光伏離并網(wǎng)追日發(fā)電實驗系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述

光伏發(fā)電原理實訓裝置主要由光伏裝置、逐日系統(tǒng)裝置、控制裝置（含控制器、逆變器）、儀表與負載單元、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。

光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)采用模塊式結構，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實訓系統(tǒng)。使用鋁合金框架。

二、技術參數(shù)：

實訓臺工作電源：AC220V±10% 50Hz

工作環(huán)境：環(huán)境溫度范圍為-20℃～+45℃ 相對濕度＜85%

外形尺寸：1、實訓臺：1280mm×600mm×1680mm

          2、逐日系統(tǒng)：1050*1400*1640mm

三、各單元介紹

1、 光伏跟蹤裝置

（1）光伏跟蹤裝置的組成

光伏跟蹤裝置系統(tǒng)含PLC控制單元、觸摸屏、控制系統(tǒng)。光伏供電裝置主要由光伏電池組件、光線傳感器、投射燈底座支架等設備與器件組成。

4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣，模擬光源：采用2盞300W的投射燈安裝在支架上，采用渦輪蝸桿結構（0-60CM可調(diào)）、電壓220V、最大功率300W。

（2）光伏發(fā)電裝置

光伏發(fā)電裝置主要由4塊10W的太陽能光伏板組成，可進行并聯(lián)連接或者串聯(lián)連接。其主要參數(shù)如下

光伏電池組件的主要參數(shù)為：

額定功率  4*20W

開路電壓：21.87 V（并聯(lián)），4*18.00V（串聯(lián)）

短路電流：4*0.31A（并聯(lián)），0.28A（串聯(lián)）

工作環(huán)境溫度45℃±2℃。

（3）光線傳感器、光線傳感器控制盒

逐日系統(tǒng)光源檢測部分采用數(shù)字化光源檢測技術。采用高檔CPU、光敏傳感器和硅光電池集合設計。本控制盒是專用于交流24V云臺的太陽跟蹤控制，其采用24V交流輸入，可輸出四個方位的控制電壓給云臺，一般云臺的方位控制是一根公正，左右上下各四個，本控制盒就是依些配置。

控制盒中，方位檢測與繼電器控制一體集成在電路板內(nèi)。小巧，美觀，質(zhì)量可靠。

跟蹤精度可達1度，同時鎖定性能良好。技術成熟，屬不斷改進而形成的最終控制方案。

2、 實驗實訓臺

實驗實訓臺采用鋁合金設計，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結構堅固，造形美觀大方；設有吊柜，用于放置工具、存放掛箱及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。

（1）電源控制屏

電源控制屏提供1路單相220V交流電源、1路0-30V直流穩(wěn)壓電源（2A）、鉛酸蓄電池（蓄電池組選用2節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數(shù)：容量   12V、7Ah）、900Ω×2/0.41A的雙層瓷盤可調(diào)電阻。光源控制模塊（控制光源）。電源系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)：至少配置4通道模擬量輸入（0-3V）；4通道數(shù)字量輸入（光耦隔離）；3通道繼電器輸出（220V,1A）；2路DA輸出（0-3V）；帶標準以太網(wǎng)接口（有LED指示其工作狀態(tài)）；有RS485接口、CAN接口（專用隔離模塊）；4位數(shù)碼管顯示；帶ARM的仿真與下載口；USB2.0接口（RS232接口）；接基于串口協(xié)議的無線模塊，模塊可更換（帶天線,工業(yè)級）；位機PC以太網(wǎng)監(jiān)控程序，可遠程直接采集操作本模塊的硬件資源；提供多種傳感器模塊供用戶選配，可遠程控制系統(tǒng)的電源。

（2）網(wǎng)孔板及安裝模塊

提供網(wǎng)孔板、直流儀表（電壓表、電流表、具有通信接口）、交流儀表（電壓表、電流表、功率表三合一、具有通信接口）、直流負載（警示燈、節(jié)能燈）、交流負載（白熾燈、風機）、觸摸屏、離網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)逆變器、風光互補控制器。

(3)儀表

    1.直流電壓表

具有通信接口、具有手動自動量程、工業(yè)級柜裝48mm*96mm、精度：0.5級，1000V檔位顯示格式：999.9，顯示單位：V；100V檔位顯示：99.99，顯示單位：V；10V檔位顯示：9.999，顯示單位：V；采用透明面板設計。正反駁接誤差不大于5個字。

2.直流電流表

具有通信接口、具有手動自動量程、工業(yè)級柜裝48mm*96mm、精度：0.5級，5A檔位：4.999，顯示單位：mA；1000mA檔位：999.9，顯示單位：mA；100mA檔位：99.99，顯示單位：mA。采用透明面板設計，全量程內(nèi)阻0.1毫歐。

（4）交流儀表參數(shù)

功率及功率因數(shù)表由24位專用DSP、16位高精度AD轉(zhuǎn)換器和高速MPU單元設計而成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實現(xiàn)人機對話功能控制模式。軟件上采用RTOS設計思路，同時配有PC監(jiān)控軟件來加強分析能力。能測量電路的功率、功率因數(shù)。功率測量精度為1.0級，功率因數(shù)測量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動判別負載性質(zhì)，并可存儲測量數(shù)據(jù)，供隨時查閱。

（5）可編程控制系統(tǒng)

