太陽能發(fā)電測試系統(tǒng)實驗指導書

太陽能發(fā)電測試系統(tǒng)試驗指導書咸陽職業(yè)技術學院202306月18目 錄一、太陽能發(fā)電系統(tǒng)簡介二、太陽能發(fā)電系統(tǒng)試驗裝置設計方案三、試驗一：太陽能光伏板的發(fā)電原理試驗四、試驗二：環(huán)境對光伏轉化影響試驗五、試驗三光伏系統(tǒng)中太陽能電池直接負載試驗六、試驗四太陽能光伏板能量轉換試驗七、試驗五：太陽能把握器工作原理試驗八、試驗六光伏把握器充放電保護試驗力、試驗七 把握器的各項保護功能試驗十、試驗八：離網(wǎng)逆變器工作原理試驗十一、試驗九：獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)一、太陽能發(fā)電系統(tǒng)簡介候再通過把握〔逆變〕把握器、蓄電池〔組〕220V或110V，還需要配置逆變器。各局部的作用為：〔一〕太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心局部，也是太陽儲起來，或推動負載工作。〔二〕太陽能把握器：太陽能把握器的作用是把握整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是把握器的可選項；〔三〕蓄電池：一般為鉛酸電池或膠體電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳候再釋放出來?！菜摹衬孀兤鳎?2VDC、24VDC、48VDC220VACDC-AC太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計需要考慮的因素：1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射狀況如何？2、系統(tǒng)的負載功率多大？3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直流還是溝通？4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時？5、如遇到?jīng)]有日光照耀的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天？6、負載的狀況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？7、系統(tǒng)需求的數(shù)量。二、太陽能發(fā)電系統(tǒng)試驗裝置設計方案1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)試驗裝置的外觀和連接方式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作臺為試驗桌，其尺寸設計為1600(長)×800(寬)×760(高)，臺面為實木板。全部的試驗設備都擺放在工作臺面上，各個設備的連接線都擺放在試驗桌上,工作臺上的設備布置如以以下圖所示。一、太陽能發(fā)電系統(tǒng)二、試驗裝置的主要設備清單序號設備數(shù)量序號設備數(shù)量1太陽能板：30W/14V19220V/10W12人工光源：300W11012V/10W直流風扇133A/1001〔暫無〕11220V/11W溝通風扇1410A12V/24VPV1122P45雙路可調直流電源〔3A〕113數(shù)字電流表46鉛酸蓄電池：12V/20AH114數(shù)字電壓表47500W/24V115接線端子假設干812V/10WLED116試驗一：太陽能光伏板的發(fā)電原理試驗序號1序號123型號備注人工光源太陽能把握系統(tǒng)不透光、足夠大的遮擋板學生自已連線試驗科研平臺已配好。