教學(xué)設(shè)備

光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成？
  光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏方陣（光伏方陣由光伏組件串并聯(lián)而成）、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件是光伏組件，而光伏組件又是由光伏電池串、并聯(lián)并封裝而成，它將太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏組件產(chǎn)生的電為直流電，我們可以直接以直流電的形式應(yīng)用，也可以用逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電，加以應(yīng)用。從另一個角度來看，對于光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能我們可以即發(fā)即用，也可以用蓄電池等儲能裝置將電能存放起來，按照需要隨時釋放出來使用。其系統(tǒng)組成如下圖所示。


太陽電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖
 什么是配電網(wǎng)？配電網(wǎng)與分布式光伏發(fā)電有什么關(guān)系？
答：配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網(wǎng)，是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關(guān)、無功補償電容、計量裝置以及一些附屬設(shè)施等組成的，一般采用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行，其結(jié)構(gòu)呈輻射狀。
分布式電源接入配電網(wǎng)，使配電系統(tǒng)中發(fā)電與用電并存，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)從放射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，短路電流大小、流向以及分布特性均發(fā)生改變。

  為什么說光伏電力是綠色低碳能源？
 光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，是最優(yōu)質(zhì)的綠色能源之一。
在我國平均日照條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)能量回報超過其能源消耗的15倍以上，光伏發(fā)電的碳排放量僅是燃煤發(fā)電的5%左右。歐盟已提出2030年光伏發(fā)電約占總發(fā)電量15%的宏偉愿景。世界發(fā)達國家已經(jīng)將其作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并在近20年中獲得了快速發(fā)展。我國面臨著更為嚴峻的能源和環(huán)境壓力，如參比歐盟相同的光伏占發(fā)電量15%的目標，則到2030年我國光伏總裝機容量將達到10.5億千瓦，按年發(fā)電1200小時計算，年發(fā)電量可達12600億千瓦時，相當(dāng)于2012年全國總用電量的25%，可節(jié)約用煤4.08億噸標準煤，實現(xiàn)減排二氧化碳約9.9億噸，年減排二氧化硫、氮氧化物、粉塵分別達到914萬噸、184萬噸、23萬噸，同時可減少因燃煤發(fā)電帶來的固廢排放1.4億噸和用水31.75億噸。根據(jù)世界自然基金會（WWF）研究結(jié)果：從減排二氧化碳效果而言，安裝1平米太陽能光伏相當(dāng)于植樹造林100平米，發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源將是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問題的有效手段。
   如何看待有報道說“生產(chǎn)光伏電池組件時消耗大量能源”的消息？
 太陽電池在其生產(chǎn)過程中確實要消耗一定的能量，特別是工業(yè)硅提純、高純多晶硅生產(chǎn)、單晶硅硅棒/多晶硅硅錠生產(chǎn)三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗較高。但是太陽能電池在20-25年的使用壽命期內(nèi)能夠不斷產(chǎn)生能量。據(jù)測算，在我國平均日照條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)能量回報超過其能源消耗的15倍以上。在北京以最佳傾角安裝的1kWp屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的能量回收期 為1.5-2年，遠低于光伏系統(tǒng)的使用壽命期20-30年。也就是說，該光伏系統(tǒng)前1.5-2年發(fā)出的電量是用來抵消其生產(chǎn)等過程消耗的能量，1.5-2年之后發(fā)出的能量都是純產(chǎn)出的能量。所以應(yīng)該從全生命周期的角度評價光伏電池的能耗。
