太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程實(shí)訓(xùn)實(shí)_

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)（4課時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和原理；2、了解太陽(yáng)能電池板的參數(shù)測(cè)試；3、了解蓄電池充放電性能及測(cè)試；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備照度計(jì)太陽(yáng)能電池板數(shù)字萬(wàn)用表導(dǎo)線三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中注意電池板不得承受壓力四、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。    太陽(yáng)能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)時(shí)，就會(huì)在P-N 結(jié)兩邊產(chǎn)生電壓，使P-N 結(jié)短路，從而產(chǎn)生電流。這個(gè)電流隨著光強(qiáng)度的加大而增大，

2、當(dāng)接受的光強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，就可以將太陽(yáng)能電池看成恒流電源。太陽(yáng)能電池開路電壓 (Voc) 一般在3 V 至0.6 V 范圍，短路電流 (Isc) 通常低于8A。太陽(yáng)能電池板通常定義為封裝和連接在一起的一個(gè)以上電池。太陽(yáng)能電池板有不同的電壓和電流范圍，但功率產(chǎn)生能力一般為50 W至300 W。太陽(yáng)能電池和電池板有許多相同的需要測(cè)試參數(shù)，如Voc, Isc, Pmax 圖1: 太陽(yáng)能電池I-V 曲線五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用SMA軟件設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能控制系統(tǒng)方案2、太陽(yáng)能電池板參數(shù)測(cè)試（1）開路電壓VOC測(cè)量 用太陽(yáng)能功率計(jì)記錄不同光照強(qiáng)度E時(shí)的電壓值VOC（2）短路電流ISC測(cè)量

3、。 用太陽(yáng)能功率計(jì)記錄不同光照強(qiáng)度E時(shí)的電流值ISC（3）太陽(yáng)能電池板伏安特性測(cè)試用太陽(yáng)能功率計(jì)記錄不同的光照強(qiáng)度E時(shí)，從大到小調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R，測(cè)量相應(yīng)的電壓V電流I。找出電池輸出最大功率時(shí)的電壓值和電流值。I-V曲線（圖1）上的Pmax點(diǎn)通常被稱為最大功率點(diǎn)（MPP） Vmax在Pmax點(diǎn)，電池的電壓值。 Imax在Pmax點(diǎn)，電池的電流值。（4）器件的轉(zhuǎn)換效率測(cè)量。當(dāng)太陽(yáng)能電池連接到某個(gè)電路時(shí)，這個(gè)值等于被轉(zhuǎn)換的能量（從吸收的太陽(yáng)光到電能）與被采集的能量的百分比。這個(gè)值可以通過(guò)將Pmax除以輸入的光輻照度（E，單位是W/m2，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行測(cè)量），再乘以太陽(yáng)能電池的表面積（AC, 單

4、位是平方米）計(jì)算得到。（5）填充因子（FF）Pmax除以VOC再乘上ISC 。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、分別畫出太陽(yáng)能電池板開路電壓UOC和短路電流ISC對(duì)光照強(qiáng)度的變化曲線；2、畫出太陽(yáng)能電池板I-U變化關(guān)系曲線；3、畫出太陽(yáng)能電池板不同負(fù)載時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效率曲線；4、分析太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)；5、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)二 太陽(yáng)能光伏控制器設(shè)計(jì)、制作及安裝（12學(xué)時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解太陽(yáng)能光伏控制器的原理；2、了解控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程；3、了解控制器PCB板的制作過(guò)程；4、了解控制器的焊裝及調(diào)試二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)線路板雕刻機(jī)焊臺(tái)數(shù)字萬(wàn)用表三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中注意嚴(yán)格遵照設(shè)備使用說(shuō)明

5、操作，注意安全；四、實(shí)驗(yàn)原理太陽(yáng)能控制器是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中重要的組成部分,它在很大程度上決定了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的可靠性。控制器的任務(wù)主要是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能對(duì)蓄電池的充電并保護(hù)光伏系統(tǒng)中的蓄電池。1、 UC3906介紹UC3906作為密封鉛酸蓄電池充電專用芯片，具有實(shí)現(xiàn)密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測(cè)功能。內(nèi)含有獨(dú)立的電壓控制電路和限流放大器，它可以控制芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器提供的輸出電流達(dá)25mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流檢測(cè)比較器檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，并控制充電狀態(tài)邏輯電路的輸入信號(hào)。 圖1  UC3906內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖  &#

6、160;  當(dāng)電池電壓或溫度過(guò)低時(shí)，充電使能比較器控制充電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器截止時(shí)，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當(dāng)電池短路或反接時(shí)，充電器只能小電流充電，避免了因充電電流過(guò)大而損壞電池。     UC3906的一個(gè)非常重要特性就是具有精確的基準(zhǔn)電壓，其基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度而變，且變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時(shí)，芯片只需1.7mA的輸入電流就可工作，這樣可以盡量減小芯片的功耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作環(huán)境溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)，保證電池既充足電又不會(huì)嚴(yán)重過(guò)充電。除此之外，芯片內(nèi)部還包括一個(gè)輸入欠壓檢測(cè)電路以對(duì)充電周期進(jìn)行初始化。這個(gè)電路還

