一、系統(tǒng)概述
光伏離并網(wǎng)追日發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由光伏裝置、逐日系統(tǒng)裝置、控制裝置（含控制器、逆變器）、儀表與負(fù)載單元、監(jiān)控系統(tǒng)組成。
光伏離并網(wǎng)追日發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨(dú)立的功能，可以組合成光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。使用鋁合金框架。
二、技術(shù)參數(shù)：
實(shí)訓(xùn)臺(tái)工作電源：AC220V±10% 50Hz
工作環(huán)境：環(huán)境溫度范圍為-20℃～+45℃ 相對(duì)濕度＜85%
外形尺寸： 1、實(shí)訓(xùn)臺(tái)：1280mm×600mm×1680mm
2、逐日系統(tǒng)：1050*1400*1640mm
三、各單元介紹
1、 光伏跟蹤裝置
（1）光伏跟蹤裝置的組成
光伏跟蹤裝置系統(tǒng)含PLC控制單元、觸摸屏、控制系統(tǒng)。光伏供電裝置主要由光伏電池組件、光線傳感器、投射燈底座支架等設(shè)備與器件組成。
4塊光伏電池組件并聯(lián)組成光伏電池方陣，模擬光源：采用2盞300W的投射燈安裝在支架上，采用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)（0-60CM可調(diào)）、電壓220V、最大功率300W。
（2）光伏發(fā)電裝置
光伏發(fā)電裝置主要由4塊10W的太陽(yáng)能光伏板組成，可進(jìn)行并聯(lián)連接或者串聯(lián)連接。其主要參數(shù)如下
光伏電池組件的主要參數(shù)為：
額定功率 4*20W
開(kāi)路電壓：21.87 V（并聯(lián)），4*18.00V（串聯(lián)）
短路電流：4*0.31A（并聯(lián)），0.28A（串聯(lián)）
工作環(huán)境溫度45℃±2℃。
（3）光線傳感器、光線傳感器控制盒
逐日系統(tǒng)光源檢測(cè)部分采用數(shù)字化光源檢測(cè)技術(shù)。采用高檔CPU、光敏傳感器和硅光電池集合設(shè)計(jì)。本控制盒是專用于交流24V云臺(tái)的太陽(yáng)跟蹤控制，其采用24V交流輸入，可輸出四個(gè)方位的控制電壓給云臺(tái)，一般云臺(tái)的方位控制是一根公正，左右上下各四個(gè)，本控制盒就是依些配置。
控制盒中，方位檢測(cè)與繼電器控制一體集成在電路板內(nèi)。小巧，美觀，質(zhì)量可靠。
跟蹤精度可達(dá)1度，同時(shí)鎖定性能良好。技術(shù)成熟，屬不斷改進(jìn)而形成的最終控制方案。
2、 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)
實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)采用鋁合金設(shè)計(jì)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，造形美觀大方；設(shè)有吊柜，用于放置工具、存放掛箱及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。
（1）電源控制屏
電源控制屏提供單相220V交流電源和380V交流電源、1路0-30V直流穩(wěn)壓電源（1A）、鉛酸蓄電池（蓄電池組選用2節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數(shù)：容量 12V、7Ah）、900Ω×2/0.41A的雙層瓷盤可調(diào)電阻。光源控制模塊（控制光源）。電源系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：至少配置4通道模擬量輸入（0-3V）；4通道數(shù)字量輸入（光耦隔離）；3通道繼電器輸出（220V,1A）；2路DA輸出（0-3V）；帶標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口（有LED指示其工作狀態(tài)）；有RS485接口、CAN接口（專用隔離模塊）；4位數(shù)碼管顯示；帶ARM的仿真與下載口；USB2.0接口（RS232接口）；接基于串口協(xié)議的無(wú)線模塊，模塊可更換（帶天線,工業(yè)級(jí)）；位機(jī)PC以太網(wǎng)監(jiān)控程序，可遠(yuǎn)程直接采集操作本模塊的硬件資源；提供多種傳感器模塊供用戶選配，可遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的電源。
（2）網(wǎng)孔板及安裝模塊
提供網(wǎng)孔板、直流儀表（電壓表、電流表、具有通信接口）、交流儀表（電壓表、電流表、功率表三合一、具有通信接口）、直流負(fù)載（警示燈、節(jié)能燈）、交流負(fù)載（白熾燈、風(fēng)機(jī)）、觸摸屏、離網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)逆變器、風(fēng)光互補(bǔ)控制器。
(3)儀表
1.直流電壓表
具有通信接口、具有手動(dòng)自動(dòng)量程、工業(yè)級(jí)柜裝48mm*96mm、精度：0.5級(jí)，1000V檔位顯示格式：999.99（帶2個(gè)小數(shù)點(diǎn)），顯示單位：V；100V檔位顯示：99.999（帶3個(gè)小數(shù)點(diǎn)），顯示單位：V；10V檔位顯示：9.9999（帶4個(gè)小數(shù)點(diǎn)），顯示單位：V；采用透明面板設(shè)計(jì)。正反駁接誤差不大于5個(gè)字。
2.直流電流表
具有通信接口、具有手動(dòng)自動(dòng)量程、工業(yè)級(jí)柜裝48mm*96mm、精度：0.5級(jí)，5A檔位：4999.9（帶1個(gè)小數(shù)點(diǎn)），顯示單位：mA；1000mA檔位：999.99(帶2個(gè)小數(shù)點(diǎn))，顯示單位：mA；100mA檔位：99.999(帶3個(gè)小數(shù)點(diǎn))，顯示單位：mA。采用透明面板設(shè)計(jì)，全量程內(nèi)阻0.1毫歐。
（4）交流儀表參數(shù)
功率及功率因數(shù)表由24位專用DSP、16位高精度AD轉(zhuǎn)換器和高速M(fèi)PU單元設(shè)計(jì)而成，通過(guò)鍵控、數(shù)顯窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能控制模式。軟件上采用RTOS設(shè)計(jì)思路，同時(shí)配有PC監(jiān)控軟件來(lái)加強(qiáng)分析能力。能測(cè)量電路的功率、功率因數(shù)。功率測(cè)量精度為1.0級(jí)，功率因數(shù)測(cè)量范圍0.3-1.0，電壓電流量程為450V和5A，能自動(dòng)判別負(fù)載性質(zhì)（感性顯示“L”，容性顯示“C”，純電阻不顯示），并可存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，供隨時(shí)查閱。
（5）可編程控制系統(tǒng)
采用兼容西門子可編程控制器CPU224，配下載線與開(kāi)發(fā)環(huán)境。
