SB-SGT02A 太陽能光伏并網發電教學實驗臺
一、 系統實訓應用范圍：
太陽能光伏并網發電教學實驗裝置、太陽能光伏實驗室設備主要針對電子科學與技術專業實踐教學，光伏發電是利用半導體光生伏特效應轉化成電能的一種發電技術，太陽能光伏實驗室設備是通過模擬太陽光讓太陽能電池板發電。通過此類試驗讓學生了解光伏發電的原理，對光伏發電效能進行研究和負載特性試驗，提高學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、太陽能追光系統、太陽能蓄電池的基本性質、光伏逆變器等多個實驗項目。
太陽能光伏并網發電教學實驗設備主要提供于職高、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。
光伏并網發電系統實訓臺
二、技術參數
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。光照強度可調，太陽能電池仰角可調。
?最大輸出功率：100W*3塊
?開路電壓：35V（并聯）
?短路電流：3*3.25A（并聯）
?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、環境監測模塊技術指標
?含有照度計、溫度表、濕度表，單片機時鐘系統，實現時間的顯示
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工控固態節能主板
?內 存：8G DDR3 1333超高速內存，支持1333/1066MHz內存，最大可支持8GB。
?硬 盤：128G SSD固態硬盤
?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、雙顯復制、雙顯擴展。
?聲 卡：集成ALC662 6聲道高保真音頻控制器
?網 卡：集成1個RTL千兆網卡,支持網絡喚醒、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網絡接口，1* Line out（綠色），1* Mic（紅色)
?3*COM串口，1* 12V DC_JACK輸入接口
系統狀態：
太陽能控制器（帶報警功能）：
?輸入電壓、電流、功率的數據顯示及動態曲線顯示
?輸出電壓、電流、功率的數據顯示及動態曲線顯示
?蓄電池：電壓數據顯示及動態曲線顯示
2.4.1光伏運維軟件
光伏運維系統是太陽能發電系統的專用軟件，通過2.4G無線通訊技術實現數據通訊，主要功能有設備工作狀態監控、逆變器發電量數據監控和設備發電量曲線分析圖。
?設備工作狀態監控
系統通過電力載波通訊技術可以實時監控每個微型微逆變器的工作狀態，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。
?設備控制功能
用戶可以通過運維監控系統直接控制每個微逆變器，主要控制功能有關機、開機、調整功率等。
?設備發電量數據監控
運維系統通過實時的電流、電壓、發電量、溫度采樣，實時計算得出每個微逆變器的發電數據并加以儲存。
?設備發電量曲線分析圖
運維系統通過實時采集的發電數據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電系統的發電走勢。
?運維監控軟件菜單介紹
1. 系統菜單；
2. 系統工具欄；
3. 系統頁面切換；
4. 系統發電量、收益、環境效益總覽；
5. 功率、發電量儀表；
6. 功率曲線圖；
7. 系統狀態提示欄；
8. 光伏電站設置工具欄；
9. 區域列表；
10. 微型逆變器列表；
11. 逆變器狀態；
12. 逆變器操作面板；
13. 歷史數據操作工具欄；
14. 歷史數據明細表格；
15. 日發電量柱形圖；
16. 月發電量柱形圖；
17. 年發電量柱形圖；
18. 系統涉資及日志工具欄；
19. 系統參數設置；
20. 系統日志顯示框；
2.5 并網逆變器：
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
?并網輸出功率：300W
?輸出電流總諧波失真：THDIAC <5%
?相 位 差：<1%
?孤島效應保護：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
?環境溫度范圍：-25 ℃～60℃
?環境濕度：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，專利技術之一，逆變器在并網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先進行使用，用不完的電力才向電網逆方向傳輸供應到其他地方使用，電力傳輸率可達99.9%。在光伏發電應用系統中使輸出效率更高。
并網湝波分量測試圖
仿真規劃軟件：
支持學生通過設置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學習任務，并給出相應的數據報表
在3d地圖上，根據模擬的每小時用能數據，合理布局"光伏發電""風力發電""生物質發電""淺層地熱設施"設置各種產能模塊的產能參數，滿足區域用能需求，以完成需求側區域能源規劃方案的設計；
使用光伏、風力、生物質、地熱4種新能源并結合外部電力輸入以進行能源供應模擬并能自動計算產能。
根據設施地區經緯度與氣候參數，通過選擇不同型號規格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設計，主要包含參數有：方陣行數、方陣列數、組件安裝方式設計、傾角設計、逆變器數量、組件間距設計、組串串并聯的數量等完成區域光伏電站設置。
根據每小時的用電情況，實現戶式/小型分布式光伏電站的模擬設計，并根據所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設成本以及模擬該分布式電站與負載的合并運行情況可設置不同容量大小的風機，模擬風力發電功率
根據模擬時段內的氣溫數據，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
模擬淺層地熱換熱能力與埋管面積的關系；同時學生根據模擬數據需要，設置生物質能建設所需面具，以滿足模擬建筑制冷制熱能耗需求；
學習生物質發電過程中，通過生物質能電站的一系列參數，強化學生對于生物質能轉化公式學習。（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數*谷草比系數*殘余物能源利用可獲得系數/ 3600/365/24）并模擬白天時段，光伏發電設施每小時發電數據，體現出白天每小時光伏發電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發電的量的特點；