7、驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯輸出，當(dāng)加上輸入電源后，腳7可以指示電源狀態(tài)。 如圖2所示，由RA、RB和RC組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)用來(lái)檢測(cè)充電電池的電壓，通過(guò)與精確的參考電壓（VREF）相比較來(lái)確定浮充電壓、過(guò)充電壓和涓流充電的閾值電壓。 圖2  雙電平浮充充電器基本電路     蓄電池的一個(gè)充電周期按時(shí)間可分為三種狀態(tài)：大電流快速充電狀態(tài)，過(guò)充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)。其充電參數(shù)主要有浮充電電壓VF、過(guò)充電電壓VOC、最大充電電流Imax、過(guò)充電終止電流IOCT等。它們與RA、RB、RC、RS之間的關(guān)系可以從下面的公式反映出來(lái)：     

8、VOC=VREF(1RA/RBRA/RC)   （1）      VF=VREF(1RA/RB)           （2）      Imax=0.25V/RS                 （3）    

9、  IOCT=0.025V/RS                （4） Imax=0.25V/RS=500*10-3RS=0.25*1000/500=0.5    VF，VOC和VREF成正比。VREF的溫度系數(shù)是3.9mV/。Imax，IOCT，VOC，VF可以獨(dú)立地設(shè)置。只要所提供的輸入電源允許或功率管可以承受，Imax的值可以盡可能地大。雖然某些廠家宣稱如果有過(guò)充保護(hù)電路，充電率可以達(dá)到甚至超過(guò)2C，

10、但是電池廠商推薦的充電率范圍是C/20C/3。IOCT的選擇應(yīng)盡可能地使電池接近100充電。合適值取決于VOC和在VOC時(shí)電池充電電流的衰減特性。Imax和IOCT分別由電流限制放大器和電流檢測(cè)放大器的偏置電壓和檢測(cè)電流的電阻RS決定。VF、VOC的值由內(nèi)部參考電壓VREF和外部電阻RA、RB、RC組成的網(wǎng)絡(luò)決定。     由于充電器始終接在蓄電池上，為防止蓄電池電流倒流入充電器，如圖3，在串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二極管。同時(shí)，為了避免輸入電源中斷后，蓄電池通過(guò)分壓電阻R1、R2、R3放電，使R3通過(guò)電源指示晶體管（腳7）接地。 電池的額定電壓為12V,容量

11、為7Ah,VIN=18V,VF=13.8V,Voc=15V,IMAX=500mA,IOCT=50mA。由于充電器始終接在蓄電池上,為防止蓄電池的輸出電流流入充電器,應(yīng)在串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二極管。同時(shí)為了避免輸入電源中斷后蓄電池通過(guò)分壓電阻R3放電,設(shè)計(jì)時(shí)將R3通過(guò)電源指示晶體管(7腳)連接到地。 當(dāng)18V輸入電壓加入后,串聯(lián)的功率管TIP42C導(dǎo)通,開始大電流恒流充電,充電電流為500mA,這時(shí)充電電流保持不變,電池電壓逐漸升高。當(dāng)電池電壓達(dá)到過(guò)充電壓Voc的95%(即14.25V)時(shí),電池轉(zhuǎn)入過(guò)充電狀態(tài),此時(shí)充電電壓維持在過(guò)充電電壓,充電電流開始下降。當(dāng)充電電流降到過(guò)充電終止電流

12、(IOCT)時(shí),UC3906的10腳輸出高電平,比較器LM339輸出低電平,蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示發(fā)光管發(fā)光,指示蓄電池已充足電。 3 結(jié)論 圖3  12V密封鉛酸電池雙電平浮充充電器電路圖18V輸入電壓加入后，Q1導(dǎo)通，開始恒流充電，充電電流為500mA，電池電壓逐漸升高。當(dāng)電池電壓達(dá)到過(guò)充電壓VOC的95（即14.25V）時(shí)，電池轉(zhuǎn)入過(guò)充電狀態(tài)，充電電壓維持在過(guò)充電電壓，充電電流開始下降。當(dāng)充電電流降到過(guò)充電終止電流（IOCT）時(shí)，UC3906的腳10輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示發(fā)光管發(fā)光，指示蓄電池已充足電。 2

13、、三段式鉛酸蓄電池充電介紹（1）恒流充電階段，充電器充電電流保持恒定，充入電量快速增加，電池電壓上升；涓流階段的低恒壓值， 值過(guò)高將使電池失水，容易使電池發(fā)熱變形；值過(guò)低不利于電池充足電。（2）恒壓充電階段，充電器充電電壓保持恒定，充入電量繼續(xù)增加，電池電壓緩慢上升，充電電流下降；高恒壓值，較高有利于快速充足電，但是容易使電池失水，充電后期電流下不來(lái)，結(jié)果使電池發(fā)熱變形；較低不利于電池快速充足電，有利于向涓流階段轉(zhuǎn)換。（3）浮充充電階段， 蓄電池充滿，充電電流下降到低于浮充轉(zhuǎn)換電流，充電器充電電壓降低到浮充電壓，保持為浮充電壓；轉(zhuǎn)換電流，較高有利于電池壽命，不容易發(fā)熱變形，但不利于電

