光伏并网发电实训平台设计与应用

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光伏并网发电实训平台设计与应用

新能源的开发使用已成当今世界发展主流.太阳能储量巨大,具有环保、洁净与可再生的特点,且开发利用时无污染,不影响生态平衡,是低碳社会理想的新能源之一,专家预测在21世纪前半期太阳能光伏产业将超过核电成为最重要的基础能源之一.目前我国太阳能光伏板的产量占世界总产量的60%,但我们很少有核心技术,在技术上仍然处于被动局面.为此近年来,我国高校开始增设光伏类新能源专业,培养市场急需的专业技术人才,将新能源引入到高校实训教学当中,通过实训使学生了解新能源发电装置的构成和工作原理,激发学生的科研兴趣,这对加快人才培养步伐,实现技术突破具有重要意义.笔者结合多年的实训设备研制与实训教学的经验,自主开发创制了光伏并网发电实训装置.

1、实训平台设计要求

(1)避免理论与实际脱节、实训教学与工程应用脱节的问题,让学生在实践中学习,能够融理论与工程应用于一体的开放式实训教学平台,同时还能适合技能鉴定培训的需要.

(2)结构完备、使用灵活,便于拆卸,易于维护、安全可靠,易于扩展兼容.

2、实训平台技术方案

本实训平台技术方案包含模拟光源、光伏阵列系统、双轴跟踪系统、防雷系统和光伏并网发电实训台,见图1.光伏阵列系统安装在双轴跟踪系统上,模拟光源与光伏阵列的支架固定相连,光伏阵列、双轴跟踪系统和公共电网分别通过航空电缆接口与光伏并网发电实训台相连.光伏并网发电实训台包含汇流箱、逆变器、仪表显示系统、运行监控系统、防雷系统与双向电表,这些部件首先分别制作控制盒体、进行模块化,然后依据工程控制需要进行组装.

图1光伏发电实训平台技术方案

3、平台核心模块工作原理

光伏电池阵列是光伏并网发电实训平台的核心,它主要由2块单晶硅太阳能电池板(60Wp/17.3V)和2块多晶硅太阳能电池板(60Wp/17.3V)组成.光伏阵列由光伏组件构成,光伏组件主要由硅半导体材料制成.光生伏特效应原理(示意图见图2):当光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,能量大于禁带宽度的光子穿过减反射膜进入硅中,激发出光生电子G空穴对,并立即被内建电场分离,光生电子进入N 区,光生空穴进入P区,在光电池两端出现异号电荷的积累,形成与内建电场方向相反的光生电场,使P型层带正电、N 层带负而产生“光生电压”,这就是“光生伏特效应”.

图2光生伏特效应示意图

光伏电池产生的实际电流I为式中:VD为PGN 两端的结电压;10为PGN 结的反向饱和电流;Iph为与入射光的强度成正比的光生电流,其比例系数是由太阳能电池的结构和材料的特性决定;

n 为结构因子,表示PGN 结特性的参数,通常n 在1~2之间;q 为电子电荷,q=1.6×10-19C;KB为波尔兹曼常数,KB =1.38×10-23C;T 为实际电池板绝对温度. 从式(1)可知光伏产生的电流与光照强度和温度相关.光伏电池的IGV 特性和PGV 特性曲线见图3和图4(P 为功率).

图3常温不同光照下光伏电池特性曲线

图4相同光照不同温度下光伏电池特性曲线

从图3中可知:当环境温度保持不变时,光照度越强,光伏电池输出的电流与功率越大,电流与电压呈非线性关系,电压较低时与恒流源类似;在PGV 曲线的拐点处为最大功率点,该点即

为最大功率点,每条曲线仅有1个最大功率点.

从图4中可知:当光照强度不变时,温度越高光伏电池输出的电压与功率越低,当电压较高时可近似为恒压源;当输出电压小于最大功率点电压时,输出功率近似呈线性变化;温度越高最大输出功率越小.由图3与式(1)可知,输出功率和电流的强弱与日光强度、光伏材料和温度有关.生产厂家通常只为用户提供25℃下的短路电流Isc、开路电压Uoc、最大功率点输出功率Pm、最大功率点处的电压Um 和最大功率点处的电流Im,应用时有困难.因此需将二者联系起来建立如下的光伏电池工程数学模型方程式:

式中,C1、C2为修正系数;Np 与Ns 为分别为光伏阵列中串联、并联的数目.

4、实训平台结构

该实训平台主要由实训平台台体与电气系统两部分构成,

4.1实训平台台体

实训平台台体采用金属框架结构,表面静电喷涂处理,分2层,底层为光伏发电与逆变部分的积木模块,通过航空电缆转接口与光伏阵列和外部电网相连;顶层为测量指示部分的积木盒体,通过插接线与底层模块相连.支架中间横梁高强度设计,耐用美观,积木盒体在中间靠上下间隙卡住,安装简便.这样非常方便师生在实训装置上进行教学与科研.

4.2电气系统构成

电气系统主要由光伏阵列、模拟光源、光源双轴跟踪装置、能量转换测量显示系统、运行监

测系统、防雷系统与负载系统构成.

(1)模拟光源系统.在光伏组件上方50cm 处分别装有3盏卤钨灯,一支为220V/50Hz/300W 卤钨灯,仿早晨阳光;中间为220V/50Hz,1kW 卤钨灯,仿中午阳光;另外一盏为220V/50Hz/500W 卤钨灯,仿下午阳光,三盏灯呈弧形分布.

