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2023年10月15日

光伏发电系统实验平台（教学实验型）光伏发电原理实训装置

SB-XNY03光伏发电系统实验平台

一、系统概述

光伏发电原理实训装置主要由光伏装置、逐日系统装置、控制装置（含控制器、逆变器）、仪表与负载单元、监控系统组成，如图1所示。

光伏发电实训系统采用模块式结构，各装置和系统具有独立的功能，可以组合成光伏发电实训系统。使用铝合金框架。

二、技术参数：

实训台工作电源：AC220V±10% 50Hz

工作环境：环境温度范围为-20℃～+45℃ 相对湿度＜85%

外形尺寸：1、实训台：1280mm×600mm×1680mm

2、逐日系统：1050*1400*1640mm

三、各单元介绍

1、光伏跟踪装置

（1）光伏跟踪装置的组成

光伏跟踪装置系统含PLC控制单元、触摸屏、控制系统。光伏供电装置主要由光伏电池组件、光线传感器、投射灯底座支架等设备与器件组成。

4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵，模拟光源：采用2盏300W的投射灯安装在支架上，采用涡轮蜗杆结构（0-60CM可调）、电压220V、最大功率300W。

（2）光伏发电装置

光伏发电装置主要由4块10W的太阳能光伏板组成，可进行并联连接或者串联连接。其主要参数如下

光伏电池组件的主要参数为：

额定功率 4*20W

开路电压：21.87 V（并联），4*18.00V（串联）

短路电流：4*0.31A（并联），0.28A（串联）

工作环境温度45℃±2℃。

（3）光线传感器、光线传感器控制盒

逐日系统光源检测部分采用数字化光源检测技术。采用高档CPU、光敏传感器和硅光电池集合设计。本控制盒是专用于交流24V云台的太阳跟踪控制，其采用24V交流输入，可输出四个方位的控制电压给云台，一般云台的方位控制是一根公正，左右上下各四个，本控制盒就是依些配置。

控制盒中，方位检测与继电器控制一体集成在电路板内。小巧，美观，质量可靠。

跟踪精度可达1度，同时锁定性能良好。技术成熟，属不断改进而形成的最终控制方案。

2、实验实训台

实验实训台采用铝合金设计，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，造形美观大方；设有吊柜，用于放置工具、存放挂箱及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。

（1）电源控制屏

电源控制屏提供1路单相220V交流电源、1路0-30V直流稳压电源（2A）、铅酸蓄电池（蓄电池组选用2节阀控密封式铅酸蓄电池，主要参数：容量 12V、7Ah）、900Ω×2/0.41A的双层瓷盘可调电阻。光源控制模块（控制光源）。电源系统监测系统：至少配置4通道模拟量输入（0-3V）；4通道数字量输入（光耦隔离）；3通道继电器输出（220V,1A）；2路DA输出（0-3V）；带标准以太网接口（有LED指示其工作状态）；有RS485接口、CAN接口（专用隔离模块）；4位数码管显示；带ARM的仿真与下载口；USB2.0接口（RS232接口）；接基于串口协议的无线模块，模块可更换（带天线,工业级）；位机PC以太网监控程序，可远程直接采集操作本模块的硬件资源；提供多种传感器模块供用户选配，可远程控制系统的电源。

（2）网孔板及安装模块

提供网孔板、直流仪表（电压表、电流表、具有通信接口）、交流仪表（电压表、电流表、功率表三合一、具有通信接口）、直流负载（警示灯、节能灯）、交流负载（白炽灯、风机）、触摸屏、离网逆变器、并网逆变器、风光互补控制器。

(3)仪表

1.直流电压表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，1000V档位显示格式：999.9，显示单位：V；100V档位显示：99.99，显示单位：V；10V档位显示：9.999，显示单位：V；采用透明面板设计。正反驳接误差不大于5个字。

2.直流电流表

具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm*96mm、精度：0.5级，5A档位：4.999，显示单位：mA；1000mA档位：999.9，显示单位：mA；100mA档位：99.99，显示单位：mA。采用透明面板设计，全量程内阻0.1毫欧。

（4）交流仪表参数

功率及功率因数表由24位专用DSP、16位高精度AD转换器和高速MPU单元设计而成，通过键控、数显窗口实现人机对话功能控制模式。软件上采用RTOS设计思路，同时配有PC监控软件来加强分析能力。能测量电路的功率、功率因数。功率测量精度为1.0级，功率因数测量范围0.3-1.0，电压电流量程为450V和5A，能自动判别负载性质，并可存储测量数据，供随时查阅。

（5）可编程控制系统

采用兼容西门子可编程控制器CPU224，配下载线与开发环境。

（6）并网逆变器

AC标准电压范围：90V～140V/180V～260VAC

AC频率范围：55Hz～63Hz/45Hz～53Hz

并网输出功率：400W

输出电流总谐波失真：THDIAC <5%

相位差：<1%

孤岛效应保护：VAC;f AC

输出短路保护：限流

显示方式：LED

待机功耗：<2W

夜间功耗：<1W

环境温度范围：-25 ℃～60℃

环境湿度：0～99%(Indoor Type Design)

