太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)

摘 要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)應(yīng)用于科研和教學(xué)的太陽(yáng)能光伏教學(xué)和研究中，可以進(jìn)行太陽(yáng)能電池板性能檢測(cè)，光伏發(fā)電演示及開發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。通過(guò)搭積木的方式，淺顯易懂，讓學(xué)生了解太陽(yáng)能光伏應(yīng)用整個(gè)環(huán)節(jié)的原理及操作方法。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 光伏發(fā)電系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）09（b）-0128-02

隨著全球新能源投資趨勢(shì)愈演愈熱，全球許多領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)都在關(guān)注新能源的發(fā)展，該領(lǐng)域的人才需求也不斷加大，而且隨著國(guó)家對(duì)新能源領(lǐng)域的投資加大，專業(yè)的光伏人才也越來(lái)越受青睞，對(duì)應(yīng)開設(shè)相應(yīng)課程的學(xué)校數(shù)目同樣會(huì)激增。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，新能源相關(guān)教學(xué)儀器會(huì)有很大的市場(chǎng)需求。但由于新能源技術(shù)是近10年飛速發(fā)展起來(lái)的新領(lǐng)域，很多學(xué)校沒有合適的教材和教學(xué)儀器，需要進(jìn)行購(gòu)置。

湖北眾友科技有限公司與武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院合作研制出《太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)》，并應(yīng)用到科研和教學(xué)中，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。本產(chǎn)品可以進(jìn)行太陽(yáng)能電池板性能檢測(cè)，光伏發(fā)電演示及開發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。綜合了太陽(yáng)能特性測(cè)試及太陽(yáng)能應(yīng)用開發(fā)特點(diǎn)，能夠滿足市場(chǎng)對(duì)于太陽(yáng)能箱體實(shí)驗(yàn)儀的需求，該項(xiàng)目的研究成果將進(jìn)一步完善有關(guān)太陽(yáng)能方面的實(shí)驗(yàn)。

1 系統(tǒng)介紹（如圖1～2）

太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)主要由太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、蓄電池組件、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、太陽(yáng)能測(cè)試系統(tǒng)、太陽(yáng)能發(fā)電逆變器系統(tǒng)、太陽(yáng)能應(yīng)用系統(tǒng)組成。通過(guò)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)控制太陽(yáng)能電池組件，實(shí)現(xiàn)逐日功能，使太陽(yáng)能電池組件始終與太陽(yáng)光線垂直，保證太陽(yáng)能電池組件接收太陽(yáng)能最大，進(jìn)而太陽(yáng)能電池一方面可以通過(guò)控制器為蓄電池組件充電；另一方面也可以通過(guò)逆變器直接將太陽(yáng)能電池板提供的電能轉(zhuǎn)換為交流電并輸送到電網(wǎng)。其中蓄電池組件既可以直接為負(fù)載供電，也可以通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換，將電能輸送到電網(wǎng)，同時(shí)系統(tǒng)還可以通過(guò)太陽(yáng)能測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)試太陽(yáng)能電池組件的特性參數(shù)，并通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)太陽(yáng)能電池組件的環(huán)境情況及分析環(huán)境因素對(duì)太陽(yáng)能電池組件的特性的影響。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)創(chuàng)新點(diǎn)如下所述：

（1）獨(dú)有逐日系統(tǒng)，采用光強(qiáng)控制和時(shí)間控制兩種控制方式，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤。

（2）太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)開放化，電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和光敏傳感器接口預(yù)留，讓學(xué)生自行連接，通過(guò)實(shí)訓(xùn)掌握操作方法。目前還沒有其它產(chǎn)品擁有此功能。

（3）增加太陽(yáng)能電池板工作環(huán)境監(jiān)控，不僅僅對(duì)其電性能參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，更接近實(shí)際工業(yè)級(jí)運(yùn)用中太陽(yáng)能電池板的使用。目前還沒有其它產(chǎn)品擁有此功能。

（4）采用多塊工業(yè)級(jí)太陽(yáng)能電池板，可進(jìn)行并串聯(lián)組合，模仿KW級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)組建。

（5）太陽(yáng)能跟蹤器采用機(jī)械手產(chǎn)品的活動(dòng)柜式，控制器以托盤形式展現(xiàn)，并集成基本特性測(cè)試及環(huán)境測(cè)試顯示。其他系統(tǒng)采用掛箱結(jié)構(gòu)，直接掛在主臺(tái)體上，模塊化設(shè)計(jì)更利于學(xué)生靈活操作。

