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太阳能实验室,太阳能光伏实验室建设方案

2015-03-16 09:45

太阳能光伏实验室建设方案


随着能源危机日益临近,新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐步入我们寻常的生活,而风力发电偶尔可以看到或听到,风光电互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性,具有较高的性价的一种新型能源发电系统,有着很好的应用前景。太阳能实验室是研究太阳能利用的实验场所,其配有相应太阳能检测仪器仪表及试验装置,可作为太阳能的光、热、电利用示范性展示,以此为基地,开展太阳能利用的科学研究与开发工作,同时也可作为太阳能产品的检测开发中心。新能源教学设备正是利用太阳能发电的原理,结合教学的特点,研发的最新的新能源教学设备,太阳能教学实训台广泛应用于职业高中、大学、研究生、企业技工培训以太阳能离网发电和太阳能并网发电为主课题的研究和教学培训。新能源教学设备是面向高等院校、职业技术学校本科生、研究生深刻理解太阳能光伏发电原理的新能源教学设备实验教学平台。

设备配置表格

序号 名称 数量 型号 单价 总价 备注
1 太阳能光伏发电实验实训装置 10 DB-PV18 6万 60万 新能源实验室
2 风力发电系统教学实验装置 2 DB-FL400A 9.8万 19.6万 新能源实验室
3 500W风光互补并网发电系统教学实训台 4 DB-TYN07 12.5万 50万 新能源实验室
4 互补发电实训系统 1 DB-SWP01 风光 45万 45万 新能源实验室
5 质子交换膜燃料电池教具 10 DB-ZRL006 0.6万 6万 新能源实验室
6 光伏发电教学实验箱 10 DB-PVT001 1.8万 18万 新能源实验室
7 太阳能发电教学实验平台 10 DB-ST02 1.95万 19.5万 新能源实验室
合计:218.1万

1.DB-PV18 太阳能光伏发电系统实验实训装置
DB-PV18太阳能光伏发电系统实验实训装置采用串联式PWM充电控制方式,使充电回路的电压损失较原二极管充电方式降低一半,充电效率较非PWM高3-6%;过放恢复的提升充电,正常的直充,浮充自动控制方式有利于提高蓄电池寿命。多种保护功能,包括蓄电池反接、蓄电池过、欠压保护、太阳能电池组件短路保护,具有自动恢的输出过流保护功能,输出短路保护功能。

太阳能光伏发电系统实验实训装置
一、主要技术指标及规格:
1.太阳能电池组具体参数如下:
◆ 峰值功率:30W
◆ 最大功率电压:17.5V
◆ 最大功率电流:1.95A
◆ 开路电压:22V
◆ 短路电流:2.2A
◆ 安装尺寸:622*550*18mm
2.太阳能控制器具体功能如下
◆ 使用单片机和专用软件,实现智能控制,自动识别24V系统。
◆ 采用串联式PWM充电控制方式,使充电回路的电压损失较原二极管充电方式降低一半,充电效率较非PWM高3-6%;过放恢复的提升充电,正常的直充,浮充自动控制方式有利于提高蓄电池寿命。
◆ 多种保护功能,包括蓄电池反接、蓄电池过、欠压保护、太阳能电池组件短路保护,具有自动恢的输出过流保护功能,输出短路保护功能。
◆ 具有丰富的工作模式,如光控,光控+延时,通用控制等模式。
◆ 浮充电温度补偿功能。
◆ 使用定制大屏幕LCD液晶显示器、充电、放电,光伏、蓄电池,负载各参数一目了然,一键式操作即可完成所有设置,方便直观。
◆ 优良的通讯功能配备独立的上位机软件,保证与PC机之间良好通讯,画面人性化,清晰、直观、操作方便。与PC机连接后对控制器的参数及功能控制更加灵活,充分满足不同教学应用需求。
3.蓄电池:一般为铅酸电池,具有如下特点:
◆ 自放电率低
◆ 使用寿命长
◆ 深放电能力强
◆ 充电效率高 工作温度范围宽
◆ 增加系统停机时蓄电池电量自动测量功能
4.离网逆变器:正弦波逆变器,具体功能参数如下:
◆ 纯正弦波输出(失真率<4%)
◆ 输入输出完全隔离设计
◆ 能快速并行启动电容、电感负载
◆ 三色指示灯显示,输入电压,输出电压,负载水准和故障情形
◆ 负载控制风扇冷却
◆ 过压/欠压/短路/过载/超温保护
5.负载:
◆ 直流负载包括:LED灯,风机等;
◆ 交流负载包括:节能灯和交流电机等。
6.并网逆变器:
并网逆变器具有DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位,同时获得单位功率因数。
系统面板设有用来测量DC、AC相关参数的多个测试端口,可测量DC-DC电压电流变化和DC-AC逆变过程中的电压电流及曲线变化和波形对比。
6级功率搜索功能
在自动调整的过程中,会看到LOW灯不停的闪烁,功率会由0作为起点,向最大功率点加大输出功率,重启最多为6次,然后进入功率锁定状态,锁定时ST灯长亮。
在进行6级功率搜索程序时,所需的时间为10分钟。
宽电压输入(15-62VDC)
二级功率变压转换
◆ 高频双向并网,单向并网功能
◆ 高频直接调制,AC半波合成
◆ 双向并网方式:直接负载消耗,逆向传输AC电流
◆ 单向并网方式:直接负载消耗,禁止逆向传输AC电流
多频率输出功能,可适用于50Hz/60Hz频率的AC交流电
◆ 频率范围:45Hz~63Hz
◆ 直接连接到太阳能电池板(不需要连接电池)
7.监测仪表:
完成实验时数据的读取,可监测太阳能电池组的电压和电流;并网逆变器输出的电压和电流;离网逆变器输出的电压和电流。
上位机通讯联机界面图