高性能自动功率点追踪（MPPT）

强大的MPPT算法，以优化来自太阳能电池板的功率收集，可精确地捕捉及锁定最大输出功率点，使发电量大幅提高到大于25%以上。

电力输出:（逆向电力传输）

高效的电力逆向传输技术，逆变器在并网输出模式时电力以反方向电力传输，自动检测电路中的负载并优先进行使用，用不完的电力才向电网逆方向传输供应到其他地方使用，电力传输率可达99.9%。在光伏发电应用系统中使输出效率更高。

(7)离网逆变器

输出	输出电压	220VAC
	功率	300W
	瞬间功率	600W
	输出波形	纯正弦波
	输出频率	50Hz/60Hz
	输出电压误差值	low & high 10%
	空载电流	<0.6A
	效率	>88%
	USB 输出电压（外置）	5V
	LED 显示	显示工作状态，和错误状态
	输入电压	20-28VDC
	工作电压	24VDC
	保险丝	35A
保护	低压报警	20.5+0.3V
	低压关断	20+0.5V
	过压关断	30+0.5V
	过载关断	360W over 10 seconds
	过热保护	>75℃
	过热	输出自动关闭
	工作温度	‘-10℃ and +50℃之间
	有软启动功能

(8)触摸屏

带通信线与开发环境。

分辨率	600X800
处理器	CPU	显示器尺寸(寸)	7
产品认证	CCC	工作温度	0-65
显示器类型	液晶	显示色彩	彩色
输入方式	触摸屏输入	输入电压(V)	24

（9）控制器

采用专业MCU微处理器控制，真正实现充电、放电的智能化控制；采用低损耗、长寿命的MOSFET作为控制器的主要开关器件；光伏充电（PWM）技术，充电效率更高；运行状态、故障指示灯指示；多种控制模式：光控开光控关模式/光控开时控关模式/无光控时控的自动模式；输出吸收回路，可带感性负载；记忆功能，控制器失电重新上电后，自动按失电前的模式工作；完善的保护功能；蓄电池防反接；自动刹车功能；数字显示等功能；具体参数如下：

额定输入电压 (VDC)		12/24
欠压保护 (VDC)		≤21.6
欠压恢复 (VDC)		≥24.6
过压保护 (VDC)		≥33.0
太阳能输入
最大开路电压 (VDC)		50
光控开、关灯	开灯电压 (VDC)	≤7.0
	关灯电压 (VDC)	≥14.0
浮充电压 (VDC)		27.4
过充保护电压 (VDC)		≥28.8
充电恢复电压 (VDC)		≤26.4
直流输出
输出路数 (N)		2路
额定输出电流	负载1 (A)	2.5~15
	负载2 (A)	2.5~15
过载能力		120%过载 60秒关闭输出/150%过载 10s关闭输出
控制模式		光控模式 / 时控模式 / 自动控制模式
串口通信		RS485（A、B）
机械尺寸、工作环境
尺寸 (深 x 宽 x 高)		230 x 145 x 75
参考重量 (Kg)		6
防护等级		IP41
使用海拔 (m)		≤3000
温度范围 (℃)		-20 ~ +65

（10）负载系统的组成

设备配置有直流负载（红色警示灯：供电DC24V尺寸直径72mm*高44mm、LED节能灯：AC/DC24V，额定功率：2W，色温：6500K正白）和交流220V负载（白炽灯、风机）

3、监控系统

1)监控系统组成

监控系统主要由触摸屏、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、组态软件组成。

2)监控系统功能

通信

触摸屏、PLC之间进行通信，监控自动跟踪过程与PLC、仪表等之间进行通信。

4、智慧教室综合测控系统

该系统采用一体化设计，要求所有功能集中在一块核心控制器上，禁止采用多种模块拼装，确保使用人员的人身安全及设备安全的性能指标

（一）、虚拟示波器所需实现的功能：50MHz 2路波形测量功能；

（二）2路逻辑分析仪功能；

（三）1路任意波形信号发生器输出；

200MSa/s高速实时采样，50MHz带宽，波形测量完全满足教学实验要求，波形平滑不失真。

（四）2路PWM脉冲信号发生器：可设置频率、占空比。

（五）、万用表功能

1、万用表的电阻测量功能；

2、万用表的直流电压测量功能；

3、万用表的交流电压测量功能；

4、万用表的交流电流测量功能；

（六）、人机界面功能

*1、人机界面显示所测量的波形，并显示相应的量测值；

*2、可通过点击界面按钮，将所测量的波形插入实验报告模板中；

*3、学生的实验报告结果可通过点击界面按钮，统一上传到指定的教师电脑文件夹下；

（七）、实验室安全监控功能

1、环境参数测量：可同时测量显示温湿度、CO2浓度和PM2.5；

2、电气参数测量：可测量控制台电压电流，并计算出功率；

3、过流、过压、欠压（阀值可设置）报警跳闸保护；

4、安全防护：实验室环境安全监控装置（PM2.5、烟雾、可燃气体、温湿度及CO2浓度异常（火警）报警）；5、节电功能：长期无人实验时，自动关闭总闸开关，实现安全和节电效果；

四、设备整体情况

1）采用发光（光谱）接近太阳光的灯来模拟太阳光。使得实训项目随时都可以进行。从而不需要受天气变化的限制。

2）强调工程实用性，采用电池板（40W）、智能控制器、蓄电池、要求均与现场应用中一样，使学生深刻理解太阳能光伏发电的现场应用。