(2)光源双轴跟踪装置.由太阳运行传感器、运动机构、控制变压器、步进电机、步进驱动器、控制器和支架组成.太阳运行传感器采集模拟太阳光照度及位置信息,控制运动机构工作,使模拟太阳光源光线与光伏阵列始终垂直,光电的转换效率最高,阵列输出功率最大.

(3)能量转换测量显示系统.该系统是光伏并网发电装置的控制核心,主要有汇流箱、逆变器、双向电度表与断路器组成.汇流箱采用江苏安科瑞的APVGM4;逆变器采用GTIG300W;双向电度表采用浙江立新仪表的DDS238G2ZN/S,具有RS485通信功能.此外测量显示部分由电压表、电流表、功率表、温湿度表、照度表,接在输出级的回路中,主要是直观地显示电

流、电压、功率、温湿度与照度的大小及变化的情况,以便学生观察.

(4)运行监测系统.由环境监测仪、光伏系统监控软件、PC机与汇流箱中的数据测量和采集部分组成.主要功能:显示充电电压、充电电流、功率、运行状态;显示负载电压、负载电流、负载功率、负载状态;显示当前风向、照度、温度等环境信息;各种参数保护、实时数据显示与处理、详细的事故记录、报警参数设定、对用户提供权限管理、密码登录等.不仅能够准确及时地对整体系统的各项参数进行记录和数据分析,还能够轻松实现从全球任何一台PC 或智能手机监控光伏电站运行状态.

(5)防雷系统.对电气设备进行雷电防护,对每串光伏电池的出线端及支架、光伏阵列汇流箱、并网逆变器等相关电气设备进行等电位连接并安装防雷保护装置,汇流箱和逆变器与防雷模块之间采用防浪涌保护.防雷模块与接地线之间阻值小于4Ω.

(6)负载系统.分交流负载与直流负载,交流负载主要由50W 的白炽灯和交流电风扇(约20W)构成,由逆变器供电;直流负载主要由滑动电阻器1(10Ω/200W)、滑动电阻器2(100Ω/100W)、25W LED节能灯等组成,由太阳能电池直接供电.这样分类使用可提高系统效率、节约能源和延长逆变器的寿命,同时也提高了系统的可靠性.

5、主要实训项目

实训平台的各个部分是完全独立的“元器件积木模块”,学生在实训过程中可根据自己对光伏发电应用的理解,自己动手选择相关模块进行组合实训.能够完成以下实训项目:太阳能光伏板能量转换原理实训;太阳能电池板最大输出功率连接和转换效率测试;太阳能电池板方位角、倾斜角的选择及太阳能组件支架的安装;太阳能电池自动追光系统;阵列汇流测试;DCGAC逆变转换;防雷系统测试;运行监测系统实训;最大功率追踪与并网发电测试;光伏发电并网等.

6、光伏并网发电实训平台调试

(1)接线检查.检查该平台的各个积木模块的线缆、连线、接插件与器件无松动、损坏;检查确认DC连接线缆极性正确、端子连接牢固度;电缆连接、接线端有无绝缘损坏、断线等现象.

(2)器件检查.检查积木模块上的器件(模拟光源、汇流器、逆变器,交流断路器、直流断路器与熔断器)等是否完好无损坏及动作是否灵活可靠,所有器件的金属支架或螺钉是否固定牢靠.

(3)绝缘度检测.用1000V 兆欧表,对每个模块的外壳、面板、插接件、电缆与装置的外壳等做绝缘耐压测试或测量绝缘电阻,确保绝缘良好;检测地线连接,确保接地电阻小于4Ω.注意对泄漏电流测量时,测试电压可分4~5阶段进行均匀升压,每阶段停留1min,并读取泄漏电流值;当测试电压升至规定值后维持15min,其间读取1min和15min时的泄漏电流,

测量时应消除杂散电流的影响,测量后的泄漏电流作为判断绝缘状况的参考,不作为是否能投入运行的依据.但有下列情况之一并予以处理:(1)泄漏电流很不稳定;(2)泄漏电流随测试电压升高急剧上升;(3)泄漏电流随测试时间延长有上升现象.检查时,应确保该平台的所有断路器均处于OFF位置.

(4)首次开机.首先打开模拟光源的电源开关,等灯亮10min后再打开汇流箱的直流断路器开关与跟踪控制器开关,进行光线跟踪控制;然后再打开直流负载开关,直至负载工作正常;最后闭合逆变器直流输入开关,确认无误后再闭合空载下逆变器交流输出开关,检测并确认交流输出电压值正确后,接入交流负载,直至全部负载工作正常;启动运行监测系统,进行检测控制.此后逆变电源会自动追踪光伏电池最大功率点,实现最大功率并网,至此首次开机工作完成. (5)系统运行测试.用电能质量分析仪来检测光伏发电质量.检测项目主要有:有功输出特性、有功和无功控制特性;电能质量检测包含谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变、电磁兼容等;电压电流与频率响应特性;安全与保护功能;电源起停对电网的影响及其他规定的内容,是否满足并网要求,并观察监控显示与测量值是否一致(如不一致,且误差较大,则需核对参数设置是否与所要求的参数一致,如两者不一致,则修改参数设置.

(6)平台系统“老化”.需对系统的每个积木模块进行连续供电24h,并以间隔为20min时间进行4h高频开关机,然后再测量电能参数,这样循环测试1周,达到老化目标后,则可放心使用.“老化”时注意事项:①逆变器要空载启动;②人为控制开关机的频率不要太高,一般要间隔20min、开机15min后再打开逆变电源;③交流最大负载要低于300W;为了人身和设备的安全,交流负载端子不能短路.

7、实训平台运用

以光伏并网发电为例介绍其运用.