  我們有多少太陽光可以利用？它能夠成為未來主導(dǎo)能源嗎？
  地球表面接受的太陽能輻射能夠滿足全球能源需求的1萬倍。地表每平方米平均每年接收到的輻射隨地域不同大約在1000-2000kWh之間。國際能源署數(shù)據(jù)顯示，在全球4%的沙漠上安裝太陽能光伏系統(tǒng)，就足以滿足全球能源需求。太陽能光伏享有廣闊的發(fā)展空間（屋頂、建筑面、空地和沙漠等），其潛力十分巨大。
隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，面臨著能源和環(huán)境的雙重壓力，從2007年開始我國已經(jīng)成為世界二氧化碳第一排放國，且還將持續(xù)走高。據(jù)國際能源署統(tǒng)計，2012年我國二氧化碳排放新增量為3億噸，超過歐美當(dāng)年減排2.5億噸的總減排量，我國承受的國際壓力越來越大。據(jù)預(yù)測，直到2030年，我國才會達到排放頂點；我國不僅是原油進口大國，也已成為原煤進口的第一大國，2012年凈進口原煤2.4億噸。原油的對外依存度高達56%，我國還是電力消費和電力裝機世界第一大國，可常規(guī)能源儲采比卻遠遠低于世界平均水平。如果不把光伏發(fā)電等可再生能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)作為我國的百年大計，能源短缺和環(huán)境的持續(xù)惡化就不能得到根本的改善。大力發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是我國能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要出路之一。隨著光伏發(fā)電的技術(shù)進步和規(guī)�；瘧�(yīng)用，其發(fā)電成本還將進一步降低，成為更加具有競爭力的能源供應(yīng)方式，逐步從補充能源到替代能源并極有希望成為未來的主導(dǎo)能源。


一、產(chǎn)品概述
在當(dāng)今世界，電已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ�活中最常用的動力來源，人們對電的依賴也越來越強，在遠離電網(wǎng)的地區(qū)，獨立供電系統(tǒng)就成為人們最需要的電源。部隊的邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公里和鐵路的信號燈、地質(zhì)勘探和野外考察的工作站、偏遠的農(nóng)牧民等。隨著人們生活水平的不斷提高和技術(shù)進步，我們需要優(yōu)美舒適的生活環(huán)境，所以太陽能、風(fēng)能等清潔能源是我們最好的選擇。
風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)平臺是集于太陽能發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電為一體的新型教學(xué)演示實驗系統(tǒng)�？赏瓿娠L(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電及基站的供電及離網(wǎng)逆變電源系統(tǒng)集成的相關(guān)實驗及教學(xué)演示。
1.1 系統(tǒng)主要應(yīng)用范圍
本產(chǎn)品集成風(fēng)力、光伏互補發(fā)電為一體的教學(xué)實驗、實訓(xùn)系統(tǒng)�？赏瓿娠L(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電基站的充放電及逆變電源方面實驗及教學(xué)演示�？梢詭椭鷮W(xué)生，進一步理解風(fēng)光互補發(fā)電站整個系統(tǒng)的原理學(xué)習(xí)并探討工程實際應(yīng)用技能。
主要提供于職高、大學(xué)、研究生、企業(yè)技工以太陽能發(fā)電為主課題的研究和培訓(xùn)�？梢詭椭鷮W(xué)生，進一步理解風(fēng)光互補發(fā)電站整個系統(tǒng)的原理學(xué)習(xí)并探討工程實際應(yīng)用技能。
1.2 系統(tǒng)主要特點
 系統(tǒng)采用立式結(jié)構(gòu)，面板采用標準網(wǎng)孔板，實驗?zāi)�塊完全暴露在外，較強的臨場感、可快速讓學(xué)習(xí)者進入學(xué)習(xí)角色，集成了風(fēng)速測量報警系統(tǒng)，完全閉環(huán)的控制方式讓使用者操作起來更人性化。
 風(fēng)光互補發(fā)電控制系統(tǒng)采用16位高性能MCU，對蓄電池充、放電和風(fēng)機剎車進行全智能化的控制。
 離網(wǎng)逆變模塊boot前端采用8位MCU驅(qū)動控制，前后橋輸出采用進口MOS場效應(yīng)管使性能更穩(wěn)定�？梢詾閷W(xué)習(xí)過程中提供穩(wěn)定的220V純正弦波交流電能。
