專利名稱：一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及教學(xué)試驗(yàn)器具領(lǐng)域，尤其涉及一套新型多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球范圍內(nèi)能源環(huán)境正面臨巨大危機(jī)。石油儲(chǔ)量、煤儲(chǔ)量均在減少，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，生態(tài)平衡嚴(yán)重破壞，對(duì)新能源的應(yīng)用正受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。新能源發(fā)電主要包括了太陽能發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電，生物質(zhì)能發(fā)電等。其中，太陽能發(fā)電因具有儲(chǔ)量巨大、不會(huì)枯竭、清潔環(huán)保、不受地域限制及維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛范圍。目前，我國(guó)正把大力開發(fā)利用新能源及可再生能源作為優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、保障我國(guó)能源安全的戰(zhàn)略新高點(diǎn)?！0003]然而，當(dāng)前總體上我國(guó)的新能源技術(shù)的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，在新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的大形勢(shì)下，卻面臨著新能源技術(shù)方面專業(yè)人才短缺的現(xiàn)象，這種狀況將嚴(yán)重制約中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。與之對(duì)應(yīng)的，各高校所開展的新能源技術(shù)課程才剛剛起步，教學(xué)模式還不成熟，配套的專業(yè)教材與專業(yè)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)儀器都處于良莠不齊，亟待規(guī)劃和有效開發(fā)中。目前，針對(duì)新能源發(fā)電技術(shù)的配套教學(xué)設(shè)備數(shù)量有限，功能比較單一，甚至華而不實(shí)，不能積極有效地起到輔助教學(xué)，加深理解的作用，嚴(yán)重影響著新能源方面人才的培養(yǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種太陽能發(fā)電原理、太陽能發(fā)電與蓄電池充放電、光伏并網(wǎng)逆變、離網(wǎng)逆變、直流供電等新能源發(fā)電有關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)，模塊化的解決方案的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)操作面板和發(fā)電設(shè)備；所述實(shí)驗(yàn)操作面板上繪制有光伏發(fā)電系統(tǒng)的電路連接圖；所述發(fā)電設(shè)備包括模擬太陽光源、自動(dòng)追日跟蹤的太陽能電池陣列、太陽能充放電控制器、并網(wǎng)逆變器、離網(wǎng)逆變器和蓄電池，所述發(fā)電器件通過實(shí)驗(yàn)操作面板上的電路連接圖電連接，其連接關(guān)系為所述太陽能電池陣列分別接入所述太陽能控制器和并網(wǎng)逆變器輸入端，所述離網(wǎng)逆變器并聯(lián)到所述太陽能控制器的輸出端，所述蓄電池經(jīng)防反二極管與所述太陽能型控制器連接；所述離網(wǎng)逆變器與并網(wǎng)逆變器輸出端分別與交流輸出接口相連；直流輸出接口并聯(lián)接入所述太陽能型控制器的輸出端；所述模擬太陽光源用于產(chǎn)生模擬太陽光。所述實(shí)驗(yàn)操作面板上設(shè)有多個(gè)電壓表和電流表，用于檢測(cè)所述太陽能型控制器輸入端和輸出端的電流和電壓。所述實(shí)驗(yàn)操作面板上連接線路上設(shè)有斷路器，用于控制電路通斷。所述實(shí)驗(yàn)操作面板上連接線路上設(shè)有指示燈，用于顯示電路通斷。進(jìn)一步，還包括多路電壓電流數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和顯示器，所述采集卡采集所述太陽能控制器輸入端和輸出端的電流和電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)，所述顯示器顯示所述電流和電壓數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的有益效果是I.整套系統(tǒng)涵蓋了目前太陽能發(fā)電技術(shù)幾乎所有的用電方式，采用實(shí)驗(yàn)操作面板，結(jié)合斷路器和指示燈，直觀展現(xiàn)了本光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成和功能特色，且方便學(xué)生接線與實(shí)驗(yàn)操作；2.專門設(shè)有防反二極管的蓄電池充放電分路設(shè)計(jì)及相關(guān)保護(hù)功能。采用專用太陽能型充放電控制器對(duì)其進(jìn)行充放電控制，與太陽能電池板發(fā)電形成聯(lián)合供電系統(tǒng)，提供給下一級(jí)直流負(fù)載或者為離網(wǎng)逆變提供直流電源；5.獨(dú)立的離網(wǎng)逆變器模塊，實(shí)現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)及蓄電池聯(lián)合供電的離網(wǎng)逆變過程，為交流負(fù)載提供標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電；6.獨(dú)立的并網(wǎng)逆變器模塊，實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變過程，將產(chǎn)生與公用電網(wǎng)同頻同相的交流電直接輸送至市電(電網(wǎng))；7.設(shè)計(jì)有獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集模塊，方便實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)功能，提供高精度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和圖形顯示，并可生成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印、顯示等功能。