(1)查阅资料.学生到图书馆或电子阅览室查阅所需资料,资料内容包括项目所在地区的地理

方位(经度、纬度)以及该区的阳光资源、环境状况、气象资料、风力状况与气候条件等,特别是安装地区的太阳的辐照强度与方位角、高度角的变化规律.具体实施过程由该组组长负责,相应的组员严格按照分工执行.

(2)设计.依据掌握的资料信息对光伏并网发电系统进行容量与硬件设计.光伏并网发电系统容量设计主要依据安装面积、负载容量与特性进行计算.主要依据工程的耐候性来选择最佳的硬件设备,主要包含光伏组件的类型、支撑架材料结构、防雷与接地系统设计、逆变器的选择、运行监控与控制系统设计和负载系统设计等环节.并网型太阳能光伏系统接线图见图5.在工程设计时,首先要从工程系统的软件和硬件方面进行斟酌,要本着系统设计的合理性、实用性、经济性、可靠性与高性价比的原则进行设计..

图5并网型太阳能光伏系统接线图

表1光伏并网发电系统所用模块

(3)实施.步骤如下:

①依据设计内容选取实训器件模块,见表

②将选取的模块在实训装置上安插好,然后依据设计图用插接线进行连接;

③启动模拟光源,将光照射到太阳能电池板上10ms后,打开汇流箱开关;

④此时观察直流单元,观测光伏输入电压,并作出记录;然后打开逆变器开关,3ms后打开并网开关;

⑤打开负载开关调节电阻器,观察光伏输入电流、电压、频率等,并记录数据;

⑥实验并观察MPPT 最大功率跟踪以及孤岛效应检测,用示波器读取电压和电流波形,计算并网型电站的太阳能利用效率;

⑦撰写实训报告.

光伏并网实训平台结合工程实际,采取积木式模块设计,结构灵活、便于组合和扩展,学生能够依据自己的水平选择合适的实训项目,有利于加快学生由知识向灵活应用、独立解决实际工程问题的转化,突出学生工程创新应用能力、团队合作能力和创新精神的培养,为学生今后工作打下了较坚实的基础.

(整理)光伏发电实训系统

KNT-SPV01 光伏发电实训系统 实验指导书 (2011年全国职业院校技能大赛指定设备) 南京康尼科技实业有限公司 2011年3月

第一部分光伏发电系统基础 1.1 光伏电池 1.1.1 半导体与PN结 1.本征半导体 纯净半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质,纯净的半导体称为本征半导体。制造半导体器件的常用半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。本征硅半导体中的硅原子核最外层有四个价电子,硅晶体为共价键结构,硅原子最外层的价电子被共价键束缚,在低温下,这些共价键是完好的,本征硅半导体显示出绝缘体特性。当温度升高或受到光照等外界激发时,共价键中的某些价电子会获得能量,摆脱共价键束缚,成为可以自由运动的电子,在原来的共价键中留出空穴。这些空穴又会被邻近的共价键中的价电子填补,并在邻近的共价键中产生新的空穴,空穴运动是带负电荷的的价电子运动造成的,其效果是带正电荷的粒子在运动。可以认为,自由电子是带负电荷的载流子,空穴是带正电荷的载流子。因此,本征半导体中有两种载流子即电子和空穴,它们是成对出现的,称为电子-空穴对,两种载流子都可以传导电流。通常本征半导体中的载流子浓度很低,导电能力差。当温度升高或受到光照时,本征半导体中的载流子浓度按指数规律增加,半导体的导电能力也显著增加。 2.P型半导体和N型半导体 纯净半导体中加入了微量杂质,其导电能力会明显增强。在本征硅半导体中掺入微量三价元素,如硼(B)等,硼原子核的最外层有三个价电子,在形成共价键时,就产生了一个空穴,因此掺入微量三价元素后,本征硅半导体中的空穴浓度大大增加,半导体的导电能力明显提高,主要依靠空穴导电的半导体称为P型半导体。在P型半导体中,空穴浓度高于电子,空穴称为多数载流子,电子称为少数载流子。在本征硅半导体中掺入微量五价元素,如磷(P)等,磷原子核的最外层有五个价电子,在形成共价键时,就产生了一个自由电子,因此掺入微量五价元素后,本征硅半导体中的电子浓度大大增加,半导体的导电能力明显提高,主要依靠电子导电的半导体称为N型半导体。在N型半导体中,电子的浓度高于空穴,电子称为多数载流子,空穴称为少数载流子。无论是P型半导体还是N型半

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太阳能光伏发电系统的优化设 计 ..................................................................... .. (6) 3.1 设计方 案 ..................................................................... .. (6) 3.2负载的计算...................................................................... . (8) 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选 型 (9) 3.4 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设 计 (10) 3.5 蓄电池容量及串并联的设计及选型..................................................................... 11 3.6 控制器、逆变器的选 型 ..................................................................... (12) 3.7 电气配置及其设 计 ..................................................................... (13) 3.8 系统配置清 单 .....................................................................