根據逆變器、光伏組件的價格，風機機組價格，地熱電站價格，生物質電站價格對所設計的多能互補方案的建設總成本自動統計在初始化并部署完成后，展示整個區域能源狀態，并根據預設值進行計算和輸出，根據輸出結果形成各類報表。包括總數據和日數據；
能源數據報表中，通過模擬時間過程，以及設計好的方案，可以顯示各種能源的產能情況，包括：總產能、光伏發電量、風力發電量、淺層地熱能量、生物質能發電量以及外部電力輸入等。
根據用能模塊預設的用能參數，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產能設施的產能占比，并同步圖表顯示，包括總能耗、一般能耗、制冷制熱能耗等，有助于學生進行相應能源的設計配比。
命名：學生可自行對設計方案進行命名或重命名
刪除：教師或學生可刪除方案
系統組網能量圖
2.6基于物聯網實驗室安全用電智能控制系統
1、特點
當智能控制系統檢測到有漏電或觸電情景出現時，智能控制系統在0.1秒斷開連接，保證人身和財產安全；智能控制系統本身有故障指示燈，用戶可根據智能控制系統故障指示燈顯示判斷出當前故障狀態，便于處理；智能控制系統有掛鎖功能，需要檢修時，在掛鎖位置上鎖，★防止他人上電，檢修更安全。可以采集現場輸出型裝置數據，通過多種物聯網通信方式上傳至云端，實現本地設備的遠程監控。
2、功能
基于物聯網實驗室安全用電智能控制系統，可進行用電數據采集、統計、存儲、分析、查詢等。運用前端數據可視化技術將實時的用電數據展示在平臺上，并以圖表的形式提供可視化的用電信息查詢功能；運用數據庫技術實時監測用電設備和線路運行狀況，對異常狀況及時告警，從而預防電氣火災；運用用電系統故障定位技術及時發現并精準定位用電故障點，自動生成故障報告，協助用戶第一時間修復用電系統故障；運用電能質量監測技術實時分析和評估電能質量問題，并提供定制化的治理方案，協助用戶獲得優質電能；運用大數據技術和行業數學模型統計、分析并挖掘基礎的用電數據，基于數據發掘節能潛力，從而提供能效優化方案。滿足用電管理系統可視、安全、可靠、優質和經濟的智慧用電模塊需求。
3、基于物聯網實驗室安全用電智能控制系統由執行裝置與網機組成，技術參數分別為：
（1）執行裝置技術參數
（1）極數：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：可監測線路溫度
（14）過欠壓保護：防止造成人身事故和機械設備損壞
（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
★（17）掛鎖功能，檢修更方便
（2）網機技術參數
（1）內置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，可直接串口設備
（6）智能型數據終端，便捷實現數據傳輸功能
★（7）提供強大的中心管理軟件，方便設備管理
★（8）提供便捷的軟件升級和固件更新服務
★（9）提供數據庫數據備份，方便查看歷史數據
（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、教學及研究實訓項目
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、陣列結構件、防腐安裝原理。
實驗6、最大功率跟蹤器與光伏轉換提效實驗。
實驗7、在不同天氣和日照強度下光波對光伏轉換效率的影響實驗。
實驗8、在不同季節太陽運軌變換下對光伏能量轉換的影響實驗。
實驗9、在不同季節環境溫度變換下對光伏能量轉換的影響實驗。
實驗10、陣列低、中、高通過開關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、逆變器并入的電網供電中斷，逆變器應在2s內停止向電網供電，同時發出警示信號的防孤島效應保護試驗。
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，負荷滿載時距離設備水平位置1m處，的噪聲測試實驗。
2、3、光伏并網發電系統軟件實驗
實驗1、在上位軟件里查看單站監控項目：
◆ 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
◆ 日發電量KWh、日運行時數h min、總發電量KWh、總運行時數h、 Co2減排量Kg
◆ 系統運行狀態 正常/不正常
◆ 系統運行溫度 正常/不正常
◆ 系統監控PC機狀態 正常/不正常
◆ 系統功率測試曲線
實驗2、在上位軟件里查看單站電量記錄項目：
◆ 設備編號1號機:
日發電度數、日運行時數 h min、總發電量度數、總運行時數h
實驗3、在上位軟件里查看單站故障記錄項目：
◆ 設備編號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
系統過載、頻率異常、孤島保護、ADC異常（快速檢測并網電壓，電流）、IPM故障、過流保護、過溫保護、溫度異常、DSP異常（數字信號處理器，將模擬信號轉為數字信號）
四、運行技術條件（單相輸出）
◆ 光伏陣列輸出電壓 17.5～40VDC
◆ 并網輸出電壓180～260VAC
◆ 并網頻率范圍47.8～51.2Hz
◆ 效率94.5%
◆ 功率因數>0.99
◆ 最大功率跟蹤10.8～28VDC
◆ 工作環境：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、過載保護、電網過欠壓、電網過欠頻保護、接地故障保護等。
3、系統單元組成
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：系統根據實驗的需要，通過開關單元的開和關，最多可以實現 3臺不同型號和產地的并網逆變器同時運行，配備 同時并網通道，可滿足對比實驗和各種數據采集的需要。
3、3、開關控制單元：所有系統內外單元的引線經隔離開關接至各自的跳線端子上，在實驗過程中，一旦發生漏電、短路、過流、過熱情況，開關自動斷開電源，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,最小單元的引線經隔離開關接至各自的跳線端子，根據實驗的需要，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。
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、并網監控單元： 監控裝置包括監控主機、監控軟件和顯示設備。本系統采用高性能工業控制PC機作為系統的監控主機，配置光伏并網系統多機版監控軟件，采用RS485通訊方式，可以實時獲取所有并網逆變器的運行參數和工作數據。
五、太陽能光伏并網發電教學實驗設備配置清單
序號 | 名 稱 | 數量 | 單位 |
1 | 并網操作實驗臺 | 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 |