上位机通讯联机界面图

三、实验项目:
实验一 太阳能光伏板能量转换实验
实验二 环境对光伏转换影响实验
实验三 太阳能电池光伏系统直接负载特性实验
实验四 太阳能控制器工作原理实验
实验五 接反保护实验
实验六 太阳能控制器对蓄电池的过充保护实验
实验七 太阳能控制器对蓄电池的过放保护实验
实验八 夜间防反充实验
实验九 离网型逆变器工作原理实验
实验十 独立光伏发电实验
实验十一 并网型逆变器工作原理实验
实验十二 光伏并网实验
四、主要设备清单:

序号 数量 单位 价格
1 实验台   1  
2 太阳能电池板   1  
3 离网逆变电源   1  
4 同步逆变电源   1  
5 太阳能控制器   1  
6 蓄电池   1  
7 直流负载   1  
8 交流负载   1  
9 人造光源   1  
10 稳压电源   1  



2.DB-FJ400A 400W风力发电教学实验实训装置
一、系统概述
400W风力发电教学实验实训装置由发电单元、充电单元、电力蓄能单元、逆变模块、控制单元、负载单元、显示单元共七大单元系统组成,系统能进行风力发电相关全过程实验,是职高、大学、研究生以风力发电为主课题的研究和培训、教学的理想产品。
400W风力发电教学实验实训装置
教学特点
 系统实验平台集成了室内温/湿度仪,风速测量系统,让使用者操作起来更直观。
 系统采用数字化DSP技术,对蓄电池充放电进行全智能化的管理。
 系统面板上采用直观的数字仪表和液晶显示,让用户即时了解系统工作状态。
 系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能。
 风力发电教学实验系统,可以让实训学生自行拆装移动,使用简便、节能环保、无污染。
 增加分布式发电原理与实验模块,让学生增加对新知识的理解
二、系统运行技术条件
1.风力系统
 风轮直径:1.65(m)
 启动风速:1.5(m/s)
 额定风速:12(m/s)
 安全风速:35(m/s)
 工作形式:永磁同步发电机
 风叶旋转方向:顺时针
 风叶数量:3(片)
 风叶材料:玻璃增强聚丙烯材料
 电机材料:铝合金&不锈钢
 塔杆高度:6.5m
 模拟风洞:风量:34073 m3/h,1275Pa-2138Pa,5.5kW;
2.充电系统
 额定功率:400(W)
 额定电压:12/24(V)
 额定电流:33.3/16.7(A)
3.电力蓄能系统(机内)
 储能形式:阀控式密封铅酸蓄电池
 额定电压:12V
 额定容量:100Ah
 充电方法(恒压),循环︰最大充电电流为5.6A
4.逆变模块系统(机内)
 直流输入电压:10.5~16.8 VDC
 额定蔬出功率:300W
 输出电压:110/220VAC
 输出波形:纯正弦波
 输出频率:50Hz
 工作效率:85%
 功率因数:>0.88
 波形失真率≤5%
 工作环境:温度-20℃~50℃
 相对湿度:﹤90﹪(25℃)
 保护功能:极性反接、短路、过热、过载保护
5.控制模块系统
 工作电压:24VDC
 充电功率:1000W
 光伏功率:350W
 风机功率:650W
 充电方式:PWM脉宽调制
 充电最大电流 16.5A
 过放保护电压 22V
 过放恢复电压 25.2V
 输出保护电压 32V
 卸载开始电压(出厂值)32V
 卸载开始电流(出厂值) 12A
 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、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、温度补偿等功能;
6.负载模块装置系统
 风扇:×1个,额定电压:12/24V,工作电流:1.25A,功率:15W
 交通灯:1组(R,G,B),额定电压:12/24V,工作电流:0.8A,功率:9.6W
 马达:×1个,额定电压:12/24V,工作电流:0.35A,功率:5W 转速:20rmp/min
 交流LED灯×1个,交流节能灯×1个
 直流模拟负载:12V/24V/28WLED路灯板,带PWM调光功能,输出功率可设置
7.显示装置系统
 直流电流表:× 1个,20A, 显示模式︰0.5”LED
 直流电压表:× 1个,50V, 显示模式︰0.5”LED
 交流电压表:× 1个,500V,显示模式︰0.5”LED
 交流电流表:× 1个,5A, 显示模式︰0.5”LED
 交流电压表:× 1个,50V, 显示模式︰0.5”LED
 交流电流表:× 1个,50A, 显示模式︰0.5”LED
 时间、温/湿度表:× 1个,-20~99.9℃ 显示时间,室内温、湿度
 风机转速表:× 1个,5A, 显示模式︰0.5”LED
 风速风向仪:风速:0~45M/S
风向:0~360°
精度±0.3M/S±3°
工作电源:AC220V,50HZ,DC12V可选
过风速报警、欠风速报警、液晶显示风速、配有与PC通讯的接口
8.电气开关操作柜
交流漏电开关、紧急停止开关、仪表开关、风机输入开关、直流输入开关
仪表显示、控制按钮(开关)、智能型风光互补控制器、风速仪、鼓风机调速。
9、监控软件
 PC监控模块:监控主机、监控软件。
 显示内容:蓄电池电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率,能量模拟图,当前风速(米/秒),当前风向(度),当前风力资源平估。
风光互补微网机电实训系统
三、教学项目及实验内容
实验1.风力发电基础理论原理性实验
实验2.风力发电系统设计实验
实验3.风力发电基础理论与应用技术仿真实验
实验4.风力发电相关测量技术实验
实验5.风力发电控制技术实验
实验6.风力发电电力电子实验
实验7.过放保护、过放恢复、过充保护、过充恢复
均充保护、均充恢复、浮充保护、浮充恢复
实验8.过风速报警、欠风速报警、液晶显示风速
实验9.风力发电系统的直接负载实验
实验10.风力发电系统的风速变化影响实验
实验11.限速机械保护系统原理实验
实验12.限速电控保护系统原理实验
实验13.风机过功率保护实验
实验14.风机超速保护实验
实验15.不同转速下风力发电曲线实验
实验16.风况检测实验
实验17.独立风机系统实验
实验18. 综合实验。
四、主要设备清单