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第一部分光伏发电系统基础 1.1 光伏电池 1.1.1 半导体与PN结 1.本征半导体 纯净半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质,纯净的半导体称为本征半导体。制造半导体器件的常用半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等。本征硅半导体中的硅原子核最外层有四个价电子,硅晶体为共价键结构,硅原子最外层的价电子被共价键束缚,在低温下,这些共价键是完好的,本征硅半导体显示出绝缘体特性。当温度升高或受到光照等外界激发时,共价键中的某些价电子会获得能量,摆脱共价键束缚,成为可以自由运动的电子,在原来的共价键中留出空穴。这些空穴又会被邻近的共价键中的价电子填补,并在邻近的共价键中产生新的空穴,空穴运动是带负电荷的的价电子运动造成的,其效果是带正电荷的粒子在运动。可以认为,自由电子是带负电荷的载流子,空穴是带正电荷的载流子。因此,本征半导体中有两种载流子即电子和空穴,它们是成对出现的,称为电子-空穴对,两种载流子都可以传导电流。通常本征半导体中的载流子浓度很低,导电能力差。当温度升高或受到光照时,本征半导体中的载流子浓度按指数规律增加,半导体的导电能力也显著增加。 2.P型半导体和N型半导体 纯净半导体中加入了微量杂质,其导电能力会明显增强。在本征硅半导体中掺入微量三价元素,如硼(B)等,硼原子核的最外层有三个价电子,在形成共价键时,就产生了一个空穴,因此掺入微量三价元素后,本征硅半导体中的空穴浓度大大增加,半导体的导电能力明显提高,主要依靠空穴导电的半导体称为P

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第一部分光伏发电系统基础 1.1光伏电池 1.1.1半导体与PN结 1.本征半导体 纯净半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质,纯净的半导体称 为本征半导体。制造半导体器件的常用半导体材料有硅( Si)、锗( Ge)和砷化镓(GaAs)等。本征硅半导体中的硅原子核最外层有四个价电子,硅晶体为共价键 结构,硅原子最外层的价电子被共价键束缚,在低温下,这些共价键是完好的,本 征硅半导体显示出绝缘体特性。当温度升高或受到光照等外界激发时,共价键中的 某些价电子会获得能量,摆脱共价键束缚,成为可以自由运动的电子,在原来的共 价键中留出空穴。这些空穴又会被邻近的共价键中的价电子填补,并在邻近的共价 键中产生新的空穴,空穴运动是带负电荷的的价电子运动造成的,其效果是带正电 荷的粒子在运动。可以认为,自由电子是带负电荷的载流子,空穴是带正电荷的载 流子。因此,本征半导体中有两种载流子即电子和空穴,它们是成对出现的,称为 电子- 空穴对,两种载流子都可以传导电流。通常本征半导体中的载流子浓度很低, 导电能力差。当温度升高或受到光照时,本征半导体中的载流子浓度按指数规律增 加,半导体的导电能力也显著增加。 2.P 型半导体和 N 型半导体 纯净半导体中加入了微量杂质,其导电能力会明显增强。在本征硅半导体中掺 入微量三价元素,如硼(B)等,硼原子核的最外层有三个价电子,在形成共价键时,就产生了一个空穴,因此掺入微量三价元素后,本征硅半导体中的空穴浓度 大大增加,半导体的导电能力明显提高,主要依靠空穴导电的半导体称为P 型半导体。在P 型半导体中,空穴浓度高于电子,空穴称为多数载流子,电子称为少 数载流子。在本征硅半导体中掺入微量五价元素,如磷(P)等,磷原子核的最外 层有五个价电子,在形成共价键时,就产生了一个自由电子,因此掺入微量五价元 素后,本征硅半导体中的电子浓度大大增加,半导体的导电能力明显提高,主 要依靠电子导电的半导体称为N 型半导体。在N 型半导体中,电子的浓度高于空穴,电子称为多数载流子,空穴称为少数载流子。无论是P 型半导体还是 N 型半

光伏发电技术及应用专业课程

公共必修课 思想道德修养及法律基础、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想概论、大学英语、大学体育、计算机文化基础、大学语文、军事理论、大学生就业与创业指导、沐浴经典、红色江西、形势政策 专业基础课 高等数学、大学物理、光伏技术概论、电工电子学、半导体物理器件、太阳电池材料、光伏设备概论 专业课 专业技能课 工程计价与计量、工程制图、AutoCAD 专业必修课 太阳电池原理与工艺、太阳能发电技术、光伏建筑电气控制技术、光伏系统设计与施工、供配电系统、光伏建筑工程 专业任选课 高级语言程序设计、工业计算机控制技术、新能源发电技术、专业英语 集中实践教学 太阳能发电技术课程设计、光伏系统设计与施工课程设计、光伏建筑工程课程设计、军事训练、入学教育、岗位实训、毕业设计(论文) 主干课程 (1)《太阳电池原理与工艺》 课程简介:本课程主要讲授光生伏打效应机理、p-n结、太阳电池的工作原理、制造工艺、测试和应用等方面的技术,使学生对太阳电池器件的原理及工艺有较为系统的掌握。 (2)《太阳能发电技术》 课程简介:本课程主要讲授太阳能光伏发电工作原理、内容包括太阳能电池组件的特性、结构及种类,功率调节器的工作原理、功能、电路构成及种类、选择方法、相关设备及部件,太阳能光伏发电系统设计与施工、维护检查与测量,熟悉太阳能光伏发电系统的法律法规及并网系统技术要求准则。 (3)《光伏系统设计与施工》 课程简介:主要介绍光伏系统的构成及设计原理和规则,阐述光伏系统的施工技术和方法。使学生初步掌握光伏系统的设计方法,了解光伏系统的施工步骤,为学生将来独立参与光伏系统的设计和施工打下基础。 (4)《光伏建筑电气控制技术》 课程简介:本课程主要结合光伏发电讲授建筑配电系统常用的电器元件、继电器、接触器控制的基本控制电路、建筑电气控制技术的设计、建筑中常用的电气设备的控制原理、可编程控制器的基本工作原理及其在光伏建筑中的应用等方面知识。 (5)《太阳电池材料》 课程简介:介绍太阳能及光电转换的基本原理、太阳电池的基本结构和工艺,着重从材料制备和性能的角度出发,阐述常用的太阳能光电材料的基本制备原理、制备技术以及材料结构组成对太阳电池的影响。 (6)《工程计价与计量》 课程简介:本课程主要介绍太阳发电建设项目在决策、设计、招投标、实施、竣工验收等阶段的计价方法,使学生初步掌握工程计价与计量专业技能,扩展学生的工程经济知识与相关能力。

