风光电互补发电实训系统

 

JG-FG02 风光电互补发电综合实训系统

一、产品概述

风光电互补发电综合实训设备本产品是集于太阳能发电及风力发电为一体的新型教学演示实验系统。 可完成风力发电和太阳能发电及基站的供电及并网逆变电源系统集成的相关实验及教学演示。

1.1 系统主要应用范围

风光电互补发电综合实训设备主要提供于 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。 可以帮助学生，进一步理解风光互补发电站整个系统的原理学习并探讨工程实际应用技能。

1.2 产品特点

Ø 系统实验平台集成了室内温 / 湿度，风速、风向等测量系统，让使用者操作起来更直观。

Ø 系统采用 32 位 数字化DSP技术， 对蓄电池充放电进行全智能化的管理。

Ø 系统 同步电源，采用日本三菱 IGBT 模块（ IPM ）组装。 具有高功率因数输出。

Ø 系统面板上采用直观的数字表和液晶显示，让用户了解当前系统工作状态。

Ø 系统上的离网电源可以为用户提供交流 220V 纯正弦波交流电能。

Ø 风光互补发电实训系统，可以让实训学生自行拆装移动，使用简便、无噪音、无污染。

Ø 系统监控柜集成高性能一体计算机，可监控系统运行参数、并将运行数据长期保存或打印

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。

Ø 电池板：单晶硅 / 多晶硅

Ø 最大输出功率： 4*10W

Ø 开路电压： 21.24V （并联）， 4*21.24V （串联）

Ø 短路电流： 4*0.75A （并联）， 0.57A （串联）

2.2 、自动跟踪单元

Ø 跟踪方式：双轴全自动跟踪； 精度：± 0.5 °

Ø 水平回转角度： 360 ° ；俯仰角度： 180 °

Ø 控制器供电电源： DC 12V

Ø 电机供电电源： DC 12V

Ø 模拟太阳灯：飞利浦 Q135/500W

2.3 、风力发电机

Ø 额定功率： 300(W)

Ø 额定电压： 12/24(V)

Ø 额定电流： 33.3/16.7 （ A ）

Ø 风轮直径： 1.65(m)

Ø 启动风速： 1.5(m/s)

Ø 额定风速： 9.6(m/s)

Ø 安全风速： 35(m/s)

Ø 工作形式：永磁同步发电机

Ø 风叶旋转方向：顺时针

Ø 风叶数量： 3 （片）

Ø 风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料

Ø 电机材料：铝合金

2.4 、模拟风洞模块

Ø 风量： 32073 m з /h

Ø 风压： 388Pa

Ø 转速： 1440 r/min

Ø 功率： 2.2kW

Ø 可调风速： 0 ～ 13 级连续可调

2.5 、风光互补控制器规格

Ø 工作 电压： 12 或 24VDC

Ø 充电功率 Pmax ： 650W

Ø 光伏功率 Pmax ： 150W

Ø 风机功率 Pmax ： 450W

Ø 充电方式： PWM 脉宽调制

Ø 充电最大电流 35A

Ø 过放保护电压 11V

Ø 过放恢复电压 12.6V

Ø 输出保护电压 16V

Ø 卸载开始电压（出厂值） 15.5V

卸载开始电流（出厂值） 15A

Ø 控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、夜间防反充电保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿、光控开关功能；

Ø 负载为 100W 以下的 12V/24V 直流负载，控制单元一通道为常开输出，另一通道为多类定时输出（光控开、光控关，定时开、定时关，）。

2.6 、离网逆变电源

Ø 直流输入电压： 9 ～ 16 VDC 电压可选

Ø 额定蔬出功率： 300W/ 功率根据客户要求订制

Ø 输出电压： 110/220 VAC

Ø 输出波形：纯正弦波

Ø 输出 频率： 50Hz

Ø 工作 效率： 85%

Ø 功率因数： >0.88

Ø 波形失真率≤ 5%

Ø 工作环境：温度 -20 ℃～ 50 ℃

Ø 相对湿度：﹤ 90 ﹪（ 25 ℃）

Ø 保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护

2.7 、同步并网逆变电源

Ø AC 标准电压范围： 90V ～ 140V/180V ～ 260VAC

Ø AC 频率范围： 55Hz ～ 63Hz/45Hz ～ 53Hz

Ø 并网输出功率： 400W

Ø 输出电流总谐波失真： THDIAC <5%

Ø 相 位 差： <1%

Ø 孤岛效应保护： VAC;f AC

Ø 输出短路保护： 限流

Ø 显示方式： LED

Ø 待机功耗： <2W

Ø 夜间功耗： <1W

Ø 环境温度范围： -25 ℃ ～ 60 ℃

Ø 环境湿度： 0 ～ 99%(Indoor Type Design)

