SB-GF03光伏發電教學實驗系統
一、系統概述
光伏發電實驗系統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；跟蹤裝置采用雙軸二維跟蹤系統，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發用電信息，并傳遞給觸摸屏，進行綜合監測，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定直流電源供系統實驗；
系統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電系統，也可以組成并網型光伏發電系統，主要提供于職高、大學、研究生、企業技工以太陽能發電為主課題的研究和培訓、是模擬太陽能發電的綜合性實驗平臺。
二、主要參數：
2.1、系統輔助電源
?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），4*21.24V（串聯）
?短路電流：4*0.62A（并聯），0.57A（串聯）
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（欠壓、運行）
（2）蓄電池工作狀態（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變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環節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，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歐連續可調,功率100W
2）誤差范圍：±1%
2.12 監控系統（工業觸摸屏）
?采用一體式工業控制主機；具有更靈活的擴展性，實時監測系統發電、用電與環境參數等信息；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
?組態軟件：MCGS嵌入式組態軟件（運行版）
?環境條件
?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，急停控制及漏電保護，安全符號國家標準
3.5）實驗室智慧用電安全控制系統
智能電源管理系統具有過溫、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可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統以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，液晶觸摸屏監測數值。能監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。控制：可在微信小程序中遠程控制智能開關的通斷。
3、PC端軟件：每個設備狀態信息顯示，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計；具有管理員信息修改與權限管理等功能。可一鍵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：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：
①包含監控管理：實時視頻監控每個教室，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，現場數據連接云平臺后臺數據庫管理。
3.6）新能源系統教學軟件
一、軟件要求
1、通過該軟件可以系統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節加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統所述文字同步播放，幫助教師對光伏發電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業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
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
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
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展方向
(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統
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（約5課時）
2.1.1 太陽能發電系統：
2.1.2 家用太陽能發電機直流系統多媒體電視機
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 太陽能光伏發電基本原理
2.3 太陽能光伏發電系統組成部分介紹
2.4 太陽能光伏發電系統設計方法
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：
在小型光伏系統中，用來保護蓄電池；在大中型系統中，起平衡光伏系統能量、保護蓄電池及整個系統正常運行等；
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顯示光伏發電系統的 各種工作狀態，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態、電池方陣工作狀態、輔助電源狀態、 環境溫度狀態、故障報警等。
2光伏控制器按電路方式的不同，可分為并聯型、串聯型、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 系統狀態顯示；
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，控制功能更強，可實現復雜過程控制。
光伏控制器主要技術參數：
系統電壓、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）太陽能電池發電原理與特性曲線
2）太陽能電池組件串并聯輸出特性
3）光伏自動跟蹤與控制原理
4）離網光伏發電系統的組成
5）并網光伏發電系統的組成
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）觸摸屏軟件監控與編程
11）上位機軟件開發與通訊
