GL-GF-1 Учебное оборудование по солнечной фотоэлектрической генерации

Ⅰ. Обзор

Солнечная фотоэлектрическая энергетика обладает такими преимуществами, как отсутствие истощения ресурсов, отсутствие загрязнения окружающей среды и широкое распространение ресурсов. Солнечная энергетика преобразует солнечную энергию в постоянный электрический ток и накапливает его благодаря фотоэлектрическому эффекту солнечных панелей. Она широко используется в сфере связи, микроволновых печей, оптоволоконных линий связи, железнодорожных и автомагистральных коммуникаций, освещения, ландшафтного дизайна, мобильных энергетических устройств, систем гидрологических наблюдений, метеорологических и сейсмических станций и т. д. Благодаря своим экологически чистым характеристикам и отсутствию загрязнения окружающей среды, а также таким преимуществам, как отсутствие истощения ресурсов, отсутствие загрязнения окружающей среды и широкое распространение ресурсов, она стала источником энергии, которому люди уделяют всё больше внимания.

Учебное оборудование GL-GF-1 по солнечной фотоэлектрической генерации в основном включает в себя солнечные панели (включая кронштейны), интеллектуальные контроллеры (с передачей данных), необслуживаемые аккумуляторные батареи, электрораспределительные устройства и другие компоненты, помогающие студентам понять принципы солнечной фотоэлектрической генерации и освоить инженерные возможности конфигурации, структуры, состава системы и т. д.

II. Характеристики устройства

1. Для имитации солнечного света используются лампы со спектром свечения, близким к солнечному. Учебный проект можно выполнять в любое время, поэтому он не зависит от погодных условий.

2. Проект имеет большую практическую ценность. Используемые солнечные панели (20 Вт*4), интеллектуальные контроллеры, аккумуляторные батареи и уличное освещение те же, что и в полевых условиях, что позволяет студентам глубже понять принципы полевого применения солнечной фотоэлектрической генерации.

3. Различные компоненты учебного оборудования GL-GF-1 по солнечной фотоэлектрической генерации полностью независимы. Студенты могут подключать их самостоятельно, исходя из своего понимания применения солнечной фотоэлектрической энергии в процессе обучения.

4. Используются стандартные промышленные солнечные панели, которые можно размещать как в помещении, так и на улице, с регулируемым углом наклона.

5. Предлагается обучение различным симуляциям: уличные солнечные фонари, сигнальные лампы, инверторы и т. д.

6. Солнечные панели могут автоматически отслеживать систему слежения за светом.

7. Конструкция из алюминиевого сплава адаптирована для удовлетворения потребностей профессионально-технических училищ. Все учебные устройства установлены на сетчатой пластине. Обучение проводится с использованием практических занятий. Размер сетчатой пластины составляет 1200 мм х 600 мм.

Ⅲ. Технические характеристики

1. Входное напряжение: 380 В ±10% 50 Гц

2. Мощность:<1000 ВА

3. Условия эксплуатации: температура от -10°C до +40°C, относительная влажность<85% (25°C), высота над уровнем моря <4000 м

4. Тренировочная платформа: длина 1280 мм × ширина 600 мм × высота 1680 мм; система слежения за солнцем: длина 900 мм × ширина 1400 мм × высота 1640 мм

5. Вес:<120 кг.

Ⅳ. Основная конфигурация системы

Включает в себя: компоненты солнечной батареи, систему слежения за солнцем (устройство слежения за солнцем, система управления устройством слежения, датчик освещенности, аналоговый источник света), источник питания измерительных приборов (измеритель напряжения постоянного тока, амперметр, измеритель температуры и влажности, многофункциональный измеритель переменного тока, источник питания постоянного напряжения и тока), фотоэлектрический контроллер, аккумуляторную батарею, контроллер инвертора (автономный, сетевой), учебную платформу, сетчатую пластину, программное обеспечение для управления экспериментом.

1. Солнечный модуль

1) Проектная мощность 20*4 Втп;

2) Высокоэффективный монокристаллический кремниевый солнечный модуль, соответствующий стандарту IEC61215:1993;

3) Уровень защиты аккумуляторного модуля не ниже IP65, рабочий диапазон температур от -20°C до +60°C;

4) Аккумуляторный модуль соответствует требованиям обязательных национальных стандартов.