自備三、試驗原理太陽能電池是一種以PN結上接收太陽光照產(chǎn)生光生伏特效應為根底，直接將太陽光的輻射能量轉化為電能的光電半導體薄片,它只要一照到光,瞬間就可輸出電壓及電流.其原理NPP-N結對少數(shù)載流子的牽引作用而漂移通過P-NP-N勢壘電場方向相反的光生電場。一旦接通電路就有電能對外輸出。太陽能電池是由P型半導體和N型半導體結合而成,N型半導體中含有較多的空穴,而P型半導體中含有較多的電子。當P型和N型半導體結合時在結合處會形成勢壘電勢。如圖1.1所示：當電池板在受光照過程中,帶正電的空穴往P型區(qū)漂移,帶負電子的電子往N型區(qū)漂移,PN1.2所示。連線和負載后,電子從電池板的N型區(qū)流出，通過負載到P型區(qū)，就形成電流.如圖1.3所示。四、試驗步驟：1、找到光源模擬跟蹤把握系統(tǒng)見以以下圖操作面板，依據(jù)該系統(tǒng)使用說明書，啟動光源，將光照耀到太陽能電池板上后。2、在太陽能把握系統(tǒng)面板上，找開蓄電池開關3、此時觀看直流單元,觀測光伏輸入電壓，并作出記錄；4、使用不透光的遮擋板完全遮擋太陽能電池板，然后再一次觀測太陽能電池板輸出直流電壓值，并作出記錄；5、調整光源位置，固定電池板位置，觀看電壓變化，并作出記錄，6、爭論光伏電池板參數(shù)，見電池板后銘牌，并記錄下來。六、試驗方法：連接如以以下圖所示1、各部件之間的連線是由學生完成連接，其他的連線在試驗臺上已經(jīng)連好的。2、鹵素燈用來模擬太陽光，通過鹵素燈的照耀可以使得太陽能電池板產(chǎn)生電能，通過數(shù)字電流表和電壓表就能讀出相應的電流，電壓值。試驗結果試驗結果試驗結果試驗結果序號工程光伏電壓光伏電流序號工程光伏光伏電壓電流1234光源位置1：光源位置2：光源位置3：6789自然光照耀：手電筒照耀：其他記錄方陣面積太陽能功率開路電壓最正確工作電壓最正確工作電流短路電流峰值功率試驗總結試驗二：環(huán)境對光伏轉化影響試驗一、試驗目的：了解外部環(huán)境對太陽能電池發(fā)電的影響；序號型號備序號型號備注1光源模擬跟蹤裝置試驗科研平臺已配好。2太陽能把握系統(tǒng)試驗科研平臺已配好。3不透光、足夠大的遮擋板自備三、試驗原理：標帶來影響，而溫度和光照強度的影響往往是同時存在的。光譜響應確定光譜響應指當各種波長的單位輻射光能或對應的光子入射到光伏電池上產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流相比較應。以以下圖為某一光伏電池的相對光譜響應曲線0.4～1.2μm0.8～0.95μm池的電氣性能和光照強度之間的關系。四、試驗步驟：1、找到光源模擬跟蹤把握系統(tǒng)見以以下圖操作面板，依據(jù)該系統(tǒng)使用說明書，啟動光源，將光照耀到太陽能電池板上后。2、在太陽能把握系統(tǒng)面板上，保持蓄電池開關。3、此時觀看,觀測光伏輸入電壓，并作出記錄；4、轉動太陽能電池板的支架，轉變模擬太陽光線與太陽能電池板之間的入射角度，測得在各角度時，太陽能電池板輸出電壓填入下表：5、選擇足夠大的幾種遮光度不同的材料，如白紙、布、塑料膜等，分別用所選擇的材料遮擋整塊電池板，記錄每一種狀況下太陽能電池板輸出的端電壓；注：環(huán)境對太陽能組件的影響只要有：光強大小的影響，溫度的影響，AM光段的影響〔AM：光線通過大氣的實際距離比上大氣的垂直厚度AM注：環(huán)境對太陽能組件的影響只要有：光強大小的影響，溫度的影響，AM光段的影響〔AM：光線通過大氣的實際距離比上大氣的垂直厚度AM件下只能做光強對太陽能組件的影響五、試驗方法：連線如上圖〔圖一〕所示通過調整鹵素燈的光亮度和轉動鹵素燈的照耀角度來轉變太陽能電池組件接收到的光子的多少，從而使得太陽能電池組件的產(chǎn)生的電能大小發(fā)生轉變試驗結果序號光源位置試驗結果序號光源位置光源角度太陽能電壓太陽能電壓11：22：33：1：2：1：2：1：2：456789100%電池板遮擋25%電池板遮擋50%100%白紙布塑料膜光源位置：其他記錄太陽能功率開路電壓方陣面積最正確工作電壓最正確工作電流短路電流峰值功率試驗總結五、留意事項狀況變化較猛烈的天氣；使用同一塊遮擋板轉變其遮擋面積的試驗中，要盡快測得3～5組數(shù)據(jù)，不行長時間使某一局部處于遮擋狀態(tài)。