太阳能并网光伏发电系统设计

】 南昌航空大学 自学考试毕业论文 【 题目太阳能并网光伏发电系统 专业光伏材料及应用 学生姓名 准考证号 指导教师 . 2012 年 04 月

光伏发电并网控制技术设计 摘要 随着全球经济社会的不断发展,能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。所以,迫切需要对新的能源进行开发和研究。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高,应用较广泛的能源,尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。 本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍了太阳能发电的意义以及光伏并网发电在国内外的应用现状。其次,对太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析,并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着,对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次,提出光伏并网发电系统的设计方案。最后,对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势,可以缓解能源紧张问题,是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电,并逐步推广"屋顶计划"。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。 关键词:能源;太阳能;光伏并网;逆变器

目录 第一章太阳能光伏产业绪论 (1) 光伏发电的意义 (1) 光伏并网发电 (1) 第二章太阳能光伏发电系统 (5) 太阳能光伏发电简介 (5) 太阳能光伏发电系统的类别 (5) 太阳能光伏发电系统的发电方式 (6) 影响太阳能光伏发电的主要因素 (7) 第三章并网太阳能光伏发电系统组成 (10) 并网光伏系统的组成和原理 (10) 光伏电池的分类及主要参数 (12) 光伏控制器性能及技术参数 (14) 光伏逆变器性能及技术参数 (15) 第四章发展与展望 (18) 发展与展望 (18) 全文总结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)

模拟“太阳能”光伏发电实训装置概要

模拟“太阳能”光伏发电实训装置 摘要:在全球能源形势紧张,气候变暖严重威胁经济发展和人民生活健康的今天,世界各国都在寻求新的能源,以求得可持续发展和日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、环保、源源不断、取之不尽、安全等显著优势,成为世界各国人们的关注、研究的重点。在近几年,我国出台了一系列利用太阳能的鼓励、支持、发展的政策,太阳能热水器、太阳能光伏发电技术迅速发展并已进入了职业技术院校的教科书,作为教学中的一个重要环节,演试和实训所用的仪器、设备也急需跟上去。 关键词:太阳能实训装置教学 据我所了解,现在在职业技术学院的教学中,这种演示试验设备几乎是空白,因为购置费太贵,每台费用约近25万元左右。 本文介绍一种投资少、结构简单、表达清晰,学生操作一遍就能很快领会的“太阳能光伏发电”的基本原理的演示实训装置。有关这方面的教学老师可以自己动手制作,投资费用可控制在几万以内。光伏发电实训装置主要是: (1)模拟太阳能光源及光伏电池板的安装控制装置。 (2)能量转换存储系统。 (3)电流逆变及负载系统。 (4)监控电流能量显示系统。 1、模拟太阳能光源及光伏电池板的安装控制装置 由3盏300瓦投射灯排成一条直线间距约0.25米,作为太阳能光源,中间一盏灯作为中午照射的太阳,两边两盏灯分别作东升西落的太阳,灯的光照度强弱可控制。光伏电池板约1平方米左右,用支架安装在灯泡的下面约0.5米处,让投射灯泡的投射光源充分的照射在光伏电池板上,光伏电池板可以上下升降,也可以任意翻转,这样可调节投射灯投射在光伏电池板上的光照强弱。上下移动光伏电池板与投射灯的照射距离或改变投射灯泡的投射角度与控制投射灯光照度的强弱都可以改变光伏电池所获的电能的大小。

太阳能光伏发电系统课程设计

绪论 能源短缺是当今社会中的热点问题,它直接制约着经济和社会的发展,可再生能源的利用也就成了当今世界关注的焦点之一。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。广义地说,太阳能包含以上各种可再生能源。近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注,美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术。自“六五”以来我国政府也一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划,大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。同时,照明作为日常生活中不可缺少的一部分, 成为了世界各国的一项重要的能源消耗,据统计照明用电占我国总发电量的10%以上,绿色节能照明 的应用越来越受到重视。我国在1996年就提出了“绿色照明工程”,主要就是为了解决与照明相关的能源供应问题,新型的照明光源LED发光产品在照明和装饰领域逐渐受到世人的瞩目。 太阳能电池板和LED都是由半导体材料构成的,随着半导体材料技术的更加完善必将推动太阳能和LED的进一步发展。将太阳能和LED结合起来为节能照明技术提供了新的解决方案。 一、课程设计报告内容 1. 太阳能光伏发电系统的组成 太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池吸收阳光,将太阳的光能直接变成电能输出。 光伏发电系统主要由太阳能光伏电池、储能电池、充放电电路、光源及控制电路等组成,系统的组成框图如图1所示:系统各部分容量的选取配合,需要综合考虑成本、效率和可靠性。太阳能电池将太阳能转变成电能,一部分用来给直流负载LED供电,另一部分储存在蓄电池中。当没有太阳光或者光线暗时,LED 照明系统所需要的能量不够的部分由蓄电池提供。LED照明部分不仅可以实现昼 夜照明,同时采用了自动调光技术,可以使室内的光线保持恒定。 图1光伏发电系统组成框图