附圖I為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)功能原理圖；附圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)顯示界面面板圖；附圖3為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)操作面板圖；附圖4為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)機(jī)械圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖I所示，發(fā)電設(shè)備包括太陽能電池陣列11、支架及其追日控制系統(tǒng)，作為供電單元及研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)化以及系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境下電池板最大功率的跟
足示O太陽能型充放電控制器，作為對(duì)前路供電的綜合控制單元，具有太陽能電池輸入端口，控制太陽能電池對(duì)蓄電池進(jìn)行智能充電，具有防雷、太陽能防反充、過電壓自動(dòng)剎車、蓄電池反接和開路保護(hù)等。鉛酸蓄電池及防反二極管，為儲(chǔ)能單元，光源充足時(shí)吸收多余的電能，光源較弱時(shí)補(bǔ)充不足的能量，并且由二極管控制充放電流向。并網(wǎng)逆變器，電能轉(zhuǎn)換單元。前級(jí)太陽能電池陣列經(jīng)串并聯(lián)連接后，直接輸送至并網(wǎng)逆變器輸入端口，將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為市電的220V交流電，并網(wǎng)逆變器以同頻同相純正弦的并網(wǎng)電流輸出，并進(jìn)行相關(guān)保護(hù)。離網(wǎng)逆變器，將控制器輸出直流電轉(zhuǎn)化為220V的交流用電，供給常用的交流負(fù)載如風(fēng)扇，電燈等使用，并提供相關(guān)的保護(hù)。變送器及數(shù)據(jù)采集卡，帶USB輸出直接連接至計(jì)算機(jī)，可以采樣多路電壓與電流蓄電池電壓與充放電電流、交流負(fù)載電壓與電流、直流負(fù)載電壓與電流、并網(wǎng)電流與電壓坐寸O 液晶顯示計(jì)算機(jī)12，顯示器嵌入在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面板上，配合軟件進(jìn)行顯示。交直流負(fù)載，作為本系統(tǒng)的用電負(fù)荷，滿足參數(shù)條件下可任意選取負(fù)載產(chǎn)品。模擬太陽光源10，保證室內(nèi)教學(xué)的要求，以及克服室外環(huán)境不穩(wěn)定等不足，模擬太陽能發(fā)電的光源效果。其工作流程是，太陽電池光伏陣列接收到光源后產(chǎn)生電能，根據(jù)負(fù)載參數(shù)選擇進(jìn)行電池板串聯(lián)或者并聯(lián)連接后輸入到太陽能型控制器中，蓄電池接入太陽能型充放電控制器，由控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的智能充放電，在光源充足時(shí)將富足的電能存儲(chǔ)在蓄電池中，在負(fù)載功率較大時(shí)釋放電能補(bǔ)充發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率上的不足。發(fā)電系統(tǒng)的電能與蓄電池中儲(chǔ)存的電能通過太陽能控制器輸出，可同時(shí)提供兩路用電。一路連接離網(wǎng)逆變器進(jìn)行離網(wǎng)逆變的工作；另外一路送至直流負(fù)載，直接對(duì)參數(shù)匹配的直流負(fù)載進(jìn)行供電。以上各支路都采用電流電壓表進(jìn)行面板的指示并且由面板后的變送器將數(shù)據(jù)信號(hào)輸送至數(shù)據(jù)采集卡，通過USB接口與軟件進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)電腦界面上對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控與存儲(chǔ)。附圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)顯示界面面板圖，面板最上方為開發(fā)的系統(tǒng)名稱，中部整個(gè)區(qū)域?yàn)橐壕э@示屏，嵌入在系統(tǒng)的面板上，方便實(shí)驗(yàn)室對(duì)軟件界面的觀測(cè)，操作等。左下方開有USB接口，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)傳送至電腦主機(jī)，也可以直接插入存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)采集卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接存儲(chǔ)。附圖3為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)操作面板，形象的將原理圖中的功能設(shè)置和區(qū)域劃分展現(xiàn)出來，并且結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特殊性質(zhì)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)連線接口，發(fā)電設(shè)備經(jīng)實(shí)驗(yàn)操作面板電連接。其中電壓電流表顯示區(qū)I左邊七組為直流的電流電壓表，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室觀察數(shù)據(jù)更加直觀，最右邊為一組數(shù)字的交流電流電壓表，可對(duì)交流的電流、電壓、功率、功率因數(shù)有更加精確地顯示；實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)于電流表需要進(jìn)行串聯(lián)連接，電壓表進(jìn)行并聯(lián)連接。并網(wǎng)逆變器2和為離網(wǎng)逆變器3模塊同時(shí)顯示了內(nèi)部原理的簡(jiǎn)圖，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中也可以通過簡(jiǎn)圖來了解各模塊的整體工作原理，引發(fā)對(duì)個(gè)模塊的興趣，更深層次挖掘和學(xué)習(xí)其工作原理。面板的指示區(qū)下方左邊為電池板的輸入端，畫有兩塊電池板進(jìn)行表示，引入四根電池板的導(dǎo)線，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以根據(jù)學(xué)生實(shí)際的操作進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)的連接。電能引入后，每一級(jí)通路都設(shè)有通路指示燈，可以直觀的顯示哪一路正在工作。