SB-SGT02A 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電教學(xué)實驗臺
一、 系統(tǒng)實訓(xùn)應(yīng)用范圍：
太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電教學(xué)實驗裝置、太陽能光伏實驗室設(shè)備主要針對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)轉(zhuǎn)化成電能的一種發(fā)電技術(shù)，太陽能光伏實驗室設(shè)備是通過模擬太陽光讓太陽能電池板發(fā)電。通過此類試驗讓學(xué)生了解光伏發(fā)電的原理，對光伏發(fā)電效能進行研究和負載特性試驗，提高學(xué)生的動手能力和實踐能力。太陽能光伏實驗裝置可完成：太陽能光伏并網(wǎng)、太陽能追光系統(tǒng)、太陽能蓄電池的基本性質(zhì)、光伏逆變器等多個實驗項目。
太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電教學(xué)實驗設(shè)備主要提供于職高、大學(xué)、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(xùn)。
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實訓(xùn)臺
二、技術(shù)參數(shù)
2.1、太陽能電池板
太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用3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(wǎng)方式。光照強度可調(diào)，太陽能電池仰角可調(diào)。
?最大輸出功率：100W*3塊
?開路電壓：35V（并聯(lián)）
?短路電流：3*3.25A（并聯(lián)）
?光 照 度：0-5000K
?仰角范圍：30-55度
2.2、照度計
?量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自動切換量程。
2.3、環(huán)境監(jiān)測模塊技術(shù)指標
?含有照度計、溫度表、濕度表，單片機時鐘系統(tǒng)，實現(xiàn)時間的顯示
2.4、15.6寸工控一體機，帶觸摸功能
?C P U：Intel? Celeron? J6412 2.0GHz 22nm雙核處理器TDP 20W超低功耗處理器
?主 板：Intel M11工控固態(tài)節(jié)能主板
?內(nèi) 存：8G DDR3 1333超高速內(nèi)存，支持1333/1066MHz內(nèi)存，最大可支持8GB。
?硬 盤：128G SSD固態(tài)硬盤
?顯 卡：集成Intel HD Graphics核心顯卡，提供VGA、LVDS、雙HDMI顯示輸出，LVDS支持雙通道24bit，支持單獨顯示、雙顯復(fù)制、雙顯擴展。
?聲 卡：集成ALC662 6聲道高保真音頻控制器
?網(wǎng) 卡：集成1個RTL千兆網(wǎng)卡,支持網(wǎng)絡(luò)喚醒、PXE功能。
?電 源：外置電源（100V至220V寬幅電壓，全球通用）
?顯示屏：15.6寸LED工控屏 分辨率：1920*1080
?觸摸屏：臺灣Touchkit 10點電容觸摸屏，透光率高；性能穩(wěn)定，觸摸靈敏
?整機接口：4* USB 2.0接口,其中兩個可支持USB3.0(需定制)，
?1* HDMI接口：1* VGA接口，1* RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口，1* Line out（綠色），1* Mic（紅色)
?3*COM串口，1* 12V DC_JACK輸入接口
系統(tǒng)狀態(tài)：
太陽能控制器（帶報警功能）：
?輸入電壓、電流、功率的數(shù)據(jù)顯示及動態(tài)曲線顯示
?輸出電壓、電流、功率的數(shù)據(jù)顯示及動態(tài)曲線顯示
?蓄電池：電壓數(shù)據(jù)顯示及動態(tài)曲線顯示
2.4.1光伏運維軟件
光伏運維系統(tǒng)是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的專用軟件，通過2.4G無線通訊技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，主要功能有設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)控、逆變器發(fā)電量數(shù)據(jù)監(jiān)控和設(shè)備發(fā)電量曲線分析圖。
?設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)控
