SZJ-XNY151型 太阳能光伏发电综合实训系统

一、系统概述：                        

    SZJ-XNY151型太阳能光伏发电综合实训系统，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。实验系统各部分通过电缆连接，可组成一套既能演示又能动手设计、安装、调试的光伏发电实训系统。

    中瓯牌太阳能光伏发电系统是太阳能光伏发电领域综合性经济型的教学实验与技能实训考核先进新能源教学设备。

二、技术参数：

  2.1、太阳能电池板

    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。

① 至大输出功率：4*10W

② 开路电压：21.24V（并联），4*21.24V（串联）

③ 短路电流：4*0.75A（并联），0.57A（串联）

  2.2、自动跟踪单元

① 跟踪方式：双轴全自动跟踪； 精度：±0.5°

② 水平回转角度：360° ；俯仰角度：180°

③ 控制器供电：DC 12V 蓄电池

④ 电机供电电源：DC 12V AC-DC电源模块

  2.3、照度计

量程：0-225Lx、200-2250Lx、2000-22500Lx和20K-225KLx（225000Lx）自动切换量程。

  2.4、含有电压表、电流表、温度表及湿度表

① 直流电压表0-200V、直流电流表2A各两只

② 交流电压表0-500V、交流电流表5A各一只

③ 温度、湿度表:温度测量范围：-50℃-+70℃  湿度测量范围：20%-90%

  2.5、蓄电池容量55Ah、电压12V

  2.6、环境监测模块技术指标

含有照度计、温度表、湿度表，单片机时钟系统，实现时间的显示

  2.7、13寸工控一体机，带触摸功能

① C P U:Intel 1037U 1.8GHz 22nm双核处理器TDP 17W超低功耗处理器

② 主 板:Intel M11工控固态节能主板

③ 内 存:1G DDR3 1333超高速内存,支持1333/1066MHz内存,至大可支持8GB。

④ 硬 盘:24G SSD固态硬盘

⑤ 显 卡:集成Intel  HD Graphics核心显卡,提供VGA、LVDS、双HDMI显示输出,LVDS支持双通道24bit,支持单独显示、双显复制、双显扩展。

⑥ 声 卡:集成ALC662 6声道高保真音频控制器

⑦ 网 卡:集成1个RTL千兆网卡,支持网络唤醒、PXE功能。

⑧ 电 源:外置电源（100V至220V宽幅电压，全球通用）

⑨ 显示屏:13寸LED工控屏 分辨率：1024*600

⑩ 触摸屏:台湾军工Touchkit 4线触摸屏，透光率高；性能稳定，触摸灵敏

⑾ 整机接口:4* USB 2.0接口,其中两个可支持USB3.0(需定制)，

⑿ 1* HDMI接口:1* VGA接口,1* RJ-45网络接口,1* Line out（绿色）,1* Mic（红色)

