的輸入要求。
四、可完成實驗項目
1）太陽能電池發(fā)電原理與特性曲線
2）太陽能電池組件串并聯(lián)輸出特性
3）光伏自動跟蹤與控制原理
4）離網光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
5）并網光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
6）蓄電池的充放電特性
7）太陽能控制器的原理與功能
8）離網逆變器的原理與功能
9）并網逆變器的原理與功能
10）觸摸屏軟件監(jiān)控與編程
11）上位機軟件開發(fā)與通訊
