SB-SPV10型光伏發(fā)電設備安裝與調(diào)試實訓系統(tǒng)
一、系統(tǒng)組成
光伏發(fā)電設備安裝與調(diào)試實訓系統(tǒng),光伏供電裝置、光伏供電系統(tǒng)、逆變與負載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)四個部分組成。系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，各裝置和系統(tǒng)具有獨立的功能，應用靈活，即可組合應用，也可獨立工作運行。
二、技術(shù)參數(shù)
1.光伏供電裝置
光伏供電裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機構(gòu)、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關(guān)、微動開關(guān)、底座支架等設備與器件組成。
光伏供電裝置
光伏發(fā)電設備安裝與調(diào)試實訓設備尺寸：光伏供電裝置1610×1010×1550mm、實訓柜1000×1000×2000mm；
2.電池組件
? 功率：20W、誤差：±5%、
? 輸出電壓：17.2V、
? 輸出電流：1.17A、
? 開路電壓：21.4V、
? 短路電流：1.27A、
? 工作環(huán)境溫度：45℃±2℃、
? 尺寸：230×230×28mm；
3、光伏供電系統(tǒng)
1）光伏供電系統(tǒng)的組成
光伏供電系統(tǒng)主要由光伏電源控制單元、光伏輸出顯示單元、觸摸屏、光伏供電控制單元、DSP控制單元、接口單元、西門子S7-200PLC、繼電器組、接線排、蓄電池組、可調(diào)電阻、斷路器、12V開關(guān)電源、網(wǎng)孔架等組成。
2）控制方式
光伏供電控制單元的追日功能有手動控制盒自動控制兩個狀態(tài)，可以進行手動或自動運行光伏電池組件雙軸跟蹤、燈狀態(tài)、燈運動操作。
3）DSP控制單元和接口單元
蓄電池的充電過程及充電保護由DSP控制單元、接口單元及程序完成，蓄電池的放電保護由DSP控制單元、接口單元及繼電器完成，當蓄電池放電電壓低于規(guī)定值，DSP控制單元輸出信號驅(qū)動繼電器工作，繼電器常閉觸點斷開，切斷蓄電池的放電回路。
4）蓄電池組
蓄電池組選用4節(jié)閥控密封式鉛酸蓄電池，主要參數(shù)：
容量 12V 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
含漏電保護斷路器，AC220V 和DC24V狀態(tài)指示燈、電源插座；
4、逆變與負載系統(tǒng)
（1） 逆變與負載系統(tǒng)的組成逆變與負載系統(tǒng)主要由逆變電源控制單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、逆變器參數(shù)檢測模塊、變頻器、三相交流電機、發(fā)光管舞臺燈光模塊、警示燈、接線排、斷路器、網(wǎng)孔架等組成。
1） 逆變電源控制單元逆變電源控制單元面板如圖19所示，逆變電源控制單元主要由斷路器、+24V開關(guān)電源、AC220V電源插座、指示燈、接線端子DT14和DT15等組成。
2） 逆變輸出顯示單元逆變輸出顯示單元主要由交流電流表、交流電壓表、接線端子等組成。
3） 逆變與負載系統(tǒng)主電路逆變與負載系統(tǒng)主要由逆變器、交流調(diào)速系統(tǒng)、逆變器測試模塊、發(fā)光管舞臺燈光模塊和警示燈組成。
逆變器的輸入由光伏發(fā)電系統(tǒng)或蓄電池提供，逆變器輸出單相220V、50Hz的交流電源。交流調(diào)速系統(tǒng)由變頻器和三相交流電動機組成，逆變器的輸出AC220V電源是變頻器的輸入電源，變頻器將單相AC220V變換為三相AC220V供三相交流電動機使用。逆變電源控制單元的AC220V電源由逆變器提供，逆變電源控制單元輸出的DC24V供發(fā)光管舞臺燈光模塊使用。逆變器測試模塊用于檢測逆變器的死區(qū)、基波、SPWM波形。
（2） 逆變器
逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多, 各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓裝置使用的逆變器由DC-DC升壓PWM控制芯片單元、驅(qū)動+升壓功率MOS管單元、升壓變壓器、SPWM芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率MOS管單元、LC濾波器組成。
（3）逆變與負載系統(tǒng)運行參數(shù)
? 逆變器輸入電壓：DC12V、
? 輸入電壓范圍：DC9.5V-15.5V、
? 輸出電壓：AC220V±5%
? 額定輸出電流：1.4A
? 輸出頻率：50Hz±0.5Hz
? 額定功率：300VA
? 輸出波形：正弦波
? 波形失真：＜5%
? 轉(zhuǎn)換效率：＞85%
? 實驗模塊：正弦波逆變器原理模塊
5、監(jiān)控系統(tǒng)
（1） 監(jiān)控系統(tǒng)組成監(jiān)控系統(tǒng)主要由一體機、鍵盤、鼠標、接線排、電源插座、通信線、微軟操作系統(tǒng)軟件、力控組態(tài)軟件組成。
（2） 監(jiān)控系統(tǒng)功能
1） 通信監(jiān)控系統(tǒng)與控制器、PLC、儀表進行通信。
2） 界面
? 監(jiān)控系統(tǒng)具有主界面，光伏供電系統(tǒng)界面，風力供電系統(tǒng)界面，逆變與負載系統(tǒng)界面，風光互補能量轉(zhuǎn)換界面，分別顯示各自的運行狀態(tài)參數(shù)。
? 光伏供電系統(tǒng)界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)光伏電池方陣自動跟蹤。
? 風力供電系統(tǒng)界面設置相應的按鈕，實現(xiàn)風力發(fā)電機側(cè)風偏航控制。
? 具有光伏發(fā)電采集報表和風力發(fā)電集報表，記錄光伏輸出電壓、電流，風力發(fā)電機的輸出電壓、電流；逆變與負載系統(tǒng)的逆變輸出電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)并打印數(shù)據(jù)報表。
★(3) 光伏仿真規(guī)劃軟件
一、概述：
基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質(zhì)4種能源設計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。
二、用戶管理功能：
1.注冊：支持學生或教師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶
2.登錄：支持學生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
3.找回密碼：支持學生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼
4.權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
5.用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學校、真實姓名、學號、上級用戶等
6.異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
三、組件數(shù)據(jù)庫
1.支持查看市面上超過15家光伏組件廠商的實際數(shù)據(jù)
2.涵蓋了至少500種規(guī)格型號的光伏組件數(shù)據(jù)。
3.每種光伏組件的型號常規(guī)參數(shù)均可查看：價格、功率、組件類型、峰值電壓、開路電壓、最大允許電壓、電壓溫度系數(shù)、峰值電流、短路電流、電流溫度系數(shù)、光電轉(zhuǎn)化效率、長度、重量等
四、逆變器數(shù)據(jù)庫
1.支持查看市面上超過6家逆變器廠商的實際數(shù)據(jù)。