光伏并网发电系统设计复习过程

光伏并网发电系统设 计

光伏并网发电系统设计 摘要:最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪(MPPT),由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号,实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明,该设计不但电路设计简单,软硬件结合,控制方法灵活,而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词:STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量,且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上,最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置,其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池,U S=60V,R S=30Ω~36Ω;u REF为模拟电网电压的正弦参考信号,其峰峰值为2V,频率f REF为45Hz~55Hz;T为工频隔离变压器,变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10,将u F作为输出电流的反馈信号;负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪(MPPT)功能,频率、相位跟踪功能,输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。

R L U 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC 变换器和后级的DC-AC 逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST 结构,主要完成系统的MPPT 控制;DC-AC 部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz 交流电。设计采用单片机SPWM 调制,驱动功率场效应管,经滤波产生正弦波,驱动隔离变压器,向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示: 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT 原理及电路设计 3.1 MPPT 原理

最新光伏发电实训系统使用手册

光伏发电实训系统使 用手册

KNT-SPV01 光伏发电实训系统 使用说明书 (2011年全国职业院校技能大赛指定设备) 南京康尼科技实业有限公司 2011年3月

本使用说明书配系统使用光盘。在使用KNT-SPV01 光伏发电实训系统之前,请仔细阅读本使用说明书和系统使用光盘。

目录 1.1 KNT-SPV01 光伏发电实训系统简介 (4) 1.2 光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统 (4) 1.3 能量转换控制存储系统 (6) 1.4 离网逆变负载系统 (7) 1.5 监控系统 (8) 2.1 GE PLC的工作任务 (9) 2.2 能量转换控制存储系统的工作任务 (16) 2.3 离网逆变负载系统的工作任务 (44) 2.4 监控系统的工作任务 (52) 附件1:能量转换控制存储系统电气原理框图 附件2:离网逆变负载系统电气原理框图 附件3:接线图

1.1 KNT-SPV01 光伏发电实训系统简介 KNT-SPV01光伏发电实训系统由光源模拟跟踪装置、光源模拟跟踪控制系统、能量转换控制存储系统、离网逆变负载系统、监控系统组成,如图1所示。 (a)(b)(c)(d)(e) 图1 光伏发电系统 (a)光源模拟跟踪装置 (b)光源模拟跟踪控制系统 (c)能量转换控制存储系统 (d)离网逆变负载系统 (e)监控系统 1.2 光源模拟跟踪装置和光源模拟跟踪控制系统 1. 光源模拟跟踪装置 光源模拟跟踪装置由4块太阳能电池板组件、3盏300W投射灯、追日跟踪传感器、X和Y方向运动机构、直流电动机和支架组成。 太阳能电池板组件的主要参数: 额定功率 20W

太阳能光伏发电技术课程设计

课程设计方案 课程名称太阳能光伏发电技术 班级10级光伏发电班 专业光伏发电技术及应用专业 指导教师:李玲

一、课程设计的目的 课程设计是《太阳能光伏发电技术》课程的一个总结性教学环节,是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中,它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业,在设计中需要学生自己做出决策,即自己确定方案,选择流程,查取资料,进行过程和设备计算,并要对自己的选择做出设计和核算,经过反复的分析比较,择优选定最理想的方案和合理的设计。所以,课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养: 1. 查阅资料,选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力; 2. 树立既考虑技术上的先进性又考虑经济上的合理性正确设计思想,在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力; 3. 用简洁的文字或清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 二、课程设计的任务和要求 1、学习态度:要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度,对有抄袭他人设计图纸(论文)或找他人代画设计图纸、代做报告等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩,并根据学校有关规定给与处理。 2、学习纪律:要严格遵守学习纪律,遵守作息时间,不得迟到、早退和旷课。如因事、因病不能上课,则需请假,凡未请假或未获准假擅自不上课者,均按旷课论处。 3、课程目标:掌握课程的基本理论和基本知识,概念清楚,设计计算正确,结构设计合理,实验数据可靠,绘图符合标准,设计报告撰写规范。要敢于创新,勇于实践,注意培养创新意识和工程意识。 (1)巩固和加深对光伏系统设计基本知识的理解,提高学生综合运用本课程自学知识的能力。 (2)培养学生根据课题需要选学参考书籍、查阅手册、图表和文献资料的所学能力。通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己分析解决问题的方法。 (3)通过实际新余市太阳能LED灯设计方案的分析比较、设计计算、设备选型、安装调试等环节,初步掌握简单太阳能光伏系统的分析方法和工程设计方法。 (4)掌握常用太阳能光伏系统设备的基本参数,学会太阳电池组件的容量计算、蓄电池容量计算、方阵倾角设计等,提高学生动手能力,能在教师指导下,完成课程任务。 (5)了解与课题有关的光伏系统设备安装及使用工程技术规范,能按课程设计任务的要求编写设计报告(或总结)能正确反映设计和实验成果。 (6)培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践,帮助学生逐步建立正确的生产观念、工程观念和全局观点。

KNT-WP01型 风光互补发电实训系统1解析

风光互补发电实训系统 技 术 方 案 南京康尼科技实业有限公司 2013年2月26日

第一部分:技术参数 KNT-WP01型风光互补发电实训系统 一、概述 2013年全国职业院校技能大赛高职组“风光互补发电系统安装与调试”赛项使用的大赛设备是由南京康尼科技实业有限公司研发生产的产品“KNT-WP01型风光互补发电实训系统”。 二、设备组成 KNT-WP01型风光互补发电实训系统主要由光伏供电装置、光伏供电系统、风力供电装置、风力供电系统、逆变与负载系统、监控系统组成,如图1所示。KNT-WP01型风光互补发电实训系统采用模块式结构,各装置和系统具有独立的功能,可以组合成光伏发电实训系统、风力发电实训系统。 (1)、设备尺寸:光伏供电装置1610×1010×1550mm 风力供电装置1578×1950×1540mm 实训柜3200×650×2000mm (2)、比赛场地面积:20平方米 图1 KNT-WP01型风光互补发电实训系统 三、各单元介绍 1、光伏供电装置 (1)、光伏供电装置的组成 光伏供电装置主要由光伏电池组件、投射灯、光线传感器、光线传感器控制盒、水平方