（6）并網(wǎng)逆變器
AC標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍：90V～140V/180V～260VAC
AC頻率范圍： 55Hz～63Hz/45Hz～53Hz
并網(wǎng)輸出功率：400W
輸出電流總諧波失真：THDIAC <5%
相 位 差： <1%
孤島效應(yīng)保護(hù)： VAC;f AC
輸出短路保護(hù)： 限流
顯示方式： LED
待機(jī)功耗： <2W
夜間功耗： <1W
環(huán)境溫度范圍： -25 ℃～60℃
環(huán)境濕度： 0～99%(Indoor Type Design)
高性能自動(dòng)功率點(diǎn)追蹤（MPPT）
強(qiáng)大的MPPT算法，以優(yōu)化來(lái)自太陽(yáng)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(diǎn)，使發(fā)電量大幅提高到大于25%以上。
電力輸出:（逆向電力傳輸）
高效的電力逆向傳輸技術(shù)，逆變器在并網(wǎng)輸出模式時(shí)電力以反方向電力傳輸，自動(dòng)檢測(cè)電路中的負(fù)載并優(yōu)先進(jìn)行使用，用不完的電力才向電網(wǎng)逆方向傳輸供應(yīng)到其他地方使用，電力傳輸率可達(dá)99.9%。在光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)中使輸出效率更高。
(7)離網(wǎng)逆變器
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輸出 |
輸出電壓 |
220VAC |
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功率 |
300W |
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瞬間功率 |
600W |
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輸出波形 |
純正弦波 |
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輸出頻率 |
50Hz/60Hz |
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輸出電壓誤差值 |
low & high 10% |
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空載電流 |
<0.6A |
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效率 |
>88% |
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USB 輸出電壓（外置） |
5V |
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LED 顯示 |
顯示工作狀態(tài)，和錯(cuò)誤狀態(tài) |
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輸入電壓 |
20-28VDC |
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工作電壓 |
24VDC |
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保險(xiǎn)絲 |
35A |
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保護(hù) |
低壓報(bào)警 |
20.5+0.3V |
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低壓關(guān)斷 |
20+0.5V |
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過(guò)壓關(guān)斷 |
30+0.5V |
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過(guò)載關(guān)斷 |
360W over 10 seconds |
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過(guò)熱保護(hù) |
>75℃ |
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過(guò)熱 |
輸出自動(dòng)關(guān)閉 |
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工作溫度 |
‘-10℃ and +50℃之間 |
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有軟啟動(dòng)功能 |
(8)觸摸屏
帶通信線與開(kāi)發(fā)環(huán)境。
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分辨率 |
600X800 |
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處理器 |
CPU |
顯示器尺寸(寸) |
7 |
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產(chǎn)品認(rèn)證 |
CCC |
工作溫度 |
0-65 |
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顯示器類型 |
液晶 |
顯示色彩 |
彩色 |
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輸入方式 |
觸摸屏輸入 |
輸入電壓(V) |
24 |
（9）控制器
采用專業(yè)MCU微處理器控制，真正實(shí)現(xiàn)充電、放電的智能化控制；采用低損耗、長(zhǎng)壽命的MOSFET作為控制器的主要開(kāi)關(guān)器件；光伏充電（PWM）技術(shù)，充電效率更高；運(yùn)行狀態(tài)、故障指示燈指示；多種控制模式：光控開(kāi)光控關(guān)模式/光控開(kāi)時(shí)控關(guān)模式/無(wú)光控時(shí)控的自動(dòng)模式；輸出吸收回路，可帶感性負(fù)載；記憶功能，控制器失電重新上電后，自動(dòng)按失電前的模式工作；完善的保護(hù)功能；蓄電池防反接；自動(dòng)剎車功能；數(shù)字顯示等功能；具體參數(shù)如下：
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額定輸入電壓 (VDC) |
12/24 |
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欠壓保護(hù) (VDC) |
≤21.6 |
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欠壓恢復(fù) (VDC) |
≥24.6 |
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過(guò)壓保護(hù) (VDC) |
