教學設備

DB-F500B 風光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實訓系統(tǒng)

  能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料的能源體系極大的推動了人類社會的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應用前景。
風光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實訓系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載、開關控制模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、儀表顯示等部分組成，通過觸摸屏和變頻器作為控制核心，帶有A/D、D/A模塊、模擬量輸入/輸出模塊、交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)于風能發(fā)電、光伏發(fā)電為一體的教學實訓系統(tǒng)；各系統(tǒng)通過連接電纜進行連接，形成一套可完成風力及光伏發(fā)電、同步并網(wǎng)、離網(wǎng)電源的實驗及教學演示。幫助學生理解太陽能并網(wǎng)、離網(wǎng)及風力發(fā)電系統(tǒng)的原理，從而起到學習工程實際應用技能的作用。

風光互補并網(wǎng)發(fā)電與機電實訓系統(tǒng)應用范圍：主要面向職高、大學、研究生、企業(yè)技工以風力發(fā)電和太陽能離網(wǎng)、并網(wǎng)發(fā)電為主課題的研究和培訓。
一、主要技術規(guī)格參數(shù)：
1、系統(tǒng)規(guī)格
 系統(tǒng)最大電壓：DC12V，AC220V/50Hz
 系統(tǒng)最大電流：50A
 系統(tǒng)最大功率：600W
2、太陽能電池板
太陽能電池板采用陣列組裝形式，主要采用4塊（或更多）小型太陽能電池板組建，可實現(xiàn)太陽能電池板的并接方式和串接方式，進而提供大電流或大電壓的兩種太陽能電池板組網(wǎng)方式。
 電池板：單晶硅
 輸出功率：20W*4塊
 開路電壓：21.24V
 短路電流：1.16A
 跟蹤方式：雙軸全自動跟蹤； 精度：±0.5°
 水平回轉(zhuǎn)角度：360° ；俯仰角度：180°
 控制器供電電源：DC 12V
 電機供電電源：DC 12V
 模擬光源：500W*3只 鹵素燈
3、風力發(fā)電機
 額定功率：300(W)
 額定電壓：12(V)
 額定電流：33.3
 風輪直徑：1.24(m)
 啟動風速：2.5(m/s)
 額定風速：9.6(m/s)
 安全風速：35(m/s)
 工作形式：永磁同步發(fā)電機
 風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
 風葉數(shù)量：3（片）   
 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
 電機材料：鋁合金
4、模擬風洞模塊
 風量：32073 mз/h
 風壓：288Pa
 轉(zhuǎn)速：1440 r/min
 功率：2.2kW    
 可調(diào)風速：0～13級連續(xù)可調(diào)
5、風光控制器系統(tǒng)：
 工作電壓：12VDC
 充電功率Pmax ：600W
 光伏功率Pmax ：150W
 風機功率Pmax ：450W
 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
 充電最大電流 35A
 過放保護電壓 11V 
 過放恢復電壓 12.6V
 輸出保護電壓 16V  
 卸載開始電壓（出廠值）15.5V
 卸載開始電流（出廠值） 15A
 控制器設有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關功能；
 負載為100W以下的12V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關，定時開、定時關，）。
 使用32們高速單片機，實現(xiàn)智能控制，自動識別12/24V系統(tǒng)。 采用串聯(lián)式PWM充電控制方式，使充電回路的電壓損失較原二極管充電方式降低一半，充電效率較非PWM高3－6%;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式有利于提高蓄電池壽命。
 多種保護功能，包括蓄電池反接、蓄電池過、欠壓保護、太陽能電池組件短路保護，具有自動恢的輸出過流保護功能，輸出短路保護功能。
 具有豐富的工作模式，如光控，光控＋定時，通用控制等模式。
6、并網(wǎng)逆變器
 輸出電壓：AC 180-260V
 工作電壓：18 - 50V，
 額定輸出功率≥400W
 輸出波形：正弦波(失真度≤3﹪)
 輸出頻率：47-55Hz，
 LED方式顯示工作狀態(tài)，
   并網(wǎng)逆變器具有DC－DC和DC－AC兩級能量變換的結(jié)構(gòu)。DC－DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC－AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。
7、離網(wǎng)逆變器
 直流輸入電壓：9～16VDC 電壓可選
 額定蔬出功率：300W
 輸出電壓：110/220VAC
 輸出波形：純正弦波
 輸出頻率：50Hz