采用兼容西門子可編程控制器CPU224，配下載線與開發(fā)環(huán)境。

（6）并網(wǎng)逆變器

AC標準電壓范圍：90V～140V/180V～260VAC

AC頻率范圍：  55Hz～63Hz/45Hz～53Hz

并網(wǎng)輸出功率：400W

輸出電流總諧波失真：THDIAC <5%

相 位 差： <1%

孤島效應保護：    VAC;f AC

輸出短路保護：    限流

顯示方式： LED

待機功耗： <2W 

夜間功耗： <1W

環(huán)境溫度范圍：    -25 ℃～60℃

環(huán)境濕度： 0～99%(Indoor Type Design)

高性能自動功率點追蹤（MPPT）

強大的MPPT算法，以優(yōu)化來自太陽能電池板的功率收集，可精確地捕捉及鎖定最大輸出功率點，使發(fā)電量大幅提高到大于25%以上。

電力輸出:（逆向電力傳輸）

高效的電力逆向傳輸技術，逆變器在并網(wǎng)輸出模式時電力以反方向電力傳輸，自動檢測電路中的負載并優(yōu)先進行使用，用不完的電力才向電網(wǎng)逆方向傳輸供應到其他地方使用，電力傳輸率可達99.9%。在光伏發(fā)電應用系統(tǒng)中使輸出效率更高。

(7)離網(wǎng)逆變器

(8)觸摸屏

帶通信線與開發(fā)環(huán)境。

（9）控制器

采用專業(yè)MCU微處理器控制，真正實現(xiàn)充電、放電的智能化控制；采用低損耗、長壽命的MOSFET作為控制器的主要開關器件；光伏充電（PWM）技術，充電效率更高；運行狀態(tài)、故障指示燈指示；多種控制模式：光控開光控關模式/光控開時控關模式/無光控時控的自動模式；輸出吸收回路，可帶感性負載；記憶功能，控制器失電重新上電后，自動按失電前的模式工作；完善的保護功能；蓄電池防反接；自動剎車功能；數(shù)字顯示等功能；具體參數(shù)如下：

（10）負載系統(tǒng)的組成

設備配置有直流負載（紅色警示燈：供電DC24V尺寸直徑72mm*高44mm、LED節(jié)能燈：AC/DC24V，額定功率：2W，色溫：6500K正白）和交流220V負載（白熾燈、風機）

3、監(jiān)控系統(tǒng)

1)監(jiān)控系統(tǒng)組成

監(jiān)控系統(tǒng)主要由觸摸屏、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、組態(tài)軟件組成。

2)監(jiān)控系統(tǒng)功能

    通信

觸摸屏、PLC之間進行通信，監(jiān)控自動跟蹤過程與PLC、儀表等之間進行通信。

4、智慧教室綜合測控系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用一體化設計，要求所有功能集中在一塊核心控制器上，禁止采用多種模塊拼裝，確保使用人員的人身安全及設備安全的性能指標
（一）、虛擬示波器所需實現(xiàn)的功能：50MHz   2路波形測量功能；
（二）2路邏輯分析儀功能；
（三）1路任意波形信號發(fā)生器輸出；
200MSa/s高速實時采樣，50MHz帶寬，波形測量完全滿足教學實驗要求，波形平滑不失真。
（四）2路PWM脈沖信號發(fā)生器：可設置頻率、占空比。
（五）、萬用表功能
1、萬用表的電阻測量功能；
2、萬用表的直流電壓測量功能；
3、萬用表的交流電壓測量功能；
4、萬用表的交流電流測量功能；
（六）、人機界面功能
*1、人機界面顯示所測量的波形，并顯示相應的量測值；
*2、可通過點擊界面按鈕，將所測量的波形插入實驗報告模板中；
*3、學生的實驗報告結果可通過點擊界面按鈕，統(tǒng)一上傳到指定的教師電腦文件夾下；
（七）、實驗室安全監(jiān)控功能
1、環(huán)境參數(shù)測量：可同時測量顯示溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
2、電氣參數(shù)測量：可測量控制臺電壓電流，并計算出功率；
3、過流、過壓、欠壓（閥值可設置）報警跳閘保護；
4、安全防護：實驗室環(huán)境安全監(jiān)控裝置（PM2.5、煙霧、可燃氣體、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報警）；5、節(jié)電功能：長期無人實驗時，自動關閉總閘開關，實現(xiàn)安全和節(jié)電效果；

四、設備整體情況

1）采用發(fā)光（光譜）接近太陽光的燈來模擬太陽光。使得實訓項目隨時都可以進行。從而不需要受天氣變化的限制。

2）強調(diào)工程實用性，采用電池板（40W）、智能控制器、蓄電池、要求均與現(xiàn)場應用中一樣，使學生深刻理解太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)場應用。

3）各個部分是完全獨立的，學生在實訓過程中可根據(jù)自己對太陽能光伏發(fā)電應用的理解自己動手連接。

4）采用標準工業(yè)用電池板，可置于戶內(nèi)和戶外，角度可以調(diào)節(jié)。

5）提供多種模擬應用實訓：太陽能路燈、太陽能警示燈和逆變器等。

6）整體尺寸：1280mm*600mm*1680mm，網(wǎng)孔板不小于1200mm*600mm

7)帶吊柜用于防置實訓器材。

8)提供實驗臺操作說明書，采用Labview設計，提供實驗管理軟件。

五、可完成實驗項目

1.太陽能電池發(fā)電原理實驗

2.光伏電池的I-U特性測試實驗

3.環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)換影響實驗

4.太陽能電池組件和蓄電池的選擇

5.太陽能電池自動追光系統(tǒng)實驗

6.控制器工作原理實驗

7.控制器充放電保護實驗

8.太陽能路燈實驗

9.太陽能警示燈實驗

10.離網(wǎng)逆變器逆變實驗

11.并網(wǎng)逆變器逆變實驗