系統(tǒng)通過電力載波通訊技術(shù)可以實時監(jiān)控每個微型微逆變器的工作狀態(tài)，用戶可以及時了解每個微型逆變器的工作情況，以便在故障或異常時能迅速作出響應(yīng)。
?設(shè)備控制功能
用戶可以通過運維監(jiān)控系統(tǒng)直接控制每個微逆變器，主要控制功能有關(guān)機、開機、調(diào)整功率等。
?設(shè)備發(fā)電量數(shù)據(jù)監(jiān)控
運維系統(tǒng)通過實時的電流、電壓、發(fā)電量、溫度采樣，實時計算得出每個微逆變器的發(fā)電數(shù)據(jù)并加以儲存。
?設(shè)備發(fā)電量曲線分析圖
運維系統(tǒng)通過實時采集的發(fā)電數(shù)據(jù)能為用戶及時繪制出每個或者多個微逆變器的功率曲線以供用戶分析發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電走勢。
?運維監(jiān)控軟件菜單介紹
1. 系統(tǒng)菜單；
2. 系統(tǒng)工具欄；
3. 系統(tǒng)頁面切換；
4. 系統(tǒng)發(fā)電量、收益、環(huán)境效益總覽；
5. 功率、發(fā)電量儀表；
6. 功率曲線圖；
7. 系統(tǒng)狀態(tài)提示欄；
8. 光伏電站設(shè)置工具欄；
9. 區(qū)域列表；
10. 微型逆變器列表；
11. 逆變器狀態(tài)；
12. 逆變器操作面板；
13. 歷史數(shù)據(jù)操作工具欄；
14. 歷史數(shù)據(jù)明細表格；
15. 日發(fā)電量柱形圖；
16. 月發(fā)電量柱形圖；
17. 年發(fā)電量柱形圖；
18. 系統(tǒng)涉資及日志工具欄；
19. 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置；
20. 系統(tǒng)日志顯示框；
2.5 并網(wǎng)逆變器：
并網(wǎng)逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結(jié)構(gòu)。DC－DC變換環(huán)節(jié)調(diào)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(wǎng)電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。
系統(tǒng)面板設(shè)有用來測量DC、AC相關(guān)參數(shù)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(diào)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，所需的時間為10分鐘。
?直接連接到太陽能電池板（不需要連接電池）
?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：300W
?輸出電流總諧波失真：THDIAC <5%
?相 位 差：<1%
?孤島效應(yīng)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。
MPPT追蹤圖
電力輸出:（逆向電力傳輸）
高效的電力逆向傳輸技術(shù)，專利技術(shù)之一，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(yīng)到其他地方使用，電力傳輸率可達99.9%。在光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)中使輸出效率更高。
并網(wǎng)湝波分量測試圖
仿真規(guī)劃軟件：
支持學(xué)生通過設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學(xué)習(xí)任務(wù)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表
在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時用能數(shù)據(jù)，合理布局"光伏發(fā)電""風(fēng)力發(fā)電""生物質(zhì)發(fā)電""淺層地?zé)嵩O(shè)施"設(shè)置各種產(chǎn)能模塊的產(chǎn)能參數(shù)，滿足區(qū)域用能需求，以完成需求側(cè)區(qū)域能源規(guī)劃方案的設(shè)計；
使用光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)、地?zé)?種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進行能源供應(yīng)模擬并能自動計算產(chǎn)能。
