SB-GF03光伏发电教学实验系统

一、系统概述

光伏发电实验系统采用模块化结构设计，各单元合理布局，电气测试点均采用安全的香蕉插孔与实验导线连接；模拟光源采用三盏独立的大功率卤钨灯，分别模拟晨日、午日和夕日；四路单晶电池组件，可以模拟电池组件串并联；跟踪装置采用双轴二维跟踪系统，既可手动跟踪，也可自动传感器跟踪，使光伏组件正对光源输出最大功率；仪表单元实时采集系统发用电信息，并传递给触摸屏，进行综合监测，此外配有远程通讯接口，可将数据远程传递给上位机，能对数据进行报表存储和查询；直流恒流恒压电源模块可方便提供稳定直流电源供系统实验；

系统内集成了太阳能控制器、蓄电池、离网逆变器、并网逆变器以及交直流负载，既可以组成离网型独立光伏发电系统，也可以组成并网型光伏发电系统，主要提供于职高、大学、研究生、企业技工以太阳能发电为主课题的研究和培训、是模拟太阳能发电的综合性实验平台。

二、主要参数：

2.1、系统辅助电源

Ø电源1：输入：AC220V、输出：DC24V/2.5A

Ø电源2：输入：AC220V、输出：DC12V/2.0A

Ø电源3：输入：AC220V、输出：DC5V/2.0A

2.2、太阳能电池

Ø太阳能电池板采用阵列组装形式，主要采用4块（或更多）小型太阳能电池板组建，可实现太阳能电池板的并接方式和串接方式，进而提供大电流或大电压的两种太阳能电池板组网方式。

Ø最大输出功率：4*10W

Ø开路电压：21.24V（并联），4*21.24V（串联）

Ø短路电流：4*0.62A（并联），0.57A（串联）

2.3、模拟光源：500W卤钨灯，分别模拟晨日、午日和夕日

Ø人机界面设置有启动、停止、晨日、午日和夕日等按钮，通过人机界面中的模拟按钮，控制晨日、午日、夕日3只光源，人机界面设置有一个计时窗口，采集计时亮灯-灭灯时间序列，每一次亮灯、灭灯后计时器自动复位归0；亮灯-灭灯时长可通过软键盘设置更改（可更改范围10秒至300秒）、以便达到最佳实验效果。

2.4、自动跟踪单元

Ø跟踪传感器采用四象限高精度光敏传感器结构，6路模拟量信号输出，输出电压0-5V；跟踪系统采用双轴二维跟踪方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；DC12V直流同步电机驱动，额定转速10rpm，

Ø跟踪方式：双轴全自动跟踪； 精度：±0.5°

Ø水平回转角度：360° ；俯仰角度：180°

Ø控制器供电电源：DC 12V

Ø电机供电电源：DC 12V

Ø跟踪模式：手动/自动，通过人机界面切换

2.5、照度计

Ø量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程。

Ø量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程

Ø照度计准确度：±3% rdg ± 0.5% f.s.(<10,000 lux)±4% rdg ± 10dgts (>10,000 lux)(以色温2856 K标准Ø平面灯校正)

Ø温度特性：±0.1% /℃

Ø取样率：约 2 次/秒

Ø记录器输出：DC 2V/f.s.

Ø操作及储存温湿度：0°to 40℃ (32℉ to 104℉) < 70% R.H.

Ø电源：9V (一枚)

Ø光检测器尺寸：100mm(L) x 60mm(W) x 27mm(H)

2.6、仪表显示单元

Ø直流电压表：DC0-100V

Ø直流电流表：DC0-5A

Ø交流多功能表：AC0-300V、AC0-2A；

Ø隔离RS485信号输出

2.7、蓄电池组：铅酸电池12V/12AH

2.8、太阳能控制器

Ø DC12V/24V自动切换、额定电流DC10A、PWM(脉冲宽度调制)方式充电；具有充放电指示、电池状态指示、温度补偿等功能；具有蓄电池反接、夜间防反冲、防雷、光伏限流、过充、过放、负载过载、短路等保护功能；具有光控/时控输出模式控制功能。