5) Солнечная панель представляет собой сборную матрицу, состоящую из 4 небольших солнечных элементов. Возможно параллельное и последовательное соединение солнечных панелей, что позволяет использовать два способа объединения панелей в сеть: с высоким током или высоким напряжением.

6) Параметры поставляемых панелей следующие:

Максимальная выходная мощность: 4 x 20 Вт

Напряжение холостого хода: 21,87 В (параллельное соединение), 4 x 18 В (последовательное соединение)

Ток короткого замыкания: 4 x 0,72 А (параллельное соединение), 0,72 А (последовательное соединение)

2. Система слежения за солнцем

1) Устройство слежения за солнцем

Фотоэлектрическое устройство слежения в основном состоит из фотоэлектрических элементов, датчиков света, блоков управления датчиками света, механизмов горизонтального и наклонного перемещения, микропереключателей, базовых кронштейнов и другого оборудования и устройств.

2) Система управления устройством слежения

Система управления обеспечивает ручной и автоматический режимы управления, позволяя управлять различными траекториями источника света и положением механизмов горизонтального и наклонного перемещения, что позволяет студентам полностью понять работу системы слежения. Система предусматривает несколько структур для дополнительного развития.

Система управления слежения за солнцем использует программируемый контроллер Siemens CPU226 в качестве управляющего хоста и предоставляет соответствующую среду разработки ПЛК.

A. Программируемый контроллер CPU226 (AC/DC/RELAY)

B. Интегрированные цифровые входы/выходы (24 цифровых входа/16 цифровых выходов)

C. Два порта связи RS-485

D. Двухфазный высокоскоростной счётчик с максимальной частотой дискретизации 100 кГц (ТТЛ-контроллеры с высоким напряжением ~24 В постоянного тока)

E. Встроенные двухканальные высокоскоростные импульсные выходные порты

F. Содержит интерфейс PPI; поддерживает кабель для программирования с помощью ПК/PPI.

3) Датчик освещенности

A. Режим слежения: двухосное полностью автоматическое слежение

B. Точность: ±0,5°

C. Угол поворота по горизонтали: 360°

D. Угол наклона: 180°

E. Питание контроллера: 12 В постоянного тока

F. Питание двигателя: 12 В постоянного тока

G. Корпус из алюминиевого сплава размером 40×80 мм

4) Аналоговый источник света

Используются две проекционные лампы мощностью 300 Вт, установленные на кронштейне, напряжение питания 220 В, максимальная мощность 300 Вт. Привод управляется двигателем переменного тока, что позволяет наглядно имитировать траекторию солнечного света с востока на запад, моделируя структуру солнечной системы.

3. Измерительные приборы

1) Измеритель напряжения и тока постоянного тока

Цифровой измеритель напряжения постоянного тока, оснащенный высокопроизводительным АЦП и высокоскоростным микропроцессорным блоком, реализует функцию управления в режиме диалога между человеком и компьютером посредством клавишного ввода и цифровых дисплеев. Диапазоны измерения: от 0 до 300 В. Погрешность измерения: 0,5 уровня.

Цифровой миллиамперметр постоянного тока, оснащенный высокопроизводительным АЦП и высокоскоростным микропроцессорным блоком, реализует функцию управления в режиме человеко-машинного диалога посредством клавишного управления и цифрового дисплея. Диапазоны измерения: от 0 до 5 А. Погрешность измерения: 0,5 уровня.

2) Термогигрометр

Диапазон измерения температуры: от -40 до 120 °C, погрешность измерения: 0,5 уровня.

3) Многофункциональный измеритель переменного тока

Оснащенный 24-разрядным специализированным цифровым сигнальным процессором, 16-разрядным высокоточным АЦП и высокоскоростным микропроцессорным блоком, он реализует функцию управления в режиме человеко-машинного диалога посредством клавишного управления и цифрового дисплея.

4) Стабилизированный источник питания постоянного тока 0-30 В/2 А

4. Фотоэлектрический контроллер

Выход управления освещением + несколько типов выходов синхронизации, номинальное напряжение: 12 В, номинальный ток 10 А, нормально разомкнутый выход нагрузки; защита от перезаряда и переразряда аккумулятора, защита от перенапряжения нагрузки, перегрузки, короткого замыкания, защита от обратного заряда в ночное время, защита от короткого замыкания на выходе, температурная компенсация.