 風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)，可以讓學(xué)生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染。
1.3、設(shè)備組成
風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)主要由光源模擬控制系統(tǒng)、模擬風(fēng)場系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)速、風(fēng)向檢測裝置，風(fēng)光互補充放電管理系統(tǒng)、離網(wǎng)逆變與負載系統(tǒng)。
二、技術(shù)參數(shù)
2.1、太陽能電池板
光伏組件方陣：由太陽電池組件（也稱光伏電池組件）按照系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，在太陽光照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。
系統(tǒng)主要采用2塊（10W單晶硅1塊，20W多晶硅1塊）小型太陽能電池板組建，可實現(xiàn)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(wǎng)方式。
1#電池板
 電池板：單晶硅
 最大輸出功率：10W
 開路電壓：21.24V
 短路電流：0.58A
2#電池板
 電池板：多晶硅
 最大輸出功率：20W
 開路電壓：21.24V
 短路電流：1.17A
2.2、投射燈（模擬太陽燈）
 電壓：220V
 頻率：50Hz
 最大功率：200W
 電流：0.9A
2.3、風(fēng)力發(fā)電機
 額定功率：300(W)
 額定電壓：12(V)
 額定電流：22.5（A）
 風(fēng)輪直徑：1.52(m)
 啟動風(fēng)速：2.5(m/s)
 額定風(fēng)速：9.6(m/s)
 安全風(fēng)速：35(m/s)
 工作形式：永磁同步發(fā)電機
 風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
 風(fēng)葉數(shù)量：3（片）   
 風(fēng)葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
2.4、模擬風(fēng)洞模塊（鼓風(fēng)機）
 風(fēng)量：10000 mз/h
 風(fēng)壓：215Pa
 轉(zhuǎn)速：1440 r/min
 電壓：220V
 頻率：50Hz
 功率：0.75kW
 可調(diào)風(fēng)速：0～13級連續(xù)可調(diào)
2.5、風(fēng)光互補控制器規(guī)格    
 工作電壓：12VDC
 充電功率Pmax ：650W
 光伏功率Pmax ：100W
 風(fēng)機功率Pmax ：550W
 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
 充電最大電流 35A
 過放保護電壓 11V 
 過放恢復(fù)電壓 12.6V
 輸出保護電壓 16V
 卸載開始電壓（出廠值）15.5V
 卸載開始電流（出廠值） 15A
 控制器設(shè)有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關(guān)功能；
 負載為100W以下的12V/24V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關(guān)，定時開、定時關(guān)，）。
   2.6、離網(wǎng)逆變電源
 直流輸入電壓：9～16VDC 電壓可選
 額定蔬出功率：300W
 輸出電壓：110/220VAC
 輸出波形：純正弦波
 輸出頻率：50Hz
 工作效率：85%
 功率因數(shù)：>0.88
 波形失真率≤5%
 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
 保護功能：短路、過熱、過載保護
   2.7、測風(fēng)系統(tǒng)
 測量范圍   風(fēng)速：0～60m/s
 精 度      ±0.1m/s
 工作電源：AC 220V±20%
 環(huán)境溫度：   -40℃～50℃  
  2.8、數(shù)字電壓表
 光電池電壓表：0-200V×1只
 負載電壓表： 0-200V×1只
 逆變電能計量模塊：電參數(shù)測量、運行時間、超載報警、功率報警門限預(yù)置、掉電數(shù)據(jù)保存
 溫度、濕度表:溫度測量范圍：-50℃-+70℃  濕度測量范圍：20%-90%
  2.9、蓄電池容量55Ah、電壓12V × 1只
  2.10、負載單元
（1）DC12V直流負載五組。（感性負載3組，阻性負載2組）
1）感性負載有：12V直流風(fēng)扇、12V直流電機、12V蜂鳴器
2）阻性負載有：12V交通燈、3W LED燈
（2）AC220V交流負載四組。（感性負載1組，阻性負載3組）
1）感性負載有：220V直流風(fēng)扇