⒀ 2*COM串口,1* 12V DC_JACK输入接口

2.7.1 多媒体教学软件

    1、通过该软件可以系统性学习太阳能光伏硅材料、电池片、光伏组件、光伏组件附属材料、光伏应用产品等全部系列光伏知识内容。

    2、配备文字与动画展示并介绍从原材料至成品包括中间环节加工工艺等与使用方法。

    3、多媒体系统自带语音讲解，图、文、声并茂展示讲解、与系统所述文字同步播放，帮助教师对光伏发电课程教案的快速编写，提高学生对新能源专业知识快速掌握和快速学习。

4、多媒体软件组成

(1)太阳能光伏硅材料讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏电池使用的硅材料实物；

2、配备文字与动画展示各种材料的生产工艺与使用方法

3、目录（约11节）

① 光伏硅产品基本情况介绍

② 硅单质性质：包括硅的物理性质、化学性质、硅的分类与应用

③ 硅化合物性质：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的卤化物、三氯氢硅、硅烷等

④硅的生长原理及定型

⑤ 硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法

⑥ 多晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括冶金硅级制备、高纯多晶硅制备、铸造多晶硅制备

⑦ 单晶硅的制备及其缺陷和杂质：包括单晶硅生长、单晶硅的杂质与缺陷

⑧ 单晶硅与多晶硅加工方法

⑨ 硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料

⑩ 硅材料的测试与分析方法：包括导电型号测量、电阻率测量、少子寿命测量、霍尔系数的测定、迁移率的测量、化学性能分析、晶体结构分析等

⑾ 硅材料测试与分析依据标准（GB标准、UL标准、IEC标准、SEMI标准）

(2)太阳能光伏电池片讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏电池片；

2、配备文字与动画展示各种电池片的生产工艺与使用方法

3、目录（约9节）

① 太阳能电池片基本情况介绍

② 太阳能电池片基本结构分析

③ 太阳能电池片分类

④ 晶体硅太阳能电池片生产工艺：包括生产方法与生产设备介绍

⑤ 晶体硅太阳能电池片生产主要原材料

⑥ 太阳能电池片测试技术与方法：包括测试方法与测试设备介绍

⑦ 太阳能电池片测试依据标准

(3)太阳能光伏组件讲解与展示系统

1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件的生产工艺与使用方法

3、目录（约10节）

① 太阳能电池组件基本介绍

② 太阳能电池组件的分类及各种组件的优缺点

③ 太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备

④ 太阳电池组件的评定标准

⑤ 太阳能电池组件的测试方法与测试设备

⑥ 太阳能电池组件的发展方向

(4)太阳能光伏组件附属材料讲解与展示系统

主要功能

1、可以展示各种太阳能光伏光伏组件附属材料；

2、配备文字与动画展示各种光伏组件附属材料的生产工艺与使用方法

3、目录（约7节）

① 太阳能组件附属设施情况介绍

② 太阳能组件对钢化玻璃的具体要求

③ 太阳能组件对支架铝型材的具体要求

④ 太阳能组件对EVA封胶的具体要求

⑤ 太阳能组件对TPT背板的具体要求

⑥ 太阳能组件附属设施检测方法

⑦ 太阳能组件附属设施测试标准

（5）展示与讲解内容目录（图、文、声并茂）：

5.1 太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约5课）

5.1.1 太阳能发电系统：

5.1.2 家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机

5.1.3 太阳能便携电源：

5.1.4 太阳能杀虫灯

5.1.5 太阳能警示灯

5.1.6 太阳能野营灯

5.2 太阳能光伏发电基本原理

5.3 太阳能光伏发电系统组成部分介绍

5.4 太阳能光伏发电系统设计方法

5.5 太阳能光伏电站施工建设方法

5.6 逆变器基本原理介绍

5.7 控制器基本原理介绍

2.8、太阳能离网发电模块技术指标

① 波型类别：纯正弦波

② 输入电压：DC9.7-14.4V

③ 输出电压：AC220±5%和5V

④ 欠压保护：9.6V±0.2V

⑤ 过压保护：14.4V±0.2V

⑥ 输出功率：500W

⑦ 峰值功率：1000W

⑧ 输出波形:正弦波

2.9、太阳能并网发电模块技术指标

    并模块具有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至大功率点；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。

2.9.1、 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，向至大功率点加大输出功率，重启至多为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，所需的时间为10分钟。

◆ 宽电压输入：18-55VDC

◆ 输出功率  ：300W

◆ 二级功率变压转换

◆ 高频双向并网，单向并网功能

◆ 高频直接调制，AC半波合成

◆ 双向并网方式：直接负载消耗，逆向传输AC电流

◆ 单向并网方式：直接负载消耗，禁止逆向传输AC电流

 2.9.2、多频率输出功能，可适用于50Hz/60Hz频率的AC交流电

◆ 频率范围：45Hz~63Hz

◆ 直接连接到太阳能电池板（不需要连接电池）

  2.10、太阳能控制器技术指标：

    控制器相关参数：（12V/24V自动切换系统）
    （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。

  2.11、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 LED灯

    （2）AC220V交流负载四组。（感性负载1组，阻性负载3组）

         1）感性负载有：220V直流风扇

         2）阻性负载：220V交通灯.220V 3WLED灯、220V/28WLED灯

    （3）可调稳压电源（0-30V，0-2A）。

    （4）可调电阻箱技术参数如下：

         1）阻值范围：10欧-99.99K

         2）误差范围：±1%

    （5）USB接口电压输出：可为电子设备提供5V直流稳压电源。

  2.12、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；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。

    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；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！设备时间管理包含年月日时间的显示。可设备相应过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定等7大保护功能数值。

三、可完成的实验内容：

实验一 太阳能电池板特性实验系列

    1-1、太阳能电池板开路电压测试实验；

    1-2、太阳能电池板短路电流测试实验；

    1-3、太阳能电板I-V特性测试实验；

    1-4、太阳能电池板至大输出功率计算实验；

    1-5、太阳能电池板填充因子计算实验；

    1-6、太阳能电池板转换效率测量实验；

    1-7、开路电压与相对光强的函数关系实验；

    1-8、短路电流与相对光强的函数关系实验；

    1-9、太阳能电池板P-V特性测试实验；

    1-10、太阳能电池板暗伏安特性测试实验；

    1-11、太阳能组件输出特性测试实验；

    1-12、串联电阻对填充因子的影响测试实验；

    1-13、并联电阻对填充因子的影响测试实验；

    1-14、太阳能电池光谱特性测试实验；

    1-15、太阳能电池板的串联开路电压测试实验；

    1-16、太阳能电池板的串联短路电流测试实验；

    1-17、太阳能电池板的并联开路电压测试实验；

    1-18、太阳能电池板的并联短路电流测试实验；

    1-19、负载特性测试实验。

实验二 太阳能自动跟踪实验系列

    2-1、逐日系统原理实验；

    2-2、太阳光跟踪定位传感器原理实验；

    2-3、环境对光伏转换影响实验；

    2-4、跟踪控制器操作实验；

    2-5、传动执行机构接线实训；

    2-6、太阳能光控跟踪实验；

    2-7、太阳能光控-时控跟踪实验；

    2-8、太阳能电池组件环境监测实验。

实验三 太阳能蓄电池控制器实验系列

    3-1、太阳能蓄电池充电控制实验；

    3-2、控制器充放电保护实验；

    3-3、蓄电池电压、电流测试实验；

    3-4、蓄电池电量估测实验；

    3-5、控制电池电流流入、输出实验；

    3-6、控制器环境温度测量实验；

    3-7、控制器光控-时控输出实验。

实验四 太阳能应用实验系列

    4-1、太阳能交、直流风扇实验；

    4-2、太阳能路灯实验；

    4-3、太阳能警示灯实验；

    4-4、太阳能充电器实验；

    4-5、太阳能可变阻抗负载实验。

实验五 太阳能负载实验系列

    5-1、至大输出电流实验；

     5-2、至大输出功率实验；

    5-3、在不同恒压状态下电流特性；

    5-4、在不同恒流状态下电压特性。

实验六 太阳能光伏逆变器实验系列

    6-1、逆变器的工作原理分析实验；

    6-2、输出电压、电流测试实验；

    6-3、至大输出功率的估算实验；

    6-4、过载或短路保护演示实验；

    6-5、输入电压防反接演示实验；

    6-6、输入电压范围测试实验；

    6-7、转换效率计算实验。