序号
1 风力发电系统操作台   1  
2 400W风力发电机   1  
3 塔架、拉索   1  
4 转速仪表(含支架)   1  
5 风力发电控制器   1  
6 蓄电池组55Ah   1  
7 实验附件   1  
8 软件   1  
价格合计:
 

3.DB-TYN07 500W风光互补并网发电系统教学实训台
500W风光互补并网发电系统教学实训台

500W风光互补并网发电系统教学实训台
500W风光互补并网发电系统教学实训台
一、产品概述
500W风光互补并网发电系统教学实训台是集于太阳能发电及风力发电为一体的新型教学实验系统。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。可以帮助学生,进一步理解风力发电及太阳能光伏发电系统的理念、系统集成原理、单元组成、部件认知等方面的学习和工程实际应用技能。

1、产品特点
◆ 系统实验平台集成了室内温/湿度仪,风速测量、光照度测量系统,让使用者操作起来更直观。
◆ 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。
◆ 系统DC-AC并网同步电源,采用高频脉冲调制技术。具有小体积、高效率及高功率因数输出。
◆ 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。
◆ 系统上的离网电源可以为用户提供交流110V/220V纯正弦波交流电能。
◆ 风光互补并网发电实训系统,可以让实训学生自行拆装移动,使用简便、无噪音、无污染。
◆ 系统增加市电与风光互补发电切换模块,让实验更具操作性。
◆ 增加分布式供电原理与实验电路,让学生增加对新知识的理解
一、主要技术规格参数
1、系统规格
◆ 系统工作电压:12/24V DC 220VAC
◆ 系统最大电流:50A
◆ 系统最大功率:900W
2、单晶硅太阳能电池规格
◆ 组件尺寸(L*W*H):680*108*28mm×2
◆ 最佳功率:90W×2
◆ 最佳工作电压:17.05±0.5V×2
◆ 最佳工作电流:5.2±0.10A,×2
◆ 短路电流:5.3±0.10A,×2
◆ 开路电压:21±0.5V
◆ 模拟小太阳模块:220VAC 500W金卤灯或1000W自然色太阳投光灯

太阳能电池

3、风机力发电机参数
◆ 额定功率:400(W)
◆ 额定电压:12/24(V)
◆ 额定电流:33.3/16.7(A)
◆ 风轮直径:1.65(m)
◆ 启动风速:1.5(m/s)
◆ 额定风速:9.6(m/s)
◆ 安全风速:35(m/s)
◆ 工作形式:永磁同步发电机
◆ 风叶旋转方向:顺时针
◆ 风叶数量:3(片)
◆ 风叶材料:玻璃增强聚丙烯材料
◆ 电机材料:铝合金&不锈钢

永磁同步风力发电机
4、模拟风洞模块
◆ 风量:32073 mз/h
◆ 风压:388Pa
◆ 转速:1440 r/min
◆ 功率:5.5kW
◆ 可调风速:0~13级连续可调
模拟风洞
4、风光互补控制器规格
◆ 工作电压:24VDC
◆ 充电功率:1000W
◆ 光伏功率:350W
◆ 风机功率:650W
◆ 充电方式:PWM脉宽调制
◆ 充电最大电流 35A
◆ 过放保护电压 11V
◆ 过放恢复电压 12.6V
◆ 输出保护电压 16V
◆ 卸载开始电压(出厂值)15.5V
◆ 卸载开始电流(出厂值) 15A
◆ 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;
◆ 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,)。

风光互补控制器
5、离网逆变电源
◆ 直流输入电压:19~28VDC
◆ 额定蔬出功率:600W
◆ 输出电压:110/220VAC
◆ 输出波形:纯正弦波
◆ 输出频率:50Hz
◆ 工作效率:85%
◆ 功率因数:>0.88
◆ 波形失真率≤5%
◆ 工作环境:温度-20℃~50℃
◆ 相对湿度:﹤90﹪(25℃)
◆ 保护功能:极性反接、短路、过热、过载保护