2.涵蓋了至少40種規(guī)格型號的逆變器數(shù)據(jù)。
3.每種型號的逆變器常規(guī)參數(shù)均可查看：價格、最大直流輸入、額定交流輸出、最大效率、歐洲效率、最小電壓、mppt電壓、MPPT數(shù)量、最大直流電壓、最大直流電流、尺寸、重量等。
五、氣象數(shù)據(jù)庫
1.支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。
2.支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)，可自由設置日期進行查看。
3.每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、最高最低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。
六、3D地圖功能
6.1 模型支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應學習任務，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應不同實際情況，最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應的評分。
1.根據(jù)項目及學習任務需要規(guī)劃設計的區(qū)域面積大小，選擇對應面積以及地形相似度高的區(qū)域，并定期更新可用的區(qū)域3d地圖
2.加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；
3.支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。
4.支持修改風力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風力發(fā)電機組隨著每小時風速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機波動的特點；）
5.支持修改地熱能的相關(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價
6.支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應、整機效率、生物質(zhì)殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質(zhì)平均谷草比系數(shù)、生物質(zhì)殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)公司計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準則。
（最大生物質(zhì)電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）
7.設計區(qū)域內(nèi)的5種用能建筑模型（底層住宅、交通樞紐、酒店、小高層、寫字樓），通過設置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數(shù)、日能耗時長，可以獲得區(qū)域內(nèi)建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；
8.可選擇全國任意地區(qū)（精確城市）、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標區(qū)域，通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、最低工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數(shù)據(jù)
9.可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數(shù)量、生物質(zhì)電站容量、淺層地熱容量、風力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分
10.命名：教師可以自行命名模型的名字
11.刪除：教師可以對模型進行刪除操作
6.2 方案
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(shù)據(jù)報表
1.在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時用能數(shù)據(jù)，合理布局"光伏發(fā)電""風力發(fā)電""生物質(zhì)發(fā)電""淺層地熱設施"設置各種產(chǎn)能模塊的產(chǎn)能參數(shù)，滿足區(qū)域用能需求，以完成需求側(cè)區(qū)域能源規(guī)劃方案的設計；
2.使用光伏、風力、生物質(zhì)、地熱4種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進行能源供應模擬并能自動計算產(chǎn)能。
3.根據(jù)設施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過選擇不同型號規(guī)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(shù)有：方陣行數(shù)、方陣列數(shù)、組件安裝方式設計、傾角設計、逆變器數(shù)量、組件間距設計、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設置
4.根據(jù)每小時的用電情況，實現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設計，并根據(jù)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
5.可設置不同容量大小的風機，模擬風力發(fā)電功率
6.根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(shù)據(jù)，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
7.模擬淺層地熱換熱能力與埋管面積的關(guān)系；同時學生根據(jù)模擬數(shù)據(jù)需要，設置生物質(zhì)能建設所需面具，以滿足模擬建筑制冷制熱能耗需求；
8.學習生物質(zhì)發(fā)電過程中，通過生物質(zhì)能電站的一系列參數(shù)，強化學生對于生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化公式學習。（最大生物質(zhì)電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24）
9.模擬白天時段，光伏發(fā)電設施每小時發(fā)電數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出白天每小時光伏發(fā)電量隨光照強度變化、夜晚光伏沒有發(fā)電的量的特點；
10.根據(jù)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(zhì)電站價格對所設計的多能互補方案的建設總成本自動統(tǒng)計
11.在初始化并部署完成后，展示整個區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預設值進行計算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；
12.能源數(shù)據(jù)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(chǎn)能情況，包括：總產(chǎn)能、光伏發(fā)電量、風力發(fā)電量、淺層地熱能量、生物質(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。
