一、系統(tǒng)概述

光伏發(fā)電原理實(shí)訓(xùn)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(fù)載單元、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。

光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。使用鋁合金框架。

二、技術(shù)參數(shù)：

實(shí)訓(xùn)臺(tái)工作電源：AC220V±10% 50Hz

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

外形尺寸：1、實(shí)訓(xùn)臺(tái)：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(shè)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(jié)構(gòu)（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(yáng)能光伏板組成，可進(jìn)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(cè)部分采用數(shù)字化光源檢測(cè)技術(shù)。采用高檔CPU、光敏傳感器和硅光電池集合設(shè)計(jì)。本控制盒是專用于交流24V云臺(tái)的太陽(yáng)跟蹤控制，其采用24V交流輸入，可輸出四個(gè)方位的控制電壓給云臺(tái)，一般云臺(tái)的方位控制是一根公正，左右上下各四個(gè)，本控制盒就是依些配置。

控制盒中，方位檢測(cè)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(dá)1度，同時(shí)鎖定性能良好。技術(shù)成熟，屬不斷改進(jìn)而形成的最終控制方案。

2、 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)采用鋁合金設(shè)計(jì)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，造形美觀大方；設(shè)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(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(wú)線模塊，模塊可更換（帶天線,工業(yè)級(jí)）；位機(jī)PC以太網(wǎng)監(jiān)控程序，可遠(yuǎn)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(yuǎn)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(fù)載（警示燈、節(jié)能燈）、交流負(fù)載（白熾燈、風(fēng)機(jī)）、觸摸屏、離網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)逆變器、風(fēng)光互補(bǔ)控制器。

(3)儀表

    1.直流電壓表

具有通信接口、具有手動(dòng)自動(dòng)量程、工業(yè)級(jí)柜裝48mm*96mm、精度：0.5級(jí)，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(shè)計(jì)。正反駁接誤差不大于5個(gè)字。

2.直流電流表

具有通信接口、具有手動(dòng)自動(dòng)量程、工業(yè)級(jí)柜裝48mm*96mm、精度：0.5級(jí)，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(shè)計(jì)，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M(fèi)PU單元設(shè)計(jì)而成，通過鍵控、數(shù)顯窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能控制模式。軟件上采用RTOS設(shè)計(jì)思路，同時(shí)配有PC監(jiān)控軟件來(lái)加強(qiáng)分析能力。能測(cè)量電路的功率、功率因數(shù)。功率測(cè)量精度為1.0級(jí)，功率因數(shù)測(cè)量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動(dòng)判別負(fù)載性質(zhì)，并可存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，供隨時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)保護(hù)：    VAC;f AC

輸出短路保護(hù)：    限流

顯示方式： LED

待機(jī)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(dòng)功率點(diǎn)追蹤（MPPT）

強(qiáng)大的MPPT算法，以優(yōu)化來(lái)自太陽(yáng)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(diǎn)，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(shù)，逆變器在并網(wǎng)輸出模式時(shí)電力以反方向電力傳輸，自動(dòng)檢測(cè)電路中的負(fù)載并優(yōu)先進(jìn)行使用，用不完的電力才向電網(wǎng)逆方向傳輸供應(yīng)到其他地方使用，電力傳輸率可達(dá)99.9%。在光伏發(fā)電應(yīng)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(shí)現(xiàn)充電、放電的智能化控制；采用低損耗、長(zhǎng)壽命的MOSFET作為控制器的主要開關(guān)器件；光伏充電（PWM）技術(shù)，充電效率更高；運(yùn)行狀態(tài)、故障指示燈指示；多種控制模式：光控開光控關(guān)模式/光控開時(shí)控關(guān)模式/無(wú)光控時(shí)控的自動(dòng)模式；輸出吸收回路，可帶感性負(fù)載；記憶功能，控制器失電重新上電后，自動(dòng)按失電前的模式工作；完善的保護(hù)功能；蓄電池防反接；自動(dòng)剎車功能；數(shù)字顯示等功能；具體參數(shù)如下：