离网逆变电源
6、并网同步逆变电源
◆ AC标准电压范围:90V~140V/180V~260VAC
◆ AC频率范围: 55Hz~63Hz/45Hz~53Hz
◆ 并网输出功率:400W
◆ 输出电流总谐波失真:THDIAC <5%
◆ 相 位 差: <1%
◆ 孤岛效应保护: VAC;f AC
◆ 输出短路保护: 限流
◆ 显示方式: LED
◆ 待机功耗: <2W
◆ 夜间功耗: <1W
◆ 环境温度范围: -25 ℃~60℃
◆ 环境湿度: 0~99%(Indoor Type Design)

并网同步逆变电源
7、测风系统模块
◆ 测量范围 风速:0~60m/s 风向:0~360°
◆ 精 度 ±0.1m/s ± 3°
◆ 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
◆ 内部存储: 4M bit
◆ 通讯接口: RS-232/485/USB通讯
◆ 环境温度: -40℃~50℃
◆ 转速传感器:0~5000 风力发电机转速检测显示(室内)

测风系统
8、电表规格
◆ 直流电流表:× 2个,20A, 显示模式︰0.5”LED
◆ 直流电压表:× 2个,50V, 显示模式︰0.5”LED
◆ 交流电压表:× 2个,500V,显示模式︰0.5”LED
◆ 交流电流表:× 2个,5A, 显示模式︰0.5”LED
◆ 时间、温/湿度表:× 1个,-20~99.9℃ 显示时间,室内温、湿度
9、负载:
◆ 风扇:×1个,额定电压:12/24V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 交通灯:1组(R,G,B),额定电压:12/24V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 蜂鸣器:×1个
◆ 马达:×1个,额定电压:12/24V,工作电流:0.35A,功率:5W 转速:20rmp/min
◆ 交流线性电阻负载:3~100W连续可调
◆ 直流模拟负载:12V/24V/28WLED路灯板,带PWM调光功能,输出功率可设置
10、电池:阀控式密封铅酸蓄电池
◆ 额定电压:12V
◆ 额定容量:100Ah
◆ 充电方法(恒压),循环︰最大充电电流为5.6A
11、监测系统:
高性能风光互补智能控制器,含PC端Zigbee无线监控模块,与太阳能教学模块Zigbee发射模块,透过IEEE802.15.4标准无线协定截取I(电流)V(电压)值至PC端显示以便监控。
12、系统外形尺寸;长1400×宽550×高1700(㎜)附滚轮方便推动至户外教学。
13、监控软件
◆ PC监控模块:监控主机、监控软件。
◆ 显示内容:蓄电池电压、风机电压、光伏电压、风机电流、光伏电流、风机功率、光伏功率,能量模拟图,当前风速(米/秒),当前风向(度),当前风力资源平估。



风光互补微网机电实训系统


二、教学及研究实训项目
2、1、永磁同步风力发电机系统运行过程风能量变换演示和实验
实验1、风力发电基础理论原理性实验
实验2、风力发电系统设计实验
实验3、风力发电控制技术实验
实验4、风力发电相关测量技术实验
实验5、风力发电基础理论与应用技术仿真实验
实验6、发电机转速与输出电压关系实验
实验7、发电机转速与输出电流关系实验
实验8、发电机转速与输出频率关系实验
实验9、风速即转速与出功率关系实验
2、2、太阳能电池控制运行过程光能量变换演示和实验
实验1、光伏电池的伏安特性;
实验2、光伏发电的负载特性测试;
实验3、光伏电池输出功率与入射角的关系;
实验4、输出功率与光照强度的关系;
实验5、最大功率点跟踪实验测试;
实验6、控制器原理实验;
实验7、蓄电池充放电控制实验;
实验8、蓄电池保护实验;
实验9、光伏阵列设计实验;
实验10、太阳能照明系统设计;
实验11、太阳能系统电器负载实验;
实验12、综合实验;
三、主要设备清单

序号 名 称 型 号 数 量 单 位 价 格
1 风光互补发电实训系统操作台   1  
2 400W永磁同步发电机   1  
3 模拟风洞系统(风源)   1  
4 风速仪(含支架)   1  
5 风向仪(含支架)   1  
6 5.5KW矢量变频器   1  
7 风光互补控制器   1  
8 逐日系统支架(含模拟太阳源)   1  
9 100W太阳能电池组件模块   1  
10 蓄电池组65Ah   1  
11 实验附件   1  
12 上位软件   1  


4.DB-SWP01 风光互补发电实训系统
一、 概述
DB-SWP01风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、风力供电系统、逆变 与 负载系统、监控系统组成,
风光互补发电实训系统采用模块式结构,各装置和系统具有独立的功能,可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。
二、 设备组成
DB-SWP01型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成,如图1所示。DB-SWP01型风光互补发电实训系统采用模块式结构,各装置和系统具有独立的功能,可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。
(1)、 设备尺寸:光伏供电装置1610×1010×1550mm
风力供电装置1578×1950×1540mm
实训柜 3200×650×2000mm
(2)、 场地面积:20平方米

 
风光互补发电实训系统
 
风光互补发电实训系统
三、 各单元介绍
1、 光伏供电装置
(1)、 光伏供电装置的组成
光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成,如图2所示。