（1）具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制

（2）采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM 高3%-6% ，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统有更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿

（3）欠压电压：12.0V；×2/24V

（4）超压保护：17V； ×2/24V

（5）过载、短路保护：1.25   倍额定电流60秒, 1.5倍额定电流5秒时过载保护动作, ≥3倍额定电流短路保护动作

（6）总额定充电电流：10A

（7） 浮充：13.6V；×2/24V；（维持时间：直至降到充电返回电压动作）

（8） 控制方式：充电为  PWM 脉宽调剂

控制器主要功能：

（1）太阳能电池板工作状态（欠压、运行）

（2）蓄电池工作状态（过充、过放、充电）

（3）蓄电池电量指示（25%，50%，75%，100%）

（4） 输出模式设置（普通，光控，时控）

（5） 蓄电池充电电流，电压监测。

2.9、离网逆变器

Ø输入电压DC12V；输出AC220V±10%、50HZ、500VA、纯正弦波；输入输出采用高频变压器隔离；具有过欠压关断、过载、过温等保护功能

Ø类别：正弦波逆变器

Ø输入电压：DC9.7-16V，

Ø输出电压：AC220±5%和5V

Ø欠压保护：9.6V±0.2V

Ø过压保护：16.2V±0.2V

Ø输出功率：500W

Ø峰值功率：1000W

Ø输出波形:正弦波

2.10、并网逆变器

Ø输入光伏电压DC10.5-28V,最大功率因数0.99，输出功率200W,输出电压范围AC180-260V,输出频率范围45-53HZ，电流总谐波失真<5%,相位差<1%；具有孤岛、短路、过载、过温等保护功能。

Ø并网逆变器具有DC－DC和DC－AC两级能量变换的结构。DC－DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC－AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。

Ø系统面板设有用来测量DC、AC相关参数的多个测试端口，可测量DC-DC电压电流变化和DC-AC逆变过程中的电压电流及曲线变化和波形对比。

6级功率搜索功能

Ø在自动调整的过程中，会看到LOW灯不停的闪烁，功率会由0作为起点，向最大功率点加大输出功率，重启最多为6次，然后进入功率锁定状态，锁定时ST灯长亮。在进行6级功率搜索程序时，所需的时间约为10分钟。