(VI曲線)一、試驗目的：序號123序號123型號備 注試驗科研平臺已配好試驗科研平臺已配好試驗科研平臺已配好光源模擬跟蹤裝置太陽能把握系統(tǒng)可調電阻器三、試驗原理：光伏組件對于不同的負載呈現(xiàn)出不同的外特性。〔L1<L2〕下的兩條伏安特性曲線。由圖可見，對于同一個負載RL，在不同的光照下，輸出可以恒定在恒流點P1，也可以恒定在恒壓點P2。而在同一光照強度下，轉變負載大小，也可以使輸出轉變成恒流形式或恒壓形式P3。a光伏電池的伏安特性曲線由上述可知，光伏電池的輸出電壓和輸出電流都和負載電阻RL大小有關。如圖b光伏電池各個參數(shù)與負載之間的關系線所示，光伏電池的輸出電流隨負載的增大而非線性減小，光伏電池的輸出電壓隨負載的的增大而非線性增大RL=RMa光伏電池的伏安特性曲線b光伏電池輸出特性曲線一個光伏電池帶負載、帶偏壓的電路，其等效電路和負載特性曲線如下面的圖c圖d圖e所示。c光伏電池有負載和有偏壓時的等效電路d光伏有負載有偏壓的伏安特性圖e光伏有負載有偏壓的蓄電池布滿電伏安特性四、試驗步驟：1、找到光源模擬跟蹤把握系統(tǒng)見以以下圖操作面板，依據(jù)該系統(tǒng)使用說明書，啟動光源，將光照耀到太陽能電池板上后。2、在太陽能把握系統(tǒng)面板上，翻開太陽能開關和蓄電池開關。3、時觀看直流單元觀測光伏輸入電壓光伏輸出電流，并作出記錄；4調整電阻器，觀看光伏輸入電流，電壓表，并記錄數(shù)據(jù)。5、該操作相當于再將負載直接接在太陽能電池板，記錄電壓值，比照太陽能電池板端電壓的變化狀況；6、旋動旋鈕轉變負載值，測量每一個負載下太陽能電池板輸出電壓和電流值，得到太接連接到太陽能電池板的輸出端子上，當負載大小轉變時，記錄輸出的電壓和電流值：備注：監(jiān)于現(xiàn)場電阻無法測量，以太陽能電壓每2V為一格，來做輸入變化給定，其他數(shù)據(jù)為記錄數(shù)據(jù)編號負載值電壓值〔V〕電流值功率值1未接入負載022344658610712描點化曲線五、留意事項太陽能電池板輸出電壓和功率負載在可承受電壓和功率范圍內意外狀況；負載投切過程最好通過空開等完成，不要帶電進展接線，以免發(fā)生危急！試驗四太陽能光伏板能量轉換試驗一、試驗目的：序號123序號123型號備 注試驗科研平臺已配好。試驗科研平臺已配好。自備光源模擬跟蹤裝置太陽能把握系統(tǒng)不透光、足夠大的遮擋板三、試驗原理：光伏陣列首先把太陽光輻射能量轉換為P-N身特性和工作環(huán)境影響，不夠穩(wěn)定。能，可以直接供給直流或溝通電機使用，這時電能將轉化為機械能，機械能用于帶動水泵，到電能。這樣可以省掉蓄電池等能量存儲設備?；癁闇贤娔?。溝通電能可以供給用戶使用，用于照明、動力等；也可以并入電網(wǎng)，傳送至遠方；還可以供給其他設備使用。另外，在存儲和轉化過程中，不行避開的存在能量以熱能或其他形式損耗和流失。四、試驗步驟光照耀到太陽能電池板上后。在太陽能把握系統(tǒng)面板上，翻開太陽能開關。觀測以下單元，確保局部指數(shù)為出廠狀態(tài)，假設不能充電，請見本試驗手冊里面參數(shù)調整章節(jié)。此時觀看直流單元,觀測光伏輸入電壓，并作出記錄；分別測量蓄電池電壓值和太陽能電壓值，并記錄下兩個電壓值，再接入太陽能；6.觀看充電電流表，記錄下太陽能為蓄電池充電的電流值，此時間伏電池發(fā)出的電能被存到蓄電池中。