风光互补发电实训系统
图2 光伏供电装置
4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵,光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上,摆杆底端与减速箱输出端连接,减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转时,通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关,用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。直流电动机旋转时,水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动,接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。
(2)、 光伏电池组件
光伏电池组件的主要参数为:
额定功率 20W
额定电压 17.2V
额定电流 1.17A
开路电压 21.4V
短路电流 1.27A
尺寸 430mm×430mm×28mm
2、 光伏供电系统
(1)、 光伏供电系统的组成
光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、蓄电池组、可调电阻、断路器、12V开关电源、网孔架等组成。如图3所示。
(2)、 控制方式
光伏供电控制单元的追日功能有手动控制盒自动控制两个状态,可以进行手动或自动运行光伏电池组件双轴跟踪、灯状态、灯运动操作。
(3)、 DSP控制单元和接口单元
蓄电池的充电过程及充电保护由DSP控制单元、接口单元及程序完成,蓄电池的放电保护由DSP控制单元、接口单元及继电器完成,当蓄电池放电电压低于规定值,DSP控制单元输出信号驱动继电器工作,继电器常闭触点断开,切断蓄电池的放电回路。
(4)、 蓄电池组
蓄电池组选用4节阀控密封式铅酸蓄电池,主要参数:
容量 12V 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm

3、 风力供电装置
(1)、 风力供电装置的组成
风力供电装置主要由叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵、侧风偏航控制机构、直流电动机、塔架和基础、测速仪、测速仪支架、轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、单相交流电动机、电容器、风场运动机构箱、护栏、连杆、滚轮、万向轮、微动开关和接近开关等设备与器件组成,如图3所示。