宽电压输入（15-62VDC）

二级功率变压转换

Ø高频双向并网，单向并网功能

Ø高频直接调制，AC半波合成

Ø双向并网方式：直接负载消耗，逆向传输AC电流

Ø单向并网方式：直接负载消耗，禁止逆向传输AC电流

Ø多频率输出功能，可适用于50Hz/60Hz频率的AC交流电

Ø频率范围：45Hz~63Hz

Ø直接连接到太阳能电池板（不需要连接电池）

2.11 负载单元

（1）DC12V直流负载五组。（感性负载3组，阻性负载2组）

1）感性负载有：12V直流风扇、12V直流电机、12V蜂鸣器

2）阻性负载有：12V交通灯、3W 高亮度LED灯

（2）AC220V交流负载四组。（感性负载1组，阻性负载2组）

1）感性负载有：220V直流风扇

2）阻性负载：220V交通灯.220V 3W高亮度LED灯

（3）可调稳压电源（0-12V，0-2A）。

（4）可调电阻箱技术参数如下：

1）阻值范围：0-2000欧连续可调,功率100W

2）误差范围：±1%

2.12 监控系统（工业触摸屏）

Ø采用一体式工业控制主机；具有更灵活的扩展性，实时监测系统发电、用电与环境参数等信息；通讯接口：采用RS232/RS485/以太网通讯方式，标准Modbus协议

Ø尺寸(英寸) 7

Ø液晶屏：TFT液晶显示，LED背光

Ø显示颜色：真彩，65535色

Ø分辨率：800×480

Ø液晶屏亮度：200cd/㎡

Ø触摸屏：电阻式

Ø供电电源：24VDC

Ø额定功率：5W

Ø CPU主板：ARM CPU，400MHz

Ø内存：64M

Ø存储设备：128M FLASH

Ø组态软件：MCGS嵌入式组态软件（运行版）

Ø环境条件 　

Ø工作温度：0℃~45℃

Ø工作湿度：5%~90%

Ø储存温度：-10℃~60℃

Ø振动频率：10-57Hz 57-150Hz

Ø振动加速度：0.075mm 9.8 m/s2

Ø振动扫频速率：Oct/min ≤1

Ø外部接口：　

Ø串口：1×RS232、1×RS485   USB ：1主1从

三、技术性能：

3.1）输入电源：AC220V±10% 50HZ

3.2）工作环境：温度-25℃～+55℃、相对湿度0…85%RH(25℃)、海拔<4000m

3.3）装置容量：<1.8KVA

3.4）安全保护：带电源指示，急停控制及漏电保护，安全符号国家标准

3.5）实验室智慧用电安全控制系统

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！

2、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。

3、PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！

4、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理，设备管理：

①包含监控管理：实时视频监控每个教室，可一键预览所有设备的在线和运行情况，分析设备使用率及运行时间！

②包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。

5、报修管理：用户可进行远程报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。

6、用户管理：可连通手机号，对账户进行一对一的安全加密，实名认证，防止账户泄密、防盗，现场数据连接云平台后台数据库管理。

3.6）新能源系统教学软件

一、软件要求

1、通过该软件可以系统性学习太阳能光伏硅材料、电池片、光伏组件、光伏组件附属材料、光伏应用产品等全部系列光伏知识内容。

2、配备文字与动画展示并介绍从原材料至成品包括中间环节加工工艺等与使用方法。

3、多媒体系统自带语音讲解，图、文、声并茂展示讲解、与系统所述文字同步播放，帮助教师对光伏发电课程教案的快速编写，提高学生对新能源专业知识快速掌握和快速学习。

4、软件组成

(1)太阳能光伏硅材料讲解与展示系统

主要功能

1、展示各种太阳能光伏电池使用的硅材料实物；

2、配备文字与动画展示各种材料的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约11课时）

◆光伏硅产品基本情况介绍

◆硅单质性质：包括硅的物理性质、化学性质、硅的分类与应用

◆硅化合物性质：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的卤化物、三氯氢硅、硅烷等

◆硅的生长原理及定型

◆硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法

◆多晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括冶金硅级制备、高纯多晶硅制备、铸造多晶硅制备

◆单晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括单晶硅生长、单晶硅的杂质与缺陷

◆单晶硅与多晶硅加工方法

◆硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

◆硅材料的测试与分析方法：包括导电型号测量、电阻率测量、少子寿命测量、霍尔系数的测定、迁移率的测量、化学性能分析、晶体结构分析等

◆硅材料测试与分析依据标准（GB标准、UL标准、IEC标准、SEMI标准）

(2)太阳能光伏电池片讲解与展示系统

主要功能

1、展示各种太阳能光伏电池片；

2、配备文字与动画展示各种电池片的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约9课时）

◆太阳能电池片基本情况介绍

◆太阳能电池片基本结构分析

◆太阳能电池片分类

◆晶体硅太阳能电池片生产工艺：包括生产方法与生产设备介绍

◆晶体硅太阳能电池片生产主要原材料

◆太阳能电池片测试技术与方法：包括测试方法与测试设备介绍

◆太阳能电池片测试依据标准

(3)太阳能光伏组件讲解与展示系统

1、展示各种太阳能光伏光伏组件；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约10课时）

◆太阳能电池组件基本介绍

◆太阳能电池组件的分类及各种组件的优缺点

◆ 太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备

◆太阳电池组件的评定标准

◆太阳能电池组件的测试方法与测试设备

◆太阳能电池组件的发展方向

(4)太阳能光伏组件附属材料讲解与展示系统

主要功能

1、展示各种太阳能光伏光伏组件附属材料；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件附属材料的生产工艺与使用方法