 工作效率：85%
 功率因數(shù)：>0.88
 波形失真率≤5%
 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃
 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護
具有輸出短路、過溫、過載、欠壓保護及保護具有自動恢復功能，采用風機冷卻方式，輸入輸出完全隔離設計，能快速并行啟動電容、電感負載，三色指示燈顯示，輸入電壓,輸出電壓，負載水準和故障情形，負載控制風扇冷卻，過壓/欠壓/短路/過載/超溫保護
8、監(jiān)控系統(tǒng)（工業(yè)觸摸屏）
8.1 PLC控制系統(tǒng)
采用 S7-200SMART PLC，該機搭載西門子專用高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時間可達0.15us，這一強大“芯”臟，在處理繁瑣程序邏輯和復雜工藝要求時從容不迫，確保設備高效穩(wěn)定運行。CPU模塊本體標配以太網(wǎng)接口，程序下載和通信變得方便快捷，通過一根普通網(wǎng)線，即可將程序下載到PLC省去專用編程電纜麻煩，以太網(wǎng)接口支持與其他CPU模塊、觸摸屏、計算機進行通信，輕松實現(xiàn)組網(wǎng)功能。
S7-200 SMART CPU模塊本體集成1 個以太網(wǎng)接口和1 個RS485 接口，通過擴展CM01 信號板，其通信端口數(shù)量最多可增至3個。可滿足小型自動化設備連接觸摸屏、變頻器等第三方設備的眾多需求。
8.2 觸摸屏
 尺寸(英寸) 10.2
 液晶屏：TFT液晶顯示，LED背光
 顯示顏色：真彩，65535色
 分辨率：800×480
 液晶屏亮度：200cd/㎡
 觸摸屏：電阻式
 供電電源：24VDC
 額定功率：5W
 CPU主板：ARM CPU，400MHz
 內(nèi)存：64M
 存儲設備：128M FLASH
 組態(tài)軟件：MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運行版）
    環(huán)境條件 　
 工作溫度：0℃~45℃
 工作濕度：5%~90%
 儲存溫度：-10℃~60℃
 振動頻率：10-57Hz 57-150Hz
 振動加速度：0.075mm 9.8 m/s2
 振動掃頻速率：Oct/min ≤1
    產(chǎn)品規(guī)格
 結(jié)構(gòu)：工業(yè)塑料結(jié)構(gòu)
 顏色：工業(yè)灰
 面板尺寸：226.5mm×163mm
 機柜開孔：215mm×152mm
9、實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)
智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數(shù)；設備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設備，PC端進行授權之后，設備可啟動使用，PC端可分時預約設備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設備溫度、漏電電流值等；用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設置界面能設置限定電能值、負載值、設備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等�？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h程控制智能開關的通斷。
3、PC端軟件：每個設備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權限管理等功能�？梢绘I開啟和關閉所有設備，可單獨控制每臺設備的開關！
4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：①、包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預覽所有設備的在線和運行情況，分析設備使用率及運行時間�、�、包含設備節(jié)點：可顯示設備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應設備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。
10、多媒體教學軟件
1、通過該軟件可以系統(tǒng)性學習太陽能光伏硅材料、電池片、光伏組件、光伏組件附屬材料、光伏應用產(chǎn)品等全部系列光伏知識內(nèi)容。
2、配備文字與動畫展示并介紹從原材料至成品包括中間環(huán)節(jié)加工工藝等與使用方法。
3、多媒體系統(tǒng)自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，幫助教師對光伏發(fā)電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業(yè)知識快速掌握和快速學習。
4、多媒體軟件組成
(1)太陽能光伏硅材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池使用的硅材料實物；
2、配備文字與動畫展示各種材料的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約11課時）
 光伏硅產(chǎn)品基本情況介紹