风光互补发电实训系统
图3 风力供电装置
叶片、轮毂、发电机、机舱、尾舵和侧风偏航控制机构组装成水平轴永磁同步风力发电机,安装在塔架上。风场由轴流风机、轴流风机支架、轴流风机框罩、测速仪、测速仪支架、风场运动机构箱体、传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮等组成。轴流风机和轴流风机框罩安装在风场运动机构箱体上部,传动齿轮链机构、单相交流电动机、滚轮和万向轮组成风场运动机构。当风场运动机构中的单相交流电动机旋转时,传动齿轮链机构带动滚轮转动,风场运动机构箱体围绕风力发电机的塔架作圆周旋转运动,当轴流风机输送可变风量风时,在风力发电机周围形成风向和风速可变的风场。
在可变风场中,风力发电机利用尾舵实现被动偏航迎风,使风力发电机输出最大电能。测速仪检测风场的风量,当风场的风量超过安全值时,侧风偏航控制机构动作,使尾舵侧风45º,风力发电机叶片转速变慢。当风场的风量过大时,尾舵侧风90º,风力发电机处于制动状态。
4、 风力供电系统
(1)、 风力供电系统的组成
风力供电系统主要由风电电源控制单元、风电输出显示单元、触摸屏、风力供电控制单元、DSP控制单元、接口单元、西门子S7-200PLC、继电器组、接线排、可调电阻、断路器、网孔架等组成。
(2)、 控制方式
风力供电控制单元的偏航功能有手动和自动两个状态,可以进行手动或自动可变风向操作。
可变风量是由变频器控制轴流风机实现。手动操作变频器操作面板上的有关按键,使变频器的输出频率在0-50Hz之间变化,轴流风机转速在0至额定转速范围内变化,实现可变风量输出。
(3)、 DSP控制单元和侧风偏航
风力发电机风轮叶片在气流作用下产生力矩驱动风轮转动,通过轮毂将扭矩输入到传动系统。当风速增加超过额定风速时,风力发电机风轮转速过快,发电机可能因超负荷而烧毁。
对于定桨距风轮,当风速增加超过额定风速时,如果气流与叶片分离,风轮叶片将处于“失速”状态,风力发电机不会因超负荷而烧毁。
对于变桨距风轮,当风速增加时,可根据风速的变化调整气流对叶片的攻角。当风速超过额定风速时,输出功率可稳定地保持在额定功率上。特别是在大风的情况下,风力机处于顺桨状态,使桨叶和整机的受力状况大为改善。
小型风力发电机多数是定桨距风轮,在大风的情况下,采用侧风偏航控制使气流与叶片分离,使风轮叶片处于“失速”状态,安全地保护风力发电机。另外,还可以通过侧风偏航控制风力发电机保持恒定功率输出。
5、 逆变与负载系统
(1)、 逆变与负载系统的组成
逆变与负载系统主要由逆变电源控制单元、逆变输出显示单元、逆变器、逆变器参数检测模块、变频器、三相交流电机、发光管舞台灯光模块、警示灯、接线排、断路器、网孔架等组成。
1)、 逆变电源控制单元
逆变电源控制单元面板如图19所示,逆变电源控制单元主要由断路器、+24V开关电源、AC220V电源插座、指示灯、接线端子DT14和DT15等组成。
2)、 逆变输出显示单元
逆变输出显示单元主要由交流电流表、交流电压表、接线端子DT16和DT17等组成。
3)、 逆变与负载系统主电路
逆变与负载系统主要由逆变器、交流调速系统、逆变器测试模块、发光管舞台灯光模块和警示灯组成。
逆变器的输入由光伏发电系统、风力发电系统或蓄电池提供,逆变器输出单相220V、50Hz的交流电源。交流调速系统由变频器和三相交流电动机组成,逆变器的输出AC220V电源是变频器的输入电源,变频器将单相AC220V变换为三相AC220V供三相交流电动机使用。逆变电源控制单元的AC220V电源由逆变器提供,逆变电源控制单元输出的DC24V供发光管舞台灯光模块使用。逆变器测试模块用于检测逆变器的死区、基波、SPWM波形。
(2)、 逆变器
逆变器是将低压直流电源变换成高压交流电源的装置,逆变器的种类很多, 各自的具体工作原理、工作过程不尽相同。本实训装置使用的逆变器由DC-DC升压PWM控制芯片单元、驱动+升压功率MOS管单元、升压变压器、SPWM芯片单元、高压驱动芯片单元、全桥逆变功率MOS管单元、LC滤波器组成。
6、 监控系统
(1)、 监控系统组成
监控系统主要由一体机、键盘、鼠标、接线排、电源插座、通信线、微软操作系统软件、力控组态软件组成。
(2)、 监控系统功能
1)、 通信
监控系统与控制器、PLC、仪表进行通信。
2)、 界面
①、 监控系统具有主界面,光伏供电系统界面,风力供电系统界面,逆变与负载系统界面,风光互补能量转换界面,分别显示各自的运行状态参数。
②、 光伏供电系统界面设置相应的按钮,实现光伏电池方阵自动跟踪。
③、 风力供电系统界面设置相应的按钮,实现风力发电机侧风偏航控制。
④、 具有光伏发电采集报表和风力发电集报表,记录光伏输出电压、电流,风力发电机的输出电压、电流;逆变与负载系统的逆变输出电压、电流、功率等数据并打印数据报表。
四、 主要实验实训内容
1)、 离网型风光互补发电系统规划;
2)、 根据功率要求,光伏电池组件的选择、安装和连接;
3)、 根据功率要求,风力发电机的选择、安装和连接;
4)、 基于MCU的光伏电池组件最大功率跟踪程序设计;
5)、 基于MCU的风力发电机最大功率跟踪的程序设计;
6)、 蓄电池容量匹配计算与选型;;
7)、 蓄电池充放电参数设置、保护参数设置;
8)、 逆变器参数设置;
9)、 监控系统组态及操作;
10)、 光伏供电系统的调试;
11)、 风力供电系统的调试;
12)、 风光互补发电系统的调试;
13)、 电能质量的监测、调试和分析。
主要技术参数
一、风力供电装置
序号 名称 技术参数 数量
1 水平轴永磁同步风力发电机 输出功率:300W
输出(整流)电压:> +12V
叶片旋转直径:1.2m
叶片数量:3个
叶片材质:玻璃纤维
启动风速:1m/s
切入风速:1.5m/s
安全风速:25 m/s
偏航:程序控制自动偏航
偏航电机:工作电压(DC 24V)、转速(25rpm)
1
2 风速仪 输出电压:0-5V
风碗数:3个
1
3 轴流通风机 流量:2100m3/h
电压:380V(由变频器控制)
全压:215Pa
频率:50Hz
功率:0.37Kw
转速:1400r/min
轴流风机支架
轴流风机框罩
1
4 风向控制电机 减速比:1:40
电压:AC220V
和运动机构的链接机构:链轮
1
二、光伏供电装置
序号 名称 技术参数 数量
1 电池组件 功率:20W
误差:±5%
输出电压:17.2V
输出电流:1.17A
开路电压:21.4V
短路电流:1.27A
工作环境温度:45℃±2℃
尺寸:430×430×28mm
4
2 追日传感器 输出电压:0-5V
跟踪精度:1度
结构:4电桥
1
3 投射灯 摆臂机构:涡轮蜗杆结构(2个减速箱)
电压:220V
频率:50Hz
电流:1.36A
最大功率:300W
2
4 追日机构 结构:涡轮蜗杆结构(减速箱)
驱动:直流电机
轴数:双轴二维
1
三、风力供电系统
序号 名称 技术参数 数量
1 电源控制单元 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座 1
2 风电控制电源单元 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯 1
3 触摸屏 7",彩色 1
4 功能模块 DSP核心板2812,通信控制板,风力发电主电路板 1
5 直流输入单元 电流表: DC 0-5A
电压表: DC 0-500V
接口:RS485
1
6 风力供电控制单元 风场运动方向:顺时、逆时
轴流风机控制:给风
偏航控制:偏航、停止
自动控制:启动、急停
1
7 PLC S7-200 CPU224 1
8 变频器 MM420-0.37Kw  
9 可调电阻 范围:0-1000Ω,无级可调(有刻度) 1
四、光伏供电系统
序号 名称 技术参数 数量
1 电源控制单元 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯、电源插座 1
2 光伏控制电源单元 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯 1
3 触摸屏 7",彩色 1
4 功能模块 DSP核心板2812,通信控制板,光伏发电主电路板 1
5 直流输入单元 电流表:PA1951-AK1G,DC 0-5A
电压表:PZ195U-AK1G,DC 0-500V
接口:RS485
1
6 光伏供电控制单元 电池板跟踪方向:东、南、西、北
投光灯控制:灯1、灯2
投光灯运动方向:东西、西东、停止
自动控制:启动、急停
1
8 PLC S7-200 CPU226 1
9 可调电阻 范围:0-1000Ω,无级可调(有刻度) 1
五、逆变与负载系统
序号 名称 技术参数 数量
1 逆变输出显示单元 电流表:AC 0-5A
电压表:AC 0-500V
接口:RS485
1
2 逆变控制电源单元 含漏电保护断路器,AC220V和DC24V状态指示灯 1
3 逆变器 输入电压:DC12V
输入电压范围:DC9.5V-15.5V
输出电压:AC220V±5%
额定输出电流:1.4A
输出频率:50Hz±0.5Hz
额定功率:300VA
输出波形:正弦波
波形失真:<5%
转换效率:>85%
实验模块:正弦波逆变器原理模块
 