≥33.0 |
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太陽(yáng)能輸入 |
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最大開(kāi)路電壓 (VDC) |
50 |
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光控開(kāi)、關(guān)燈 |
開(kāi)燈電壓 (VDC) |
≤7.0 |
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關(guān)燈電壓 (VDC) |
≥14.0 |
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浮充電壓 (VDC) |
27.4 |
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過(guò)充保護(hù)電壓 (VDC) |
≥28.8 |
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充電恢復(fù)電壓 (VDC) |
≤26.4 |
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直流輸出 |
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輸出路數(shù) (N) |
2路 |
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額定輸出電流 |
負(fù)載1 (A) |
2.5~15 |
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負(fù)載2 (A) |
2.5~15 |
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過(guò)載能力 |
120%過(guò)載 60秒關(guān)閉輸出/150%過(guò)載 10s關(guān)閉輸出 |
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控制模式 |
光控模式 / 時(shí)控模式 / 自動(dòng)控制模式 |
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串口通信 |
RS485（A、B） |
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機(jī)械尺寸、工作環(huán)境 |
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尺寸 (深 x 寬 x 高) |
230 x 145 x 75 |
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參考重量 (Kg) |
6 |
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防護(hù)等級(jí) |
IP41 |
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使用海拔 (m) |
≤3000 |
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溫度范圍 (℃) |
-20 ~ +65 |
（10）負(fù)載系統(tǒng)的組成
設(shè)備配置有直流負(fù)載（紅色警示燈：供電DC24V尺寸直徑72mm*高44mm、LED節(jié)能燈：AC/DC24V，額定功率：2W，色溫：6500K正白）和交流220V負(fù)載（白熾燈、風(fēng)機(jī)）
3、監(jiān)控系統(tǒng)
1)監(jiān)控系統(tǒng)組成
監(jiān)控系統(tǒng)主要由觸摸屏、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、組態(tài)軟件組成。
2)監(jiān)控系統(tǒng)功能
通信
觸摸屏、PLC之間進(jìn)行通信，監(jiān)控自動(dòng)跟蹤過(guò)程與PLC、儀表等之間進(jìn)行通信。
四、設(shè)備整體情況
1）采用發(fā)光（光譜）接近太陽(yáng)光的燈來(lái)模擬太陽(yáng)光。使得實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目隨時(shí)都可以進(jìn)行。從而不需要受天氣變化的限制。
2）強(qiáng)調(diào)工程實(shí)用性，采用電池板（40W）、智能控制器、蓄電池、要求均與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中一樣，使學(xué)生深刻理解太陽(yáng)能光伏發(fā)電的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
3）各個(gè)部分是完全獨(dú)立的，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中可根據(jù)自己對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用的理解自己動(dòng)手連接。
4）采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電池板，可置于戶內(nèi)和戶外，角度可以調(diào)節(jié)。
5）提供多種模擬應(yīng)用實(shí)訓(xùn)：太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能警示燈和逆變器等。
6）整體尺寸：1280mm*600mm*1680mm，網(wǎng)孔板不小于1200mm*600mm
7)帶吊柜用于防置實(shí)訓(xùn)器材。
8)提供實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作說(shuō)明書，采用Labview設(shè)計(jì)，提供實(shí)驗(yàn)管理軟件。
五、可完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1.太陽(yáng)能電池發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)
2.光伏電池的I-U特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
3.環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)
4.太陽(yáng)能電池組件和蓄電池的選擇
5.太陽(yáng)能電池自動(dòng)追光系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
6.控制器工作原理實(shí)驗(yàn)
7.控制器充放電保護(hù)實(shí)驗(yàn)
8.太陽(yáng)能路燈實(shí)驗(yàn)
9.太陽(yáng)能警示燈實(shí)驗(yàn)
10.離網(wǎng)逆變器逆變實(shí)驗(yàn)
11.并網(wǎng)逆變器逆變實(shí)驗(yàn)