3、功能列表（约7课时）

◆太阳能组件附属设施情况介绍

◆太阳能组件对钢化玻璃的具体要求

◆太阳能组件对支架铝型材的具体要求

◆太阳能组件对EVA封胶的具体要求

◆太阳能组件对TPT背板的具体要求

◆太阳能组件附属设施检测方法

◆太阳能组件附属设施测试标准

二、展示与讲解功能内容（要求图、文、声并茂）

2.1 太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课时）

2.1.1 太阳能发电系统：

2.1.2 家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机

2.1.3 太阳能便携电源：

2.1.4 太阳能杀虫灯

2.1.5 太阳能警示灯

2.1.6 太阳能野营灯

2.2 太阳能光伏发电基本原理

2.3 太阳能光伏发电系统组成部分介绍

2.4 太阳能光伏发电系统设计方法

2.5 太阳能光伏电站施工建设方法

2.5.1、项目前期考察

2.5.2、项目建设前期资料及批复文件

第一阶段：可研阶段

第二阶段：获得省级/市级相关部门的批复文件

第三阶段：获得开工许可

2.5.3、项目施工图设计

2.5.4、项目实施建设

2.5.5、带电前的必备条件

2.6太阳能光伏并网电站介绍

2.6.1、光伏并网电站简要描述

2.6.2、光伏并网电站设备组成

2.6.2、光伏并网电站设备功能

2.7 家用型太阳能电站建设方案

2.7.1、项目概述

2.7.2、方案设计 （附详细方案设计）

（一）用户负载信息

（二）系统方案设计

（三）效益计算： 

2.8 逆变器基本原理介绍

2.9 控制器基本原理介绍

主要作用：

在小型光伏系统中，用来保护蓄电池；在大中型系统中，起平衡光伏系统能量、保护蓄电池及整个系统正常运行等；

光伏控制器应具有以下功能：

①防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命；

②防 止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反；

③防止负载、控制器、逆变器和其他设备内 部短路；

④具有防雷击引起的击穿保护；

⑤具有温度补偿的功能

⑥显示光伏发电系统的 各种工作状态，包括：蓄电池（组）电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、 环境温度状态、故障报警等。

²光伏控制器按电路方式的不同，可分为并联型、串联型、脉宽调制型、多路控制型等；

²按组件输入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；

光伏控制器性能特点：

1、 小功率光伏控制器

v  控制器的主要开关器件；

v  运用脉冲宽度调制（PWM)控制技术；

v  具有单路、双路负载输出和多种工作模式；

v  具有多种保护功能；

v  系统工作状况、蓄电池的剩余电量等的变化；

v  具有温度补偿功能

2、中功率光伏控制器

v  负载电流大于15A的控制器为中功率控制器。

v  系统状态显示；

v  可编程设定负载的控制方式；

v  多种保护功能；

v  浮充电压的温度补偿功能；

v  具有快速充电功能；

v  普通充放电工作模式、光控开/关、光控开/时控关工作模式

3、大功率光伏控制器

大功率光伏控制器采用微电脑芯片控制系统，控制功能更强，可实现复杂过程控制。

光伏控制器主要技术参数：

系统电压、最大充电电流、太阳电池方阵输入路数、电路自身损耗、充满断开或过压关断电压（HVD) 、欠压断开或欠压关断电压（LVD)、蓄电池充电浮充电压、温度补偿、使用或工作环境温度范围、其他保护功能

控制器的额定负载电流：

即控制器输出到直流负载或逆变器的直流输出电流。该数据要满足负载或逆变器的输入要求。

四、可完成实验项目

1）太阳能电池发电原理与特性曲线

2）太阳能电池组件串并联输出特性

3）光伏自动跟踪与控制原理

4）离网光伏发电系统的组成

5）并网光伏发电系统的组成

6）蓄电池的充放电特性

7）太阳能控制器的原理与功能

8）离网逆变器的原理与功能

9）并网逆变器的原理与功能

10）触摸屏软件监控与编程

11）上位机软件开发与通讯