4 开关电源 型号:DR-120-24
输入电压:AC 220V
输出电压:DC 24V
输出电流:5A
1
5 变频器 MM420-0.37Kw 1
6 电机负载 功率:40W
电压:AC220V
转速:1350rpm
1
7 模拟舞台灯光负载 二极管字样为“KNT”的发光模块 1
8 阀控密封式铅酸蓄电池 容量 12V 18Ah/20HR
重量 1.9kg
尺寸 345mm×195mm×20mm
4
六、监控系统
序号 名称 技术参数 数量
1 直流电机负载 直流单片机负载 1
2 工控机 6个串口,含键盘鼠标 1
3 组态软件 力控 1
4 打印机 HP Deskjt 1000 1
七、实验台
序号 名称 技术参数 数量
1 网孔板实验台 竖式网孔板基本结构:下方为工具箱+4个轮子,上方为竖式网孔板
尺寸:800(长)×600(宽×2000(高)
外框架构成:铝合金型材;
内嵌喷塑钢板
钢板尺寸:1200mm×820mm
钢板厚度:2mm
钢板孔规格:上方孔尺寸6×10mm,孔左右间距为6mm,上下间距为6mm且错位8mm;
网孔板配有推拉式抽屉,抽屉采用型材外框、2mm钢板底部;
网孔架底部装有滑轮。
4
2 微软操作系统软件 Window XP 1
  通讯电缆    
  实验指导书 风光互补发电系统实训指导书  
 

5.DB-ZRL006质子交换膜燃料电池教具
一.教具结构
燃料电池教具主要由5部分构成:A为太阳能电池模块,B为电解电池模块,C为水、氢气、氧气储罐,D为发电电池模块,E为风扇,F显示仪表,G测试导轨。

质子交换膜燃料电池教具
教具示意图
二.教具简介
燃料电池教具是利用光线照射在太阳能电池板上产生电能,然后利用产生的电能作用在电解电池模块上,使水发生电解产生氢气和氧气。氢气和氧气进入到发电模块产生电能,带动风扇转动。
通过该教具的使用可以使学生对电解水过程和其逆过程——氢氧反应产生电能,有一个直观的认识。
电解电池模块是一种把电能转化为化学能的装置。化学反应在质子交换膜的两侧发生。通过在电解电池模块两端加直流电压,在负极侧产生氢气(负极化学反应式为,2H++2e-®H2),在正极侧产生氧气(正极化学反应式为,H2O®2H++1/2O2+2e-)。产生的气体被收集在储罐中。
质子交换膜燃料电池是一种将燃料氢气作为还原剂与空气中的氧气作为氧化剂进行电化反应,并将化学能直接转换成电能的高效发电装置(化学反应式为H2+1/2O2® H2O)。燃料电池可以作为发电站或车辆的动力源。燃料电池与内燃机相比,最突出的优点是高的能量转化效率和低的环境污染。
三.安全注意事项
◆ 电解电池模块注意事项
1. 只能使用去离子水。
2. 每次使用前先用去离子水浸泡电极10分钟。
3. 当使用直流电压源与电解电池模块连接时,要注意电池的正负极不要接反(如接反会造成电解电池模块损坏),最大工作电流不要超过0.6A。
4.当完成试验后,把水从电池块中清除。
5.电解模块放在自封袋中保存
◆ 发电电池模块注意事项
1. 不要在发电电池模块的电压输出端加外电压。
2. 当发电电池模块使用完后,放在自封袋中保存。
3. 不能长时间进行短路操作。可以瞬时进行短路操作。
四.教具的使用
1.按照图上的位置,把各个模块放置在恰当的位置上。
2.把电解模块与储罐间的接口用透明塑料管进行连接。
3. 向储罐中加入水,使电解电池充满水。
4.把太阳能电池板的正、负极与电解电池的正、负极分别相连接,用光源照射太阳能电池板,有气体在电解电池两侧产生。
5.电解几分钟后,把风扇的正负极与发电电池的正负极连接,电池产生电能使风扇转动。

6.DB-PVT001 光伏发电教学实验箱
一、系统组成
光伏发电教学实验箱由AC/DC电源模块、离网电源控制模块、开关控制模块、仪表监控模块、负载实验模块,等组成。