 硅單質(zhì)性質(zhì)：包括硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、硅的分類與應用
 硅化合物性質(zhì)：包括二氧化硅、一氧化硅、硅的鹵化物、三氯氫硅、硅烷等
 硅的生長原理及定型
 硅的提純方法：包括化學提純與物理提純方法
 多晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括冶金硅級制備、高純多晶硅制備、鑄造多晶硅制備
 單晶硅的制備及其缺陷和雜質(zhì)：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質(zhì)與缺陷
 單晶硅與多晶硅加工方法
 硅薄膜材料：包括非晶硅薄膜材料、多晶硅薄膜材料
 硅材料的測試與分析方法：包括導電型號測量、電阻率測量、少子壽命測量、霍爾系數(shù)的測定、遷移率的測量、化學性能分析、晶體結(jié)構(gòu)分析等
 硅材料測試與分析依據(jù)標準（GB標準、UL標準、IEC標準、SEMI標準）
(2)太陽能光伏電池片講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏電池片；
2、配備文字與動畫展示各種電池片的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約9課時）
 太陽能電池片基本情況介紹
 太陽能電池片基本結(jié)構(gòu)分析
 太陽能電池片分類
 晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)工藝：包括生產(chǎn)方法與生產(chǎn)設備介紹
 晶體硅太陽能電池片生產(chǎn)主要原材料
 太陽能電池片測試技術與方法：包括測試方法與測試設備介紹
 太陽能電池片測試依據(jù)標準
(3)太陽能光伏組件講解與展示系統(tǒng)
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約10課時）
 太陽能電池組件基本介紹
 太陽能電池組件的分類及各種組件的優(yōu)缺點
 太陽能電池組件的生產(chǎn)工藝介紹及相關設備
 太陽電池組件的評定標準
 太陽能電池組件的測試方法與測試設備
 太陽能電池組件的發(fā)展方向
(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統(tǒng)
主要功能
1、可以展示各種太陽能光伏光伏組件附屬材料；
2、配備文字與動畫展示各種光伏組件附屬材料的生產(chǎn)工藝與使用方法
3、目錄（約7課時）
 太陽能組件附屬設施情況介紹
 太陽能組件對鋼化玻璃的具體要求
 太陽能組件對支架鋁型材的具體要求
 太陽能組件對EVA封膠的具體要求
 太陽能組件對TPT背板的具體要求
 太陽能組件附屬設施檢測方法
 太陽能組件附屬設施測試標準
（5）展示與講解內(nèi)容目錄（圖、文、聲并茂）：
5.1 太陽能光伏應用產(chǎn)品講解與展示系統(tǒng)（約5課時）
5.1.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)：
5.1.2 家用太陽能發(fā)電機直流系統(tǒng)多媒體電視機
5.1.3 太陽能便攜電源：
5.1.4 太陽能殺蟲燈
5.1.5 太陽能警示燈
5.1.6 太陽能野營燈
5.2 太陽能光伏發(fā)電基本原理
5.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分介紹
5.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計方法
5.5 太陽能光伏電站施工建設方法
5.5.1、項目前期考察
5.5.2、項目建設前期資料及批復文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲得省級/市級相關部門的批復文件
第三階段：獲得開工許可
5.5.3、項目施工圖設計
5.5.4、項目實施建設
5.5.5、帶電前的必備條件
5.6太陽能光伏并網(wǎng)電站介紹
5.6.1、光伏并網(wǎng)電站簡要描述
5.6.2、光伏并網(wǎng)電站設備組成
5.6.2、光伏并網(wǎng)電站設備功能
5.7 家用型太陽能電站建設方案
5.7.1、項目概述
5.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）
（一）用戶負載信息
（二）系統(tǒng)方案設計
（三）效益計算： 
5.8 逆變器基本原理介紹
5.9 控制器基本原理介紹
主要作用：
在小型光伏系統(tǒng)中，用來保護蓄電池；在大中型系統(tǒng)中，起平衡光伏系統(tǒng)能量、保護蓄電池及整個系統(tǒng)正常運行等；
光伏控制器應具有以下功能：
①防止蓄電池過充電和過放電，延長蓄電池壽命；
②防 止太陽能電池板或電池方陣、蓄電池極性接反；
③防止負載、控制器、逆變器和其他設備內(nèi) 部短路；
④具有防雷擊引起的擊穿保護；
⑤具有溫度補償?shù)墓δ?br style="padding: 0px; margin: 0px;" /> ⑥顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的 各種工作狀態(tài)，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態(tài)、電池方陣工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、 環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報警等。