根據(jù)設(shè)施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過選擇不同型號規(guī)格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設(shè)計，主要包含參數(shù)有：方陣行數(shù)、方陣列數(shù)、組件安裝方式設(shè)計、傾角設(shè)計、逆變器數(shù)量、組件間距設(shè)計、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設(shè)置。
根據(jù)每小時的用電情況，實現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設(shè)計，并根據(jù)所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設(shè)成本以及模擬該分布式電站與負載的合并運行情況可設(shè)置不同容量大小的風(fēng)機，模擬風(fēng)力發(fā)電功率
根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(shù)據(jù)，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
模擬淺層地?zé)釗Q熱能力與埋管面積的關(guān)系；同時學(xué)生根據(jù)模擬數(shù)據(jù)需要，設(shè)置生物質(zhì)能建設(shè)所需面具，以滿足模擬建筑制冷制熱能耗需求；
學(xué)習(xí)生物質(zhì)發(fā)電過程中，通過生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強化學(xué)生對于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式學(xué)習(xí)。（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）并模擬白天時段，光伏發(fā)電設(shè)施每小時發(fā)電數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出白天每小時光伏發(fā)電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發(fā)電的量的特點；
根據(jù)逆變器、光伏組件的價格，風(fēng)機機組價格，地?zé)犭娬緝r格，生物質(zhì)電站價格對所設(shè)計的多能互補方案的建設(shè)總成本自動統(tǒng)計在初始化并部署完成后，展示整個區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值進行計算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；
能源數(shù)據(jù)報表中，通過模擬時間過程，以及設(shè)計好的方案，可以顯示各種能源的產(chǎn)能情況，包括：總產(chǎn)能、光伏發(fā)電量、風(fēng)力發(fā)電量、淺層地?zé)崮芰?、生物質(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。
根據(jù)用能模塊預(yù)設(shè)的用能參數(shù)，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產(chǎn)能設(shè)施的產(chǎn)能占比，并同步圖表顯示，包括總能耗、一般能耗、制冷制熱能耗等，有助于學(xué)生進行相應(yīng)能源的設(shè)計配比。
命名：學(xué)生可自行對設(shè)計方案進行命名或重命名
刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
系統(tǒng)組網(wǎng)能量圖
2.6基于物聯(lián)網(wǎng)實驗室安全用電智能控制系統(tǒng)
1、特點
當智能控制系統(tǒng)檢測到有漏電或觸電情景出現(xiàn)時，智能控制系統(tǒng)在0.1秒斷開連接，保證人身和財產(chǎn)安全；智能控制系統(tǒng)本身有故障指示燈，用戶可根據(jù)智能控制系統(tǒng)故障指示燈顯示判斷出當前故障狀態(tài)，便于處理；智能控制系統(tǒng)有掛鎖功能，需要檢修時，在掛鎖位置上鎖，★防止他人上電，檢修更安全?？梢圆杉F(xiàn)場輸出型裝置數(shù)據(jù)，通過多種物聯(lián)網(wǎng)通信方式上傳至云端，實現(xiàn)本地設(shè)備的遠程監(jiān)控。
2、功能