太阳能实验箱


二、基本工作原理:
1.太阳能电池组件
太阳能电池组件由多个单晶或多晶、非晶电池单元串、并联并经封装后制成。其中的单晶电池单元的功能是将太阳的光线吸收发生伏打效应产生一定的电压、电流,并按照需求串、并联而将太阳能转换成电能输出,经电缆送至控制器。
2.蓄电池
蓄电池的作用是将太阳能电池组件产生的电能储存起来。当光照不足或晚上,或者负载需求大于太阳能电池组件所产生的电能时,将存储的电能释放出来以满足负载的能量需求。
3.正弦波逆变器
正弦波逆变器的作用是将太阳能电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的12V直流电转化为负载需要的36V正弦交流电。
三、主要技术指标:
1.太阳能电池组件功率:20W
2.蓄电池容量:12V/7Ah
3.控制器:
◆ 额定输出电压、电流:12V/2A
◆ 蓄电池过充保护:16.2V,恢复14.4V
◆ 蓄电池过放保护:10.8V,恢复12.4V
◆ 三种输出模式:普通开/关模式、光控开/光控关模式、光控开/时控关模式
4.正弦波逆变器:
◆ 输出波形与频率:正弦波/50HZ±1HZ
◆ 额定输入电压、电流:10.8V~13.2V/2A
◆ 额定输出电压、电流:36V±10%/0.42A
◆ 额定输出功率:15VA
◆ 输出功率因数:≥95%(线性负载)
◆ 逆变效率:≥75%
5.输入市电:AC220V/50HZ
6.箱体尺寸:660×490×240mm
7.工作环境:0°C~40°C、≤85%RH
四、实验内容:
实验一:太阳能电池发电原理实验
实验1-1 :太阳能光伏板能量转换实验
实验1-2:环境对光伏转换影响实验
实验二:太阳能电池光伏系统直接负载实验
实验三:光伏控制型太阳能系统发电实验
实验3-1:光伏型控制器工作原理实验
实验3-2:光伏型控制器充放电保护实验
实验四:户用型太阳能发电和利用实验
实验4-1:户用型控制器工作原理
实验4-2:户用型控制器充放电保护实验
实验五:太阳能系统电器负载实验;
五、设备配置

序号 数量 单位 价格
1 太阳能光电教学实验箱   1  
2 实验附件   1  
 

8. DB-ST02太阳能发电教学实验平台

基本型太阳能教仪系统由太阳能电池组件模块、蓄电池模块、控制器模块、负载调节控制模块、监控仪表模块、PC机监控模块,等部分组成。


太阳能发电教学实验平台


太阳能发电教学实验平台
太阳能发电教学实验平台
一、主要技术规格参数: 太阳光电实习教学模块
1、系统规格
◆ 系统最大电压:21.5V
◆ 系统最大电流:2A
◆ 系统最大功率:25W
2、太阳能电池规格:单晶硅太阳能电池
◆ 元件尺寸(L*W*H):621*281*28mm,
◆ 最佳功率:20W
◆ 最佳工作电压:17.05±0.5V
◆ 最佳工作电流:1.20±0.10A,
◆ 短路电流:1.34±0.10A,
◆ 开路电压:21.0±0.5V
3、太阳能控制器规格:
3、1、光电型控制器:
额定电压:12V,额定电流为10A,配置铅酸蓄电池,负载为100W以下的12V直流负载,控制单元一通道为光控输出,另一通道为多类定时输出。
3、2、户用型控制器:
额定电压:12V,最大光电电池功率:60W,最大负载电流:5A,过放电压:11.0 ± 0.5, 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。
4、电表规格:
◆ 电流表:× 3个,2A, 显示模式︰0.5”LCD液晶显示
◆ 电压表:× 3个,20V,显示模式︰0.5”LCD液晶显示
◆ 温度表:× 1个,0~99.9℃
5、负载:
◆ 风扇:×1个,额定电压:12V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 交通灯:2组(R,G,B),额定电压:12V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ LED灯:1组(7颗)
◆ 蜂鸣器:×1个
◆ 马达:×1个,额定电压:12V,工作电流:0.25A,功率:3W
◆ 开关:×1个
◆ 按钮:×1个
6、电池:
阀控式密封铅酸蓄电池,额定电压:12V,额定容量(20hr) :3.3Ah,充电方法(恒压),循环︰最大充电电流为825mA
7、电阻器:
◆ 可变电阻,电阻值调整范围为0~1kΩ
◆ DC/DC:5个DC/DC电源模块
◆ 提供DC转AC模块
◆ 支援外接PC计算机量测太阳能电池I-V特性曲线(VB软件or LabView)
8、系统外形尺寸;长1100×宽780×厚120(㎜)平脚40×40×500(㎜)附滚轮方便推动至户外教学。
9、太阳能电池调节铝合金支架(WF-6663A)
◆ 最高工作高度1695㎜,最低工作高度455㎜,承载8㎏,净重1.8㎏,最大管径26㎜,收缩高度620㎜

二、太阳光电实习教学模块实验内容:
实验一 太阳能电池发电原理实验
实验1-1 太阳能光电板能量转换实验
实验1-2 环境对光电转换影响实验
实验二 太阳能电池光电系统直接负载实验
实验三 光电控制型太阳能系统发电实验
实验3-1 光电型控制单元工作原理实验
实验3-2 光电型控制单元充放电保护实验
实验四 用户型太阳能发电和利用实验
实验4-1 用户型控制单元工作原理
实验4-2 用户型控制单元充放电保护实验
实验五 太阳能系统电器负载实验
实验六 综合实验
实验七 太阳能电池基本特性测试实验
实验八 外部扩充DC转AC外接电器实验
实验九 单晶太阳能电池I-V特性曲线实验
三、配置单

序号 数量 单位 价格
1 太阳能光电教学实验台   1  
2 太阳能电池支架(三脚架)   1  
3 太阳能电池组件(25W)   1  
4 蓄电池组   1  
5 实验附件   1  
6     1    
价格合计:
 
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