向和俯仰方向运动机构、摆杆、摆杆减速箱、摆杆支架、单相交流电动机、电容器、直流电动机、接近开关、微动开关、底座支架等设备与器件组成,如图2所示。 图2 光伏供电装置 4块光伏电池组件并联组成光伏电池方阵,光线传感器安装在光伏电池方阵中央。2盏300W的投射灯安装在摆杆支架上,摆杆底端与减速箱输出端连接,减速箱输入端连接单相交流电动机。电动机旋转时,通过减速箱驱动摆杆作圆周摆动。摆杆底端与底座支架连接部分安装了接近开关和微动开关,用于摆杆位置的限位和保护。水平和俯仰方向运动机构由水平运动减速箱、俯仰运动减速箱、直流电动机、接近开关和微动开关组成。直流电动机旋转时,水平运动减速箱驱动光伏电池方阵作向东方向或向西方向的水平移动、俯仰运动减速箱驱动光伏电池方阵作向北方向或向南方向的俯仰移动,接近开关和微动开关用于光伏电池方阵位置的限位和保护。 (2)、光伏电池组件 光伏电池组件的主要参数为: 额定功率 20W 额定电压 17.2V 额定电流 1.17A 开路电压 21.4V 短路电流 1.27A 尺寸 430mm×430mm×28mm 2、光伏供电系统 (1)、光伏供电系统的组成 光伏供电系统主要由光伏电源控制单元、光伏输出显示单元、触摸屏、光伏供电控制单

太阳能光伏发电系统课程设计模板

新能源学院 《太阳能光伏发电系统》 课程设计 课题名称: 专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 设计时间:至 沈阳工程学院

报告正文(例子) 目录(自动生成) 第1章绪论.......................................... 1.1 设计背景……………………….................... 1.2 设计意义................................................................................. 第2章沈阳市气象资料及地理情况........................................... 第3章家用独立型太阳能光伏发电系统的优化设计.......... 3.1 设计方案...................... 3.2 负载的计算.......................... 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选型…………………….. 3.4 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设计.......................... 3.5 蓄电池容量及串并联的设计及选型……………………………….. 3.6 控制器、逆变器的选型……………………………….. 3.7 电气配置及其设计………………………….. 3.8 系统配置清单………………………….. 第4章家用独立型太阳能光伏发电系统的优化结果与讨论……… 4.1 ………………………………………………………….. 4.2 ……………………………………………………….. 4.3 ……………………………………………………….. 4.4 ……………………………………………………….. 第5章心得体会....................................................................................... 参考文献.......................................................................................

光伏发电并网系统Simulink仿真实验

光伏发电并网系统Simulink仿真实验 报告电气工程学院 王安20 一.光伏发电系统基本原理与框架图 基本原理为:光伏阵列接受太阳能产生直流电流电压,同时电流电压受光照和温度的影响,而后经DC\DC(BOOST升压电路)转化将电压升高,再经DC\AC逆变产生交流电压供给负载使用。在这中间需要用MPPT使光伏电池始终工作在最大功率点处。 二.光伏电池的工作原理 光伏发电的能量转换器件是太阳能电池,又叫光伏电池。光伏电池发电的原理是光生伏打效应。光伏电池应用P-N结的光伏效应(Photovoltaic Effect)将来自太阳的光能转变为电能。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光电子-空穴对。在电池内电场的作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载就有“光生电流”流过,从而获得功率输出。这样,太阳的光能就变成了可以使用的电能。 三.光伏发电系统并网Simulink仿真 利用MTALAB中的simulink软件包,可以对10KW,380V光伏发电系统进行仿真,建立仿真模型如下: 输入参数如下: Simulink提供的子系统封装功能可以大大增强simulink系统模型框图的可读性封装子模块如下: 光伏电池封装模块: 最大功率点跟踪模块:

PWM模块如下: 并网端PWM内部PI模块: 运行结果如下图所示: 光伏电池输出电压如下: 光伏电池输出电流如下: 光伏电池输出功率波形如下: 并网(220V)成功后输出电流波形: 结果分析:通过对光伏发电的matlab-simulink仿真,得到了与理论曲线基本相同的电压、电流、功率曲线,但仍有不足之处,比如产生了许多谐波。通过这次的仿真实验,让我更加深刻认识了光伏发电的工作原理和过程,对光伏发电过程中可能出现的问题也有了一定的了解。虽然自己现在没办法解决,但随着自己学习的深入,以后会有办法解决的。另外,此次试验是和几个同学一起完成过程中也遇到了很多问题,最后集思广益解决了很多的问题,这让我也明白了合作的重要性。