14、池快速充足電；較低有利于充足電，但是由于較長(zhǎng)時(shí)間高電壓充電，容易使電池失水，使電池發(fā)熱變形。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易太陽(yáng)能蓄電池充放電控制器，繪制出原理圖和PCB板圖；2、利用線路板雕刻機(jī)制作控制器PCB板；3、按照原理圖，正確焊裝元器件，并調(diào)試；六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、具體實(shí)訓(xùn)步驟；2、分析太陽(yáng)能控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇；3、PCB制板注意事項(xiàng)；4、焊裝及調(diào)試心得；七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)五太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)逆變器設(shè)計(jì)及制作（4課時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解太陽(yáng)能光伏控制器的原理；2、了解控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程；3、了解控制器PCB板的制作過(guò)程；4、了解控制器的焊裝及調(diào)試二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)線路板雕刻機(jī)焊臺(tái)數(shù)字萬(wàn)用表

15、三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中注意嚴(yán)格遵照設(shè)備使用說(shuō)明操作，逆變器輸出為220VAC，注意安全；四、實(shí)驗(yàn)原理由于太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉(zhuǎn)換器，即光伏逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，才能供電至家庭用電或工業(yè)用電。SG3524它是美國(guó)硅通用公司（Silicon General）生產(chǎn)的雙端輸出式脈寬調(diào)制芯片，包括了所有無(wú)電源變壓器開關(guān)電源所要求的基本功能，如控制、保護(hù)、取樣放大等功能，使用方便靈活，同時(shí)在制造上采用常規(guī)的平面工藝。SG3524可為脈寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型SMPS（固定頻率開關(guān)電源）提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。由它構(gòu)成的PWM

16、型開關(guān)電源的工作頻率可達(dá)100kHz，適宜構(gòu)成100500W中功率推挽輸出式開關(guān)電源。 SG3524采用是定頻PWM電路，工作電源電壓范圍8V35V，DIP16型封裝，管腳排列如圖9所示。SG3524的主要部分說(shuō)明如下：（1）基準(zhǔn)源。SG3524從腳輸出5V基準(zhǔn)電壓，輸出電流可達(dá)20mA，片內(nèi)除“或非”門外，其他部分均由其供電，此外該電壓還兼作誤差放大器的基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)源的電壓輸入范圍為840V，電壓調(diào)整率為0.01，負(fù)載調(diào)整率為0.4，溫度系數(shù)為2×10(-4)/，內(nèi)設(shè)過(guò)電流和短路保護(hù)。（2）誤差放大器。SG3524片內(nèi)誤差放大器由一對(duì)差分放大器和一級(jí)單管放大電路等組成，開環(huán)增益6

17、0dB以上，輸出阻抗為5M。放大器由5V電壓供電，其共模輸入電壓范圍為1.83.4V，需要將輸入基準(zhǔn)電壓分壓送至誤差放大器腳（正電源電壓輸出）或腳（負(fù)電源電壓輸出）。為使放大器能穩(wěn)定工作，一般在腳對(duì)地之間接入RC網(wǎng)絡(luò)，RC網(wǎng)絡(luò)的電阻和電容的值可分別取50k和1000pF，以補(bǔ)償系統(tǒng)的相移和頻響特性。SG3524無(wú)專門的死區(qū)時(shí)間控制端子，而是靠基準(zhǔn)電壓分壓至誤差放大器的腳，通過(guò)限制腳的高電平數(shù)值來(lái)控制死區(qū)，為了不影響片內(nèi)性能，可在腳與分壓端之間串聯(lián)二極管，使腳電位低于分壓端電壓時(shí)分壓電路不起作用。（4）控制關(guān)閉端。誤差放大器的輸出端受片內(nèi)關(guān)閉電路晶體管的控制，利用外部電路控制晶體管的導(dǎo)通與截止即

18、可控制輸出脈沖的工作與關(guān)閉。腳為控制晶體管基極的輸入端子。利用563524的控制關(guān)閉功能可實(shí)現(xiàn)電源的軟啟動(dòng)和過(guò)電壓保護(hù)等。（5）電流限制電路。電流限制電路采用單管放大工作方式，其基極預(yù)先加一定偏置電壓，當(dāng)電流檢測(cè)輸入正端（腳）和負(fù)端（腳）之間電位差大于200mV時(shí)，放大器使腳電位下降迫使輸出脈沖寬度變窄，限制電流的增加。該電路的共模輸入電壓范圍為±IV，因而可以從地線回路中取得過(guò)電流信號(hào)。因電流限制電路增益較低，控制脈寬時(shí)存在較大的過(guò)渡區(qū)，電流開始限制值與實(shí)際工作值相比應(yīng)有一定的裕量，利用該電路可限制主變換器的輸入電流（輸入與輸出電氣不隔離時(shí)），同時(shí)將腳接地，腳可作為附加關(guān)閉輸入端子。（6）比較器。鋸齒波的電壓與誤差放大器的輸出電壓經(jīng)比較器比較，當(dāng)鋸齒波