光伏发电实验系统，太阳能发电实训装置

SG-GF02型 光伏发电实验系统

 

一、系统概述
本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
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
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
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 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)
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/17AH
2.8、太阳能控制器
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
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
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。
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。
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
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
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）
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）
    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
    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。

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

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