基于物聯(lián)網(wǎng)實驗室安全用電智能控制系統(tǒng)，可進行用電數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、存儲、分析、查詢等。運用前端數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將實時的用電數(shù)據(jù)展示在平臺上，并以圖表的形式提供可視化的用電信息查詢功能；運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時監(jiān)測用電設(shè)備和線路運行狀況，對異常狀況及時告警，從而預(yù)防電氣火災(zāi)；運用用電系統(tǒng)故障定位技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)并精準定位用電故障點，自動生成故障報告，協(xié)助用戶第一時間修復(fù)用電系統(tǒng)故障；運用電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)實時分析和評估電能質(zhì)量問題，并提供定制化的治理方案，協(xié)助用戶獲得優(yōu)質(zhì)電能；運用大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計、分析并挖掘基礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)發(fā)掘節(jié)能潛力，從而提供能效優(yōu)化方案。滿足用電管理系統(tǒng)可視、安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟的智慧用電模塊需求。
3、基于物聯(lián)網(wǎng)實驗室安全用電智能控制系統(tǒng)由執(zhí)行裝置與網(wǎng)機組成，技術(shù)參數(shù)分別為：
（1）執(zhí)行裝置技術(shù)參數(shù)
（1）極數(shù)：3P+N
（2）脫扣特性：C（5-10）In D（10-14）In
（3）額定電流：In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A
（4）額定電壓：Ue AC 230V/400V
（5）額定頻率f：50Hz
（6）額定短路分斷能力：Icu10kA
（7）殼架等級額定電流：Inm63A
（8）缺相保護：設(shè)備防燒毀保護模式
（9）漏電保護：元器件損壞保護模式
（10）過載保護：電流過大防燒毀模式
（11）短路保護：碰線防燒毀模式
（12）掛鎖保護：便于維修安全
（13）過溫保護：可監(jiān)測線路溫度
（14）過欠壓保護：防止造成人身事故和機械設(shè)備損壞
（15）漏電或觸電時0.1秒斷開
（16）故障指示燈，便于查看工作狀態(tài)
★（17）掛鎖功能，檢修更方便
（2）網(wǎng)機技術(shù)參數(shù)
（1）內(nèi)置STM32F103C8T6主控芯片
（2）外置8M無源晶振
（3）采用SP3485作為485通信芯片
（4）485防浪涌保護
（5）標準RS485接口，可直接串口設(shè)備
（6）智能型數(shù)據(jù)終端，便捷實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能
★（7）提供強大的中心管理軟件，方便設(shè)備管理
★（8）提供便捷的軟件升級和固件更新服務(wù)
★（9）提供數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份，方便查看歷史數(shù)據(jù)
（10）尺寸：89mm*67.5mm*20.5mm
（11）重量：70g
（12）電源：AC220V
（13）功耗：1.5W
（14）工作溫度：-25℃ - +70℃
（15）工作濕度：95%
（16）WiFi版最大下行傳輸速率：64kbps
（17）WiFi版最大上行傳輸速率：32kbps
三、教學(xué)及研究實訓(xùn)項目
2、1、 光伏能量變換實驗
實驗1、光伏陣列單元組成原理。
實驗2、太陽能光電池能量轉(zhuǎn)換組合原理。
實驗3、陣列電子最大功率跟蹤器原理。
實驗4、陣列匯流與防雷接地原理。
實驗5、陣列結(jié)構(gòu)件、防腐安裝原理。
實驗6、最大功率跟蹤器與光伏轉(zhuǎn)換提效實驗。
實驗7、在不同天氣和日照強度下光波對光伏轉(zhuǎn)換效率的影響實驗。
實驗8、在不同季節(jié)太陽運軌變換下對光伏能量轉(zhuǎn)換的影響實驗。
實驗9、在不同季節(jié)環(huán)境溫度變換下對光伏能量轉(zhuǎn)換的影響實驗。
實驗10、陣列低、中、高通過開關(guān)組合后能量變換實驗。
2、2、同步逆變電源實驗
實驗1、逆變電源單元組成原理。
實驗2、逆變電源MPPT的最大功率跟蹤控制方法的實驗。
實驗3、逆變電源輸出功率與光伏能量變換的實驗。
實驗4、MPPT與電子跟蹤器有效結(jié)合和分離控制方面的比較實驗。
實驗5、晴天，多云，陰雨天情況下逆變電源輸出交流電的波形、諧波含有率、功率因素的比較實驗。