（10）負(fù)載系統(tǒng)的組成

設(shè)備配置有直流負(fù)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(fù)載（白熾燈、風(fēng)機(jī)）

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(jìn)行通信，監(jiān)控自動(dòng)跟蹤過程與PLC、儀表等之間進(jìn)行通信。

4、智慧教室綜合測(cè)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，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(shè)備安全的性能指標(biāo)
（一）、虛擬示波器所需實(shí)現(xiàn)的功能：50MHz   2路波形測(cè)量功能；
（二）2路邏輯分析儀功能；
（三）1路任意波形信號(hào)發(fā)生器輸出；
200MSa/s高速實(shí)時(shí)采樣，50MHz帶寬，波形測(cè)量完全滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，波形平滑不失真。
（四）2路PWM脈沖信號(hào)發(fā)生器：可設(shè)置頻率、占空比。
（五）、萬(wàn)用表功能
1、萬(wàn)用表的電阻測(cè)量功能；
2、萬(wàn)用表的直流電壓測(cè)量功能；
3、萬(wàn)用表的交流電壓測(cè)量功能；
4、萬(wàn)用表的交流電流測(cè)量功能；
（六）、人機(jī)界面功能
*1、人機(jī)界面顯示所測(cè)量的波形，并顯示相應(yīng)的量測(cè)值；
*2、可通過點(diǎn)擊界面按鈕，將所測(cè)量的波形插入實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板中；
*3、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果可通過點(diǎn)擊界面按鈕，統(tǒng)一上傳到指定的教師電腦文件夾下；
（七）、實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)控功能
1、環(huán)境參數(shù)測(cè)量：可同時(shí)測(cè)量顯示溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
2、電氣參數(shù)測(cè)量：可測(cè)量控制臺(tái)電壓電流，并計(jì)算出功率；
3、過流、過壓、欠壓（閥值可設(shè)置）報(bào)警跳閘保護(hù)；
4、安全防護(hù)：實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全監(jiān)控裝置（PM2.5、煙霧、可燃?xì)怏w、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報(bào)警）；5、節(jié)電功能：長(zhǎng)期無(wú)人實(shí)驗(yàn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉總閘開關(guān)，實(shí)現(xiàn)安全和節(jié)電效果；

四、設(shè)備整體情況

1）采用發(fā)光（光譜）接近太陽(yáng)光的燈來(lái)模擬太陽(yáng)光。使得實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目隨時(shí)都可以進(jìn)行。從而不需要受天氣變化的限制。

2）強(qiáng)調(diào)工程實(shí)用性，采用電池板（40W）、智能控制器、蓄電池、要求均與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中一樣，使學(xué)生深刻理解太陽(yáng)能光伏發(fā)電的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

3）各個(gè)部分是完全獨(dú)立的，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中可根據(jù)自己對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用的理解自己動(dòng)手連接。

4）采用標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用實(shí)訓(xùn)：太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)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(shí)訓(xùn)器材。

8)提供實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作說(shuō)明書，采用Labview設(shè)計(jì)，提供實(shí)驗(yàn)管理軟件。

五、可完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.太陽(yáng)能電池發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)

2.光伏電池的I-U特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

3.環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)

4.太陽(yáng)能電池組件和蓄電池的選擇

5.太陽(yáng)能電池自動(dòng)追光系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

6.控制器工作原理實(shí)驗(yàn)

7.控制器充放電保護(hù)實(shí)驗(yàn)

8.太陽(yáng)能路燈實(shí)驗(yàn)

9.太陽(yáng)能警示燈實(shí)驗(yàn)

10.離網(wǎng)逆變器逆變實(shí)驗(yàn)

11.并網(wǎng)逆變器逆變實(shí)驗(yàn)