2）阻性負載：220V交通燈.220V 3WLED燈
三、主要實驗實訓(xùn)內(nèi)容
實驗一 基本實驗內(nèi)容
1-1  風(fēng)光互補發(fā)電實驗
1-2  風(fēng)力發(fā)電實驗
1-3  光伏發(fā)電實驗
1-4  風(fēng)光互補控制器實驗
1-5  蓄電池充放電實驗
1-6  離網(wǎng)逆變器實驗
實驗二 太陽能電池板特性實驗系列
2-1、太陽能電池板開路電壓測試實驗
2-2、太陽能電池板短路電流測試實驗
2-3、太陽能電板I-V特性測試實驗
2-4、太陽能電池板最大輸出功率計算實驗
2-5、太陽能電池板填充因子計算實驗
2-6、太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率測量實驗
2-7、開路電壓與相對光強的函數(shù)關(guān)系實驗
2-8、短路電流與相對光強的函數(shù)關(guān)系實驗
2-9、太陽能電池板P-V特性測試實驗
2-10、太陽能電池板暗伏安特性測試實驗
2-11、太陽能組件輸出特性測試實驗
2-12、串聯(lián)電阻對填充因子的影響測試實驗
2-13、并聯(lián)電阻對填充因子的影響測試實驗
2-14、太陽能電池光譜特性測試實驗
2-15、太陽能電池板的串聯(lián)開路電壓測試實驗
2-16、太陽能電池板的串聯(lián)短路電流測試實驗
2-17、太陽能電池板的并聯(lián)開路電壓測試實驗
2-18、太陽能電池板的并聯(lián)短路電流測試實驗
實驗三 太陽能蓄電池控制器實驗系列
3-1、太陽能蓄電池充電控制實驗
3-2、控制器充放電保護實驗
3-3、蓄電池電壓、電流測試實驗
3-4、蓄電池電量估測實驗
3-5、控制電池電流流入、輸出實驗
3-6、控制器環(huán)境溫度測量實驗
3-7、控制器光控-時控輸出實驗
實驗四 太陽能光伏逆變器實驗系列
4-1、逆變器的工作原理分析實驗；
4-2、輸出電壓、電流測試實驗；
4-3、最大輸出功率的估算實驗；
4-4、過載或短路保護演示實驗；
4-5、輸入電壓防反接演示實驗；
4-6、輸入電壓范圍測試實驗；
4-7、轉(zhuǎn)換效率計算實驗；
實驗五 風(fēng)力發(fā)電機運行過程與風(fēng)能量變換演示實驗
5-1、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論原理性實驗
5-2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計實驗
5-3、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)實驗
5-4、風(fēng)力發(fā)電相關(guān)測量技術(shù)實驗
5-5、風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)仿真實驗
5-6、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系實驗
5-7、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電流關(guān)系實驗
5-8、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出頻率關(guān)系實驗
5-9、風(fēng)速即轉(zhuǎn)速與出功率關(guān)系實驗
5-10、鼓風(fēng)機調(diào)速實驗
四、系統(tǒng)基本配置

序號	名稱	主要技術(shù)指標	數(shù)量	單位	備注
1	風(fēng)力發(fā)電機	三葉片，風(fēng)能利用系數(shù)0.32，額定輸出電壓12VAC，額定輸出功率300W	1	臺
2	風(fēng)速傳感器	輸入電壓5V 碼盤結(jié)構(gòu)輸出	1	只
3	鼓風(fēng)機	額定功率0.75KW,額定電壓220V額定轉(zhuǎn)速1440r/min	1	臺
4	單晶硅 太陽能電池板	工作功率10W，工作電壓17.5V， 工作電流0.65A光照強度AM1.5  1000W/M2  T 25℃	1	塊
5	多晶硅 太陽能電池板	工作功率20W，工作電壓17.5V， 工作電流0.65A光照強度AM1.5  1000W/M2  T 25℃	1	塊
6	智能電壓表	測量范圍DC 0-200V  供電：AC9V	2	只
7	逆變電能 計量模塊	電參數(shù)測量、運行時間、超載報警 功率報警門限預(yù)置、掉電數(shù)據(jù)保存	1	只
8	風(fēng)光互補控制器	充電、放電管理、輸出模式管理	1	臺
9	電源逆變器	輸入電壓12VDC 輸出電壓220VAC 額定功率300W	1	臺
10	模擬太陽燈	100W 220VAC 50HZ/60HZ	2	套	投射燈
11	直流感性負載	風(fēng)扇、電機、蜂鳴器  電壓12V	1	套
12	直流阻性負載	交通燈、LED燈、電阻箱  電壓12V	1	套
13	交流感性負載	17寸 寬屏液晶電視機 電壓AC220V	1	套
14	鼓風(fēng)機調(diào)速裝置	額定功率5.0KW 額定電壓220VAC	1	只
15	儲能蓄電池	12V 55AH	1	只