光伏发电系统课程设计报告

目录 1.系统设计依据 (2) 2.负载耗电量 (2) 3.系统初始化设计 (3) 3.1当地气象数据资料 (3) 3.2方阵倾斜角设计 (3) 4.系统的主要配置说明 (4) 4.1太阳能电视组件 (4) 4.2并网逆变器 (4) 4.3方阵支架场地设计 (5) 4.3.1屋顶基础 (5) 4.3.2支架的设计 (5) 4.4.配电室设计 (6) 4.5.并网发电系统的防雷 (6) 4.6并网发电系统配置表 (7) 5. 系统建设及施工 (8) 5.1光伏系统建设流程 (9) 5.2光伏系统组件安装和检验 (9) 5.3光伏屋面安装顺序 (10) 5.4线缆的敷设与连接 (11) 5.5系统防雷接地安装 (11) 5.6逆变器的安装 (12) 6. 太阳能光伏发电系统的检查与测试 (12) 6.1光伏发电系统的检查 (12) 6.2光伏发电系统的测试 (13) 6.3系统的维护与检修 (13)

1.系统设计依据 该系统的设计依据有(国标): GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求 GB/T 20046-2006 光伏(PV)系统电网接口特性(IEC 61727:2004,MOD) GB/Z 19964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定 GB/T 2423.1-2001 电工电子产品基本环境试验规程试验A:低温试验方法 GB/T 2423.2-2001 电工电子产品基本环境试验规程试验B:高温试验方法 GB/T 2423.9-2001 电工电子产品基本环境试验规程试验C:设备用恒定湿 GB 4208 外壳防护等级(IP代码)(equ IEC 60529:1998) GB 3859.2-1993 半导体变流器应用导则 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 GB/T 15543-1995 电能质量三相电压允许不平衡度 GB/T 21086-2007 建筑幕墙 GB 50057-94 建筑物防雷设计规范 JGJ102-2003 玻璃幕墙工程技术规范 JGJT139-2001 玻璃幕墙工程质量检验标准 2.负载耗电量 设备名称功率(w)日运行时间(h)日耗电量(wh)电视机85w+150w 4+2 640 电磁炉1600 2 3200 照明灯40w×10只 4 1600 电水壶1800 0.5 900 洗衣机400 1.5 600 冰箱350w/24h 24 350 电饭煲650 1.5 975 饮水机300 5 600 电风扇60w×3 5 900 合计9765

光伏发电系统-毕业设计

1. 引言 日常生活和社会生产都离不开能源。人们通过直接或间接利用某些自然资源得到能,因而,把具有某种形式能量资源以及由它加工或转换得到的产品统称为能源。前者叫自然能源或一次能源,如矿物燃料、植物燃料、太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和潮汐能等,后者通常又把可再生的自然资源称为新能源,其围包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。矿物燃料(煤、石油、天然气等)又称为常规能源。 值得注意,几乎所有的自然资源,从广义的角度看都来自太阳能。由大气、陆地、海洋、生物等所接受的太阳能都是各种自然资源的源泉。矿物燃料是古生物长期沉积在地下形成的,它的形成源自远古的太阳能。[9]水的蒸发和凝结,风、雨、冰、雪等自然现象的动力也是靠太阳,因而水能、风能归根到底都来自太阳能。生物质能是通过光合、光化作用转化太阳辐射能取得的。由于太阳和月球对地球水的吸水作用产生潮汐能。 世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳能辐射能通量为1.7ⅹ1014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间;47%转变为热,以长波辐射形式再次返回空间;约23%是水蒸发、凝结的动力,风和波浪的动能,植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接受的太阳能总量为1ⅹ1018kW·h。这相当于5ⅹ1014桶原油,是探明原油储量的近千倍,是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳的能量是如此巨大,正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”,但是太阳辐射能的通量密度较低,大气层外为1353W/m2.太通过大气层时会进一步衰减,还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响,因而,太阳能对地球又呈

光伏发电的MATLAB仿真

一、实验过程记录 1.画出实验接线图 图1 实验接线图 图2 光伏电池板图3 实验接线实物图 2.实验过程记录与分析 (1)给出实验的详细步骤 ○1 实验前根据指导书要求完成预习报告 ○2 按预习报告设计的实习步骤,利用MATLAB建立光伏数学模型,如下图4所示。

图4 光伏电池模型其中PV Array模块里子模块如下图5所示。 图5 PV Array模型其中Iph,Uoc,Io,Vt子模块如下图6-9所示。 图6Iph子模块

图7Uoc子模块 图8 Io子模块 图9Vt子模块 ○3 在光伏电池建模的基础上,输入实际光伏电池参数值,研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线,并得出结论。 ○4 设计光伏电池测试平台,在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值,对实测数据进行处理并加以分析,记录实际光伏电池的I-V、P-V 特性曲线,与仿真结果进行对比,得出有意义的结论。 ○5 确定电力变换电路拓扑结构,设计电路中的相关参数值,通过MATLAB搭 建电路并仿真分析,搭建电路如图10所示。

图10离网型光伏发电系统 ○6 确定系统MPPT控制策略,建立MPPT模块仿真模型,并仿真分析。 系统联调,调节离网型光伏发电系统的电路和控制参数值,仿真并分析最大功率跟踪控制效果。 (2)记录实验数据 m2 表1当T=290K时S=1305W/时的测试数据 I(A)0 1.03 1.25 2.65 3.79 5.97 6.287.867.98 U(V)27.326.226252421.516 1.10 P(W)026.98632.566.2590.96128.35100.488.6460 m2 表2当T=287K时S=1305W/时的测试数据 I(A)01 1.5 2.6 3.93 6.0 6.688.048.12 U(V)27.626.225.825.123.921.620.510 P(W)026.238.765.2693.93129.6136.948.040 m2 表3当T=287K时S=1278W/时的测试数据 I(A)0 1.04 1.49 2.25 3.66 6.06 6.737.98.06 U(V)26.826.22625.424.321.913.40.50 P(W)027.24838.7457.1588.94132.7190.18 3.950

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