K1-K7為各路的斷路器，起到保護(hù)和開關(guān)的作用，其中太陽能電池板、太陽能控制器間，蓄電池分別裝有雙路斷路器，控制電能輸入，可控制斷路器實(shí)現(xiàn)太陽能電池單獨(dú)供電實(shí)驗(yàn)，蓄電池單獨(dú)供電實(shí)驗(yàn)，太陽能電池、蓄電池同時(shí)供電實(shí)驗(yàn)。在蓄電池部分特別設(shè)有兩個(gè)反向的二極管，控制蓄電池充電與放電具有獨(dú)立支路，巧妙的觀測(cè)電池兩端的供放電情況。面板右側(cè)有三個(gè)插座，上方第一個(gè)為并網(wǎng)插座，即常規(guī)的市電，通過連線逆變支路接口與插座相連，即可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。下方兩個(gè)分別為交流負(fù)載的供電插座以及直流負(fù)載的供電插座。這種設(shè)計(jì)不拘泥于負(fù)載的具體產(chǎn)品，只要在功率允許的范圍內(nèi)都可以自由選擇，方便學(xué)校和學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況對(duì)負(fù)載進(jìn)行選擇。附圖4為本實(shí)用新型的系統(tǒng)平臺(tái)機(jī)械圖，系統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)有屏幕顯示區(qū)5、實(shí)驗(yàn)操作區(qū)6、主機(jī)箱放置區(qū)7和和蓄電池放置區(qū)8，中間為電腦鍵盤的放置抽屜，而電池板和光源等為外部接入，不占用平臺(tái)的空間。。本實(shí)用新型開發(fā)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件操作、顯示界面。最上方為該界面可開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼠標(biāo)任意點(diǎn)擊某一實(shí)驗(yàn)，軟件即可切換至當(dāng)前實(shí)驗(yàn)界面。下方為軟件模擬的指示儀表，與面板上的儀表同步顯示，在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)下，方便學(xué)生讀取。最下方的按鈕可以設(shè)置采樣時(shí)間，按下停止按鈕則停止當(dāng)前采集狀態(tài)，并將獲得的數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)到默認(rèn)地址下。 新型多功能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以根據(jù)新能源發(fā)電課程要求，開展與太陽能光伏發(fā)電相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能深刻理解，最終達(dá)到夯實(shí)基礎(chǔ)、加深理解、提高素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的目的。同時(shí)，基于該平臺(tái)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供更多的自主實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的太陽能電池板、蓄電池儲(chǔ)能單元以及負(fù)載單元等若干個(gè)相互獨(dú)立的模塊，自主設(shè)計(jì)與開發(fā)，組合與創(chuàng)新，進(jìn)行更深一層科研探索。
權(quán)利要求1.一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)操作面板和發(fā)電設(shè)備；其特征在于，所述發(fā)電設(shè)備包括模擬太陽光源、太陽能電池陣列、太陽能充放電控制器、并網(wǎng)逆變器、離網(wǎng)逆變器和蓄電池，所述發(fā)電器件通過實(shí)驗(yàn)操作面板上的電路連接圖電連接，其連接關(guān)系為所述太陽能電池陣列分別接入所述太陽能控制器和并網(wǎng)逆變器輸入端，所述離網(wǎng)逆變器并聯(lián)到所述太陽能控制器的輸出端，所述蓄電池經(jīng)防反二極管與所述太陽能型控制器連接；所述離網(wǎng)逆變器與并網(wǎng)逆變器輸出端分別與交流輸出接口相連；直流輸出接口并聯(lián)接入所述太陽能型控制器的輸出端；所述模擬太陽光源用于產(chǎn)生模擬太陽光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)操作面板上設(shè)有多個(gè)電壓表和電流表，用于檢測(cè)所述太陽能控制器輸入端和輸出端的電流和電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)操作面板上連接線路上設(shè)有斷路器，用于控制電路通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述 實(shí)驗(yàn)操作面板上連接線路上設(shè)有指示燈，用于顯示電路通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，還包括多路電壓電流數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和顯示器，所述采集卡采集所述太陽能控制器輸入端和輸出端的電流和電壓數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)，所述顯示器顯示所述電流和電壓數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種多功能光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該試驗(yàn)平臺(tái)包括實(shí)驗(yàn)操作面板和發(fā)電設(shè)備；所述實(shí)驗(yàn)操作面板上繪制有光伏型發(fā)電系統(tǒng)的電路連接圖；所述發(fā)電設(shè)備包括模擬太陽光源、太陽能電池陣列、太陽能控制器、并網(wǎng)逆變器、離網(wǎng)逆變器和蓄電池，所述發(fā)電器件通過實(shí)驗(yàn)操作面板上的電路連接圖。該平臺(tái)涵蓋了目前太陽能發(fā)電技術(shù)所有的用電方式，采用實(shí)驗(yàn)操作面板，結(jié)合斷路器和指示燈，直觀展現(xiàn)了本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成和功能特色，且方便學(xué)生接線與實(shí)驗(yàn)操作。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202795847SQ20122007964
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者廖志凌, 梅從立, 徐東, 楊兆銀 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)