實驗6、逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器應(yīng)在2s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，同時發(fā)出警示信號的防孤島效應(yīng)保護試驗。
實驗7、逆變電源直流輸入欠電壓控制實驗。
實驗8、輸入電壓為額定值，負荷滿載時距離設(shè)備水平位置1m處，的噪聲測試實驗。
2、3、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)軟件實驗
實驗1、在上位軟件里查看單站監(jiān)控項目：
◆ 直流電壓VDC、直流電流A、輸入功率KW
◆ 交流電壓VDC、交流電流A、輸出功率KW
◆ 日發(fā)電量KWh、日運行時數(shù)h min、總發(fā)電量KWh、總運行時數(shù)h、 Co2減排量Kg
◆ 系統(tǒng)運行狀態(tài) 正常/不正常
◆ 系統(tǒng)運行溫度 正常/不正常
◆ 系統(tǒng)監(jiān)控PC機狀態(tài) 正常/不正常
◆ 系統(tǒng)功率測試曲線
實驗2、在上位軟件里查看單站電量記錄項目：
◆ 設(shè)備編號1號機:
日發(fā)電度數(shù)、日運行時數(shù) h min、總發(fā)電量度數(shù)、總運行時數(shù)h
實驗3、在上位軟件里查看單站故障記錄項目：
◆ 設(shè)備編號1號機:
直流過壓、直流欠壓、直流過流
交流過壓、交流欠壓、交流過流
系統(tǒng)過載、頻率異常、孤島保護、ADC異常（快速檢測并網(wǎng)電壓，電流）、IPM故障、過流保護、過溫保護、溫度異常、DSP異常（數(shù)字信號處理器，將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號）
四、運行技術(shù)條件（單相輸出）
◆ 光伏陣列輸出電壓 17.5～40VDC
◆ 并網(wǎng)輸出電壓180～260VAC
◆ 并網(wǎng)頻率范圍47.8～51.2Hz
◆ 效率94.5%
◆ 功率因數(shù)>0.99
◆ 最大功率跟蹤10.8～28VDC
◆ 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
◆ 相對濕度﹤90﹪（25℃）
◆ 保護功能： 防雷、極性反接、短路、漏電、過熱、孤島效應(yīng)、過載保護、電網(wǎng)過欠壓、電網(wǎng)過欠頻保護、接地故障保護等。
3、系統(tǒng)單元組成
3、1、光伏陣列單元： 在室外修建約3平方米的平臺或者陽臺，安裝支架，鋪設(shè)總峰值功率為300W的光伏陣列。 在條件允許的情況下，光伏陣列可選用三種不同類型的太陽能電池進行實驗（單晶硅、多晶硅、非晶硅）。
3、2、逆變控制單元：系統(tǒng)根據(jù)實驗的需要，通過開關(guān)單元的開和關(guān)，最多可以實現(xiàn) 3臺不同型號和產(chǎn)地的并網(wǎng)逆變器同時運行，配備 同時并網(wǎng)通道，可滿足對比實驗和各種數(shù)據(jù)采集的需要。
3、3、開關(guān)控制單元：所有系統(tǒng)內(nèi)外單元的引線經(jīng)隔離開關(guān)接至各自的跳線端子上，在實驗過程中，一旦發(fā)生漏電、短路、過流、過熱情況，開關(guān)自動斷開電源，起到保護儀器儀表和人身的安全。
3、4、方陣連接單元：示意接線面板上,最小單元的引線經(jīng)隔離開關(guān)接至各自的跳線端子，根據(jù)實驗的需要，可以用跳線自由地組合成不同開路電壓17.5～60VDC ，峰值功率50～300W的系統(tǒng)。
3、5、顯示單元：方陣電壓、電流。逆向交流電壓、電流、頻率、功率、無功。正向交流電壓、電流、頻率。設(shè)備工作溫度、電池方陣溫度、實驗室溫度和濕度、實驗記時時鐘、逆向電量計量、正向電量計量。
3、6、并網(wǎng)監(jiān)控單元： 監(jiān)控裝置包括監(jiān)控主機、監(jiān)控軟件和顯示設(shè)備。本系統(tǒng)采用高性能工業(yè)控制PC機作為系統(tǒng)的監(jiān)控主機，配置光伏并網(wǎng)系統(tǒng)多機版監(jiān)控軟件，采用RS485通訊方式，可以實時獲取所有并網(wǎng)逆變器的運行參數(shù)和工作數(shù)據(jù)。
五、太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電教學(xué)實驗設(shè)備配置清單
序號 | 名 稱 | 數(shù)量 | 單位 |
1 | 并網(wǎng)操作實驗臺 | 1 | 臺 |
2 | 太陽能電池板 | 300 | W |
3 | 同步逆變電源 | 1 | 臺 |
4 | 支架 | 1 | 套 |
5 | 電線、電纜 | 1 | 套 |
6 | 實驗附件 | 1 | 套 |