小組試驗題目：太陽能光伏板能量轉換試驗小組試驗題目：太陽能光伏板能量轉換試驗試驗時間答復一下問題12電池板到蓄電池壓降為多少蓄電池到負載的壓降估量是什么環(huán)節(jié)造成以上偏差：3序號工程試驗結果1蓄電池開路電壓2太陽能開路電壓3充電狀態(tài)下蓄電池電壓4充電狀態(tài)下的太陽能電流5開頭充電電壓610分鐘后蓄電池電壓六、留意事項本試驗為了解性試驗，所以只需要記錄數(shù)據(jù)，觀看現(xiàn)象就可以了。太陽能發(fā)電系統(tǒng)還有其他形式，例如和柴油發(fā)電機或風機構成混合系統(tǒng)等。有興趣的同學請搜尋資料加深了解。試驗五：太陽能把握器工作原理試驗一、試驗目的：了解太陽能把握器的大致工作過程，了解太陽能把握器的原理、構造和保護等；二、試驗設備序號型號備注1太陽能電池板試驗科研平臺已配好。2太陽能把握器試驗科研平臺已配好。3蓄電池組試驗科研平臺已配好。4雙蹤示波器自備。三、試驗原理：太陽能把握器的主要作用是把握光伏組件和蓄電池一起構成的系統(tǒng)對負載進展供電對蓄電池進展充放電保護。其構造如以以下圖：太陽能充電把握方案分為一點式把握法、PWMDC/DCMPPT本試驗科研平臺承受了串聯(lián)型開路式PWM，通過檢測蓄電池端電壓，與蓄電池額定性能值比較，確定蓄電池狀態(tài)，實現(xiàn)充電把握。間持續(xù)充電的涓流充電。在主充階段，PWM占空比為最大值，即全通，確保此階段以大電流快速對蓄電池進展充電；當蓄電池端電壓到達均充點時，PWM占空比隨電壓增加而減小，以較低的恒定電流值對速充電至80%~90%容量后，轉入浮充模式，以恒定電壓對蓄電池進展充電，充電電流隨著蓄電后期蓄電池可承受充電電流的減小，同時可以避開蓄電池過充；為防止蓄電池充電缺乏，還有涓流充電，使蓄電池充電徹底。壓恢復點以下后，接通輸出回路。四、試驗步驟：光照耀到太陽能電池板上后。在太陽能把握系統(tǒng)面板上，先翻開蓄電池開關，再翻開太陽能電池開關。此時觀看直流單元,觀測光伏輸入電壓，并作出記錄；調整電阻器，觀看光伏輸入電流，電壓表，并記錄數(shù)據(jù)。假設示波器可以采集到電壓波形的占空比，則記錄占空比的值，填入下表。五、試驗方法：連接圖如下所示六、留意事項開。測量充電波形時，留意人身和設備安全！一、試驗目的：序號型號備序號型號備注1太陽能電池板試驗科研平臺已配好。2太陽能把握器試驗科研平臺已配好。3蓄電池組試驗科研平臺已配好。4萬用表自備5直流負載與太陽能輸出電壓等級相匹配，自備6雙蹤示波器自備三、試驗原理：+AIcharge+AIchargeVDIdischargeAKM1VT1++ -Uo--過高，由于假設蓄電池充電過滿，電壓過高，則會消滅大量氣體析出，損害蓄電池的性能，縮短蓄電池的壽命。電量越多，蓄電池可承受的充電電流越小，充電速度也就越慢；蓄電池放電電流越大電時可承受的充電電流也就越大，有利于提高充電速度，但是蓄電池放電電流流經(jīng)內阻時，會產(chǎn)生大量熱量，導致蓄電池溫度上升，所以又必需限制充電電流。放電過程中，假設蓄電池消滅欠壓時，為防止其放電過深，把握器確認欠壓發(fā)生后，將KM1；當蓄電池電壓因充電恢復到欠壓恢復點以上后，把握器將自動閉合KM1接通負載，恢復輸出供電！假設蓄電池消滅過壓時，可能對輸出負載；當蓄電池因放電恢復到過壓恢復點以下時，把握器將自動閉合KM1接通負載，恢復輸出供電！以下是參數(shù)設置介紹及參數(shù)設置范圍：四、試驗步驟：光照耀到太陽能電池板上后。在太陽能把握系統(tǒng)面板上，翻開蓄電池開關。在參與負載和太陽能電池板前測量蓄電池電壓值12V～13V之間；或者調整以以下圖示意的R11電阻，從而影響CPU電壓的不同狀態(tài)。測量蓄電池端電壓或者記錄實時監(jiān)控屏幕顯示電壓，觀看風扇動作狀況，備注采樣電阻電路有濾波延遲滯后，反響會延后一點時間。4修改一次下電值，過放恢復值等，再次觀看風扇轉動狀況，驗證欠過壓設置問題。出狀態(tài)，12VLED12V作。分別把太陽能電池輸入端子和蓄電池輸入端子反接把握器不工作，不顯示夜間防反充試驗可以把太陽能電池用布遮住后〔模擬晚上狀況，查看太陽能電