（6）讓學(xué)生將太陽(yáng)能電池板、控制器、逆變器和蓄電池組合起來(lái)，構(gòu)成太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)逆變器將太陽(yáng)能變成220V市電，可驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室交流或直流負(fù)載（如實(shí)驗(yàn)室日光燈照明、LED顯示屏等），并提供多種應(yīng)用負(fù)載實(shí)驗(yàn)：感性、阻性、功能性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（手機(jī)等智能設(shè)備）。

（7）太陽(yáng)能路燈是目前光伏最為廣泛的應(yīng)用，太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)根據(jù)實(shí)際太陽(yáng)能路燈構(gòu)架配置了高效LED節(jié)能路燈，可直接用于實(shí)驗(yàn)室夜間照明。（如圖3～4）

2 功能說(shuō)明

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要分為6個(gè)實(shí)驗(yàn)系列，包括幾十個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)類型主要分為特性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。特性實(shí)驗(yàn)主要包括太陽(yáng)能電池的相關(guān)特性實(shí)驗(yàn)及部分其他模塊的特性實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。特性實(shí)驗(yàn)主要體現(xiàn)原理性的教學(xué)，適合廣大高教的基礎(chǔ)教學(xué)。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要體現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本流程的具體操作及演示，適合于高教及職教的技能訓(xùn)練。各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K相互獨(dú)立，接口開放，學(xué)生可自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)K的搭建及接線，完成相關(guān)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)。

（1）太陽(yáng)能電池板特性實(shí)驗(yàn)系列。

實(shí)驗(yàn)包括：太陽(yáng)能電池板I-V特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、短路電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)、開路電壓測(cè)試實(shí)驗(yàn)、負(fù)載特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、最大輸出功率測(cè)試實(shí)驗(yàn)、短路電流、開路電壓與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率測(cè)量實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能電池串并聯(lián)實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能組件模擬輸出實(shí)驗(yàn)、軟件通訊檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

（2）太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤實(shí)驗(yàn)系列。

實(shí)驗(yàn)包括：太陽(yáng)能電池發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能電池板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤模擬實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能光控跟蹤實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能時(shí)控跟蹤實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能光控-時(shí)控跟蹤實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)、軟件通訊檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

（3）太陽(yáng)能蓄電池控制器實(shí)驗(yàn)系列。

實(shí)驗(yàn)包括：太陽(yáng)能蓄電池充電控制實(shí)驗(yàn)、光伏型控制器充放電保護(hù)實(shí)驗(yàn)、蓄電池電壓/電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)、蓄電池電量估測(cè)實(shí)驗(yàn)、控制電池電流流入/輸出實(shí)驗(yàn)、軟件通訊檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

（4）太陽(yáng)能光伏逆變器實(shí)驗(yàn)系列。

實(shí)驗(yàn)包括：逆變器原理實(shí)驗(yàn)、逆變過(guò)載保護(hù)實(shí)驗(yàn)、逆變器與市電互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)、逆變器欠過(guò)壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能網(wǎng)逆變器—負(fù)載供電實(shí)驗(yàn)、軟件通訊檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

（5）太陽(yáng)能并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系列。

實(shí)驗(yàn)包括：MPPT跟蹤實(shí)驗(yàn)、孤島保護(hù)實(shí)驗(yàn)、通訊控制并/脫網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、電網(wǎng)擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)、發(fā)電功率測(cè)量實(shí)驗(yàn)、效率檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、并網(wǎng)原理實(shí)驗(yàn)、軟件通訊檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

（6）太陽(yáng)能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)系列。

實(shí)驗(yàn)包括：太陽(yáng)能電池—風(fēng)扇實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能節(jié)電照明燈實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能路燈實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能警示燈實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能電池充電器實(shí)驗(yàn)、太陽(yáng)能音樂聲響器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，太陽(yáng)能汽車模擬實(shí)驗(yàn)、軟件通訊檢測(cè)實(shí)驗(yàn)等。

3 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用平臺(tái)主要應(yīng)用于科研和教學(xué)，以實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)為主，采用模塊化設(shè)計(jì)工業(yè)級(jí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，各個(gè)模塊都能獨(dú)立成為一套教學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)搭積木的方式，淺顯易懂，讓學(xué)生了解太陽(yáng)能光伏應(yīng)用整個(gè)環(huán)節(jié)的原理及操作方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈輝，曾祖勤.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：6.

[2] 文勵(lì)洪，范維浩，侯志堅(jiān).太陽(yáng)能綜合利用教學(xué)、實(shí)訓(xùn)裝置的研發(fā)[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（4）：12-14.