13.根據(jù)用能模塊預設的用能參數(shù)，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產(chǎn)能設施的產(chǎn)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。
14.命名：學生可自行對設計方案進行命名或重命名
15.刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
七、其他
1.小工具：
光伏陣列間距計算器：可通過計算器自動計算出最佳傾角下的方陣最佳間距。涵蓋了全國32個城市?？刹樵兊臄?shù)據(jù)有：經(jīng)緯度、不同光伏陣列傾角下的日平均輻射、年度總太陽輻射等。同時根據(jù)選擇的組件尺寸，根據(jù)傾角自動計算出方陣最佳間距。
2.參考計算公示：D=0.707H/tan[arcsin(0.648cosα-0.399sinα）]
★(4) 新能源教學系統(tǒng)仿真軟件
* 一、軟件概述
1、通過該軟件可以系統(tǒng)性學習太陽能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應用產(chǎn)品等全部系列光伏知識內(nèi)容。
2、配備文字與動畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環(huán)節(jié)加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統(tǒng)自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，幫助教師對光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業(yè)知識快速掌握和快速學習。
4、軟件組成
(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；
2、配備文字與動畫展示各種材料的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約11課時）
2光伏硅產(chǎn)品基本情況介紹
2硅單質(zhì)性質(zhì)：包括硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、硅的分類與應用
2硅化合物性質(zhì)：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等
2硅的生長原理及定型
2硅的提純方法：包括化學提純與物理提純方法
2多晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備
2單晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質(zhì)與缺陷
2單晶硅與多晶硅加工方法
2硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
2硅材料的測試與分析方法：包括導電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數(shù)的測定、遷移率的測量、化學性能分析、晶體結(jié)構(gòu)分析等。
2硅材料測試與分析依據(jù)標準（GB標準、UL標準、IEC標準、SEMI標準）
(2)太陽能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池片；
2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約9課時）
2太陽能電池片基本情況介紹
2太陽能電池片基本結(jié)構(gòu)分析
2太陽能電池片分類
2晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)工藝：包括生產(chǎn)方法與生產(chǎn)設備介紹
2晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)主要原材料
2太陽能電池片測試技術(shù)與方法：包括測試方法與測試設備介紹
2太陽能電池片測試依據(jù)標準
(3)太陽能光伏組件講解與展示系統(tǒng)
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約10課時）
2太陽能電池組件基本介紹
2太陽能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點
2太陽能電池組件的生產(chǎn)工藝介紹及相關(guān)設備
2太陽電池組件的評定標準
2太陽能電池組件的測試方法與測試設備
2太陽能電池組件的發(fā)展方向
(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件附屬材料的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約7課時）
2太陽能組件附屬設施情況介紹
2太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求
2太陽能組件對支架鋁型材的具體要求
2太陽能組件對EVA封膠的具體要求
2太陽能組件對TPT背板的具體要求
2太陽能組件附屬設施檢測方法
2太陽能組件附屬設施測試標準
* 二、展示與講解內(nèi)容目錄（圖、文、聲并茂）
2.1 太陽能光伏應用產(chǎn)品講解與展示系統(tǒng)（約5課時）
2.1.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)：
2.1.2 家用太陽能發(fā)電機直流系統(tǒng)多媒體電視機
2.1.3 太陽能便攜電源：
2.1.4 太陽能殺蟲燈
2.1.5 太陽能警示燈
2.1.6 太陽能野營燈
2.2 太陽能光伏發(fā)電基本原理
2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹
2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法
2.5 太陽能光伏電站施工建設方法
2.5.1、項目前期考察
2.5.2、項目建設前期資料及批復文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲得省級/市級相關(guān)部門的批復文件
第三階段：獲得開工許可
2.5.3、項目施工圖設計
2.5.4、項目實施建設
2.5.5、帶電前的必備條件
2.6太陽能光伏并網(wǎng)電站介紹
2.6.1、光伏并網(wǎng)電站簡要描述
2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設備組成
2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設備功能
2.7 家用型太陽能電站建設方案
2.7.1、項目概述
2.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）
（一）用戶負載信息
（二）系統(tǒng)方案設計
（三）效益計算：
2.8 逆變器基本原理介紹
2.9 控制器基本原理介紹
三、 主要實驗實訓內(nèi)容
1)離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃；
2)根據(jù)功率要求，光伏電池組件的選擇、安裝和連接；
3)基于MCU的光伏電池組件最大功率跟蹤程序設計；
4)蓄電池容量匹配計算與選型；
5)蓄電池充放電參數(shù)設置、保護參數(shù)設置；
6)逆變器參數(shù)設置；
7)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)及操作；
8)光伏供電系統(tǒng)的調(diào)試；
9)電能質(zhì)量的監(jiān)測、調(diào)試和分析。