5. Свинцово-кислотный аккумулятор с клапанным регулированием:

1) Низкий саморазряд;

2) Длительный срок службы;

3) Высокая способность к глубокому разряду;

4) Высокая эффективность заряда;

5) Широкий диапазон рабочих температур;

6) Рабочая температура: от -18 до 60 °C;

7) Ёмкость 12 А·ч

6. Контроллер инвертора

1) Автономный инвертор 300 Вт

A. Чистая синусоида на выходе (коэффициент искажений ≤4%);

B. С защитой от перенапряжения/пониженного напряжения/короткого замыкания/перегрузки/перегрева;

2) Сетевой инвертор мощностью 300 Вт

Сетевой инвертор имеет двухступенчатую структуру преобразования энергии DC/DC и DC/AC. Преобразователь DC/DC корректирует рабочую точку фотоэлектрической батареи для достижения максимальной мощности; преобразователь DC/AC обеспечивает синфазность выходного тока с напряжением сети, обеспечивая при этом единичный коэффициент мощности.

7. Сетчатая пластина

Размеры сетчатой пластины: длина 1200 мм х ширина 600 мм.

8. Сенсорный экран

Оснащен 10-дюймовым сенсорным экраном, на котором можно управлять работой двухосевого устройства слежения за солнечной энергией и отслеживать показания прибора.

V. Учебные проекты

1. Серия экспериментов по характеристикам солнечной панели

1) Эксперимент по вольт-амперной характеристике солнечной панели

2) Эксперимент по измерению тока короткого замыкания

3) Эксперимент по измерению напряжения холостого хода

4) Эксперимент по измерению нагрузочной характеристики

5) Эксперимент по измерению максимальной выходной мощности

6) Функциональная зависимость между напряжением холостого хода и относительной интенсивностью света

7) Эксперимент по измерению преобразования световой энергии солнечного элемента.

8) Эксперимент по последовательному и параллельному соединению солнечных элементов

9) Эксперимент по измерению выходной мощности солнечного модуля

10) Эксперимент по измерению эффективности преобразования световой волны в фотоэлектрических системах при различных погодных условиях и интенсивности солнечного света.

11) Эксперимент по измерению преобразования фотоэлектрической энергии при изменении орбиты Солнца в разные сезоны года.

12) Испытание преобразования фотоэлектрической энергии при изменении температуры окружающей среды в разные сезоны года.

2. Серия экспериментов по автоматическому слежению за солнцем

1) Эксперимент, изучающий принцип работы системы слежения за солнцем

2) Эксперимент, изучающий влияние окружающей среды на фотоэлектрическое преобразование

3) Эксперимент, изучающий слежение за солнечным светом

3. Серия экспериментов по контроллеру солнечной батареи

1) Эксперимент по управлению зарядом солнечной батареи

2) Эксперимент по защите контроллера от заряда и разряда

3) Эксперимент по проверке напряжения и тока аккумулятора

4) Эксперимент по регулированию тока в аккумуляторе и выходного тока

5) Эксперимент по регулированию выходного тока контроллера по времени

6) Тестирование формы сигнала заряда аккумулятора, входящего в каскад ШИМ-модуляции

7) Эксперимент с нормальной нагрузкой, перегрузкой, коротким замыканием и эксплуатационным испытанием

8) Эксперимент по проверке эксплуатации бытовых и светорегулируемых режимов управления

4. Серия экспериментов по применению солнечной энергии

1) Эксперимент с вентилятором переменного и постоянного тока

2) Применение и принцип работы уличных солнечных фонарей

3) Обучение подключению уличных солнечных фонарей

4) Примеры применения уличных солнечных фонарей

5) Применение и принцип работы сигнальных ламп солнечной энергии

6) Обучение подключению сигнальных ламп солнечной энергии

7) Нагрузка с переменным импедансом солнечной энергии Эксперимент

5. Серия экспериментов с солнечным фотоэлектрическим инвертором

1) Принцип работы инвертора

2) Обучение подключению инвертора

3) Эксперимент с автономным инвертором

4) Эксперимент с подключенным к сети инвертором

6. Обучение программированию ПЛК

1) Эксперимент с ручным программированием ПЛК двухосного устройства слежения

2) Эксперимент с автоматическим программированием ПЛК двухосного устройства слежения

7. Программирование конфигурационного ПО

8. Программирование ПО для мониторинга управления питанием

Синхронная ПК-версия:

GL-GF-1  Учебное оборудование по солнечной фотоэлектрической генерации http://russian.biisun.com/products/solar-photovoltaic-power-generation-training-equipment