2.8 、 测风系统

Ø 测量范围 风速： 0 ～ 60m/s 风向： 0 ～ 360 °

Ø 精 度 ± 0.1m/s ± 3 °

Ø 工作电源： AC 220V ± 20% 50HZ ， DC12V 、 5V 或其他供电。

记录间隔： 1 分钟～ 240 分钟连续可设置

Ø 内部存储： 4M bit

Ø 通讯接口： RS-232/485/USB 通讯

Ø 环境温度： -40 ℃～ 50 ℃

Ø 转速传感器： 0 ～ 5000 风力发电机转速检测显示 （室内）

2.9 、照度计

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

2.10 、数字电压、电流、功率因数表、温湿度表

Ø 直流电压表： 0-200V × 3 只

Ø 交流电流表： 5A × 1 只

Ø 交流电压表： 0-500V 、交流电流表 5A 各一只

Ø 交流电能计量模块：电参数测量、 运行时间、超载报警、功率报警门限预置、掉电数据保存

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

2.11 、蓄电池容量 55Ah 、电压 12V × 1 只

2.12 、环境监测模块技术指标

Ø 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

2.13 、工控一体机，带触摸功能

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

Ø 主 板 :Intel M11 工控固态节能主板

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

Ø 硬 盘 :24G SSD 固态硬盘

Ø 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。

Ø 声 卡 : 集成 ALC662 6 声道高保真音频控制器

Ø 网 卡 : 集成 1 个 RTL 千兆网卡 , 支持网络唤醒、 PXE 功能。

Ø 电 源 : 外置电源（ 100V 至 220V 宽幅电压，全球通用）

Ø 显示屏 :13 寸 LED 工控屏 分辨率： 1024*600

Ø 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

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

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

Ø 2*COM 串口 ,1* 12V DC_JACK 输入接口

系统状态：

太阳能控制器（带报警功能）：

Ø 输入电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示

Ø 输出电压、电流、功率的数据显示及动态曲线显示

Ø 蓄电池：电压数据显示及动态曲线显示

2.14 、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、 220V28WLED 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。

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 课时）

² 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

² 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

² 硅的生长原理及定型

² 硅的提纯方法：包括化学提纯与物理提纯方法

² 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

² 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

² 单晶硅与多晶硅加工方法

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

² 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 课时）

² 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

² 太阳能电池片分类

² 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

² 晶体硅太阳能电池片生产主要原材料

² 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

² 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 课时）

² 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

² 太阳能电池组件的生产工艺介绍及相关设备

² 太阳电池组件的评定标准

² 太阳能电池组件的测试方法与测试设备

² 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 课时）

² 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

² 太阳能组件对支架铝型材的具体要求

² 太阳能组件对 EVA 封胶的具体要求

² 太阳能组件对 TPT 背板的具体要求

² 太阳能组件附属设施检测方法

² 太阳能组件附属设施测试标准

* 二、展示与讲解内容目录（图、文、声并茂）：

2.1 太阳能光伏应用产品讲解与展示系统（约 5 课时）

2.1.1 太阳能发电系统：

2.1.2 家用太阳能发电机直流系统多媒体电视机

2.1.3 太阳能便携电源：

2.1.4 太阳能杀虫灯

2.1.5 太阳能警示灯

2.1.6 太阳能野营灯

2.2 太阳能光伏发电基本原理

2.3 太阳能光伏发电系统组成部分介绍

2.4 太阳能光伏发电系统设计方法

2.5 太阳能光伏电站施工建设方法

2.5.1 、项目前期考察

2.5.2 、项目建设前期资料及批复文件

第一阶段：可研阶段

第二阶段：获得省级 / 市级相关部门的批复文件

第三阶段：获得开工许可

2.5.3 、项目施工图设计

2.5.4 、项目实施建设

2.5.5 、带电前的必备条件

2.6 太阳能光伏并网电站介绍

2.6.1 、光伏并网电站简要描述

2.6.2 、光伏并网电站设备组成

2.6.2 、光伏并网电站设备功能

2.7 家用型太阳能电站建设方案

2.7.1 、项目概述

2.7.2 、方案设计 （附详细方案设计）

（一）用户负载信息

（二）系统方案设计

（三）效益计算：

2.8 逆变器基本原理介绍

2.9 控制器基本原理介绍

主要作用：

在小型光伏系统中，用来保护蓄电池；在大中型系统中，起平衡光伏系统能量、保护蓄电池及整个系统正常运行等；

光伏控制器应具有以下功能：

①防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命；

②防 止太阳能电池板或电池方阵、蓄电池极性接反；

③防止负载、控制器、逆变器和其他设备内 部短路；

④具有防雷击引起的击穿保护；

⑤具有温度补偿的功能

⑥显示光伏发电系统的 各种工作状态，包括：蓄电池（组）电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源状态、环境温度状态、故障报警等。