 光伏控制器按電路方式的不同，可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調(diào)制型、多路控制型等；
 按組件輸入功率分：小功率型、 中功率型、大功率型及專用控制器（如草坪燈控制器）等；
光伏控制器性能特點：
1.小功率光伏控制器
 控制器的主要開關器件；
 運用脈沖寬度調(diào)制（PWM)控制技術；
 具有單路、雙路負載輸出和多種工作模式；
 具有多種保護功能；
 系統(tǒng)工作狀況、蓄電池的剩余電量等的變化；
 具有溫度補償功能
2、中功率光伏控制器
 負載電流大于15A的控制器為中功率控制器。
 系統(tǒng)狀態(tài)顯示；
 可編程設定負載的控制方式；
 多種保護功能；
 浮充電壓的溫度補償功能；
 具有快速充電功能；
 普通充放電工作模式、光控開/關、光控開/時控關工作模式
3、大功率光伏控制器
 大功率光伏控制器采用微電腦芯片控制系統(tǒng)，控制功能更強，可實現(xiàn)復雜過程控制。
光伏控制器主要技術參數(shù)：
系統(tǒng)電壓、最大充電電流、太陽電池方陣輸入路數(shù)、電路自身損耗、充滿斷開或過壓關斷電壓（HVD) 、欠壓斷開或欠壓關斷電壓（LVD)、蓄電池充電浮充電壓、溫度補償、使用或工作環(huán)境溫度范圍、其他保護功能
控制器的額定負載電流：
即控制器輸出到直流負載或逆變器的直流輸出電流。該數(shù)據(jù)要滿足負載或逆變器的輸入要求。
11、電表規(guī)格：
 電流表：× 2個，DC20A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
 電壓表：× 2個，DC200V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
 電流表：× 1個，AC5A， 顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
 電壓表：× 1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示
 溫度表：× 1個，0～99.9℃
 多功能表：×1個，AC220V，顯示模式︰0.5”LCD液晶顯示，帶RS485通訊功能
12、負載：
   直流負載
 風扇：×1個，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W
 交通燈：2組(R,G,B)，額定電壓：12V，工作電流：0.25A，功率：3W
 LED燈：1組
   交流負載
 節(jié)能燈：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.15 A
 馬達：×1個，額定電壓：220V，工作電流：0.2
13、電池：
 太陽能專用閥控式密封膠體蓄電池，額定電壓：12V，額定容量(55Ah),充電方法（恒壓）；
 具有如下特點：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，工作溫度范圍寬。
14、系統(tǒng)外形尺寸；長×寬×高（㎜）附滾輪方便推動至戶外教學。
 實驗臺：1240*650*1700mm
 鼓風機：820*550*1300mm
 發(fā)電機：1500*900*900mm
 風速儀：600*600*920mm
二、可完成實訓內(nèi)容
1、太陽光電實習教學模塊實驗內(nèi)容： 
實驗一 太陽能電池發(fā)電原理實驗
實驗二 太陽能電池光電系統(tǒng)直接負載實驗
實驗三 光電控制型太陽能系統(tǒng)發(fā)電實驗
實驗四 交通警示燈模塊設計實驗
實驗五 太陽能系統(tǒng)負載實驗
實驗六 太陽能電池基本特性測試實驗
實驗七 外部擴充DC轉(zhuǎn)AC外接電器實驗
實驗八 單晶太陽能電池I-V特性曲線實驗
實驗九 離網(wǎng)逆變器設計實驗
實驗十 離網(wǎng)逆變器工作特性實驗
實驗十一 并網(wǎng)逆變器設計實驗
實驗十二 追日原理與追日過程實驗
2、風力電實習教學模塊實驗內(nèi)容： 
實驗一、風力發(fā)電基礎理論原理性實驗
實驗二、風力發(fā)電系統(tǒng)設計實驗
實驗三、風力發(fā)電控制技術實驗
實驗四、風力發(fā)電相關測量技術實驗
實驗五、風力發(fā)電基礎理論與應用技術仿真實驗
實驗六、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電壓關系實驗
實驗七、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出電流關系實驗
實驗八、發(fā)電機轉(zhuǎn)速與輸出頻率關系實驗
實驗九、風速即轉(zhuǎn)速與與出功率關系實驗
3、PLC實訓內(nèi)容
實驗一 用PLC控制三相交流異步電動機起/停
實驗二 PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)及程序編制
實驗三 基本邏輯指令的應用
實驗四 定時器、計數(shù)器的應用
實驗五 模擬量的控制
實驗六 順序控制系統(tǒng)控制方法的設計
實驗七 步與步的動作
實驗八 PLC通信
4、觸摸屏實訓內(nèi)容
實驗一 組態(tài)軟件應用及界面設計
實驗二 上傳、下載文件
實驗三 曲線圖、柱狀圖、圓形圖、動態(tài)圖
實驗四 數(shù)字輸入和文數(shù)字顯示
實驗五 歷史資料顯示
實驗六 系統(tǒng)控制讀寫
三、系統(tǒng)基本配置單