² 光伏控制器按电路方式的不同，可分为并联型、串联型、脉宽调制型、多路控制型等；

² 按组件输入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；

光伏控制器性能特点：

1. 小功率光伏控制器

（5） 控制器的主要开关器件；

（6） 运用脉冲宽度调制（ PWM) 控制技术；

（7） 具有单路、双路负载输出和多种工作模式；

（8） 具有多种保护功能；

（9） 系统工作状况、蓄电池的剩余电量等的变化；

（10） 具有温度补偿功能

2 、中功率光伏控制器

（11） 负载电流大于 15A 的控制器为中功率控制器。

（12） 系统状态显示；

（13） 可编程设定负载的控制方式；

（14） 多种保护功能；

（15） 浮充电压的温度补偿功能；

（16） 具有快速充电功能；

（17） 普通充放电工作模式、光控开 / 关、光控开 / 时控关工作模式

3 、大功率光伏控制器

（18） 大功率光伏控制器采用微电脑芯片控制系统，控制功能更强，可实现复杂过程控制。

光伏控制器主要技术参数：

系统电压、最大充电电流、太阳电池方阵输入路数、电路自身损耗、充满断开或过压关断电压（ HVD) 、欠压断开或欠压关断电压（ LVD) 、蓄电池充电浮充电压、温度补偿、使用或工作环境温度范围、其他保护功能

控制器的额定负载电流：

即控制器输出到直流负载或逆变器的直流输出电流。该数据要满足负载或逆变器的 输入要求。

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 、太阳能电池板最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 、最大输出电流实验

5-2 、最大输出功率实验

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 、最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；

实验七 风力发电机运行过程与 风能量变换 演示实验

7-1 、风力发电基础理论原理性实验

7-2 、风力发电系统设计实验

7-3 、风力发电控制技术实验

7-4 、风力发电相关测量技术实验

7-5 、风力发电基础理论与应用技术仿真实验

7-6 、 发电机转速与输出电压关系实验

7-7 、 发电机转速与输出电流关系实验

7-8 、 发电机转速与输出频率关系实验

7-9 、 风速即转速与出功率关系实验

7-10 、 变频器调速实验

四、系统基本配置

序号	名称	主要技术指标	数量	单位	备注
1	风力发电机	三叶片，风能利用系数 0.32 ，额定输出电压 12VAC ，额定输出功率 300W	1	台
2	风速传感器	输入电压 5V 码盘结构输出	1	只
3	风向传感器	输入电压 5V 电压值输出	1	只
4	鼓风机	额定功率 2.2KW, 额定电压 380V 额定转速 1440r/min	1	台
5	太阳能电池板	工作功率 10W ，工作电压 17.5V ， 工作电流 0.65A 光照强度 AM1.5 1000W/M2 T 25 ℃	4	块
6	智能电压表	DC 0-200V	2	只
7	智能电流表	显示 DC 20A	2	只
8	电能计量模块	电参数测量、运行时间、超载报警 功率报警门限预置、掉电数据保存	2	只
9	风速风向仪	风速： 0 ～ 45m ± 0.3m/s 风向： 0 ～ 360 °± 3 ° 通讯： RS232 ， RS485 ， USB	1	套
10	风光互补控制器	带监控功能	1	台
11	电源逆变器	输入电压 12VDC 输出电压 220VAC 额定功率 300W	1	台
12	开关电源	输出电压 12V 输出电流 10A	1	只
13	模拟太阳灯	500W 250VAC 50HZ/60HZ	5	套
14	直流感性负载	风扇、电机、蜂鸣器 电压 12V	1	套
15	直流阻性负载	交通灯、 LED 灯、电阻箱 电压 12V	1	套
16	交流感性负载	风扇 电压 AC220V	1	套
17	交流阻性负载	LED 灯 路灯模组 交通灯 电压 AC220V	1	套
18	变频器	额定功率 2.2KW 额定电压 380VAC	1	台
19	直流减速电机	12V	1	只
20	时间、温度模块	-20 ～ +100 ℃ 时间、温度、湿度、闹钟	1	只
21	工控一体机	Intel 1037U 1.8GHz 22nm双核处理器TDP 17W 超低功耗处理器、1G DDR3 1333超高速内存	1	台
22	船型开关		5	只
23	按 钮		3	只
24	储能蓄电池	12V 55AH	1	只
25	控制柜、监控柜	700mm*600mm*1750mm	2	台	净尺寸

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