太陽能發(fā)電測試系統(tǒng)試驗(yàn)指導(dǎo)書咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案三、試驗(yàn)一：太陽能光伏板的發(fā)電原理試驗(yàn)四、試驗(yàn)二：環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)化影響試驗(yàn)五、試驗(yàn)三光伏系統(tǒng)中太陽能電池直接負(fù)載試驗(yàn)六、試驗(yàn)四太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換試驗(yàn)七、試驗(yàn)五：太陽能把握器工作原理試驗(yàn)八、試驗(yàn)六光伏把握器充放電保護(hù)試驗(yàn)力、試驗(yàn)七 把握器的各項(xiàng)保護(hù)功能試驗(yàn)十、試驗(yàn)八：離網(wǎng)逆變器工作原理試驗(yàn)十一、試驗(yàn)九：獨(dú)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(fù)載工作?！捕程柲馨盐掌鳎禾柲馨盐掌鞯淖饔檬前盐照麄€系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是把握器的可選項(xiàng)；〔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(shè)計(jì)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(fù)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(fù)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(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)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(yàn)桌，其尺寸設(shè)計(jì)為1600(長)×800(寬)×760(高)，臺面為實(shí)木板。全部的試驗(yàn)設(shè)備都擺放在工作臺面上，各個設(shè)備的連接線都擺放在試驗(yàn)桌上,工作臺上的設(shè)備布置如以以下圖所示。一、太陽能發(fā)電系統(tǒng)二、試驗(yàn)裝置的主要設(shè)備清單序號設(shè)備數(shù)量序號設(shè)備數(shù)量1太陽能板：30W/14V19220V/10W12人工光源：300W11012V/10W直流風(fēng)扇133A/1001〔暫無〕11220V/11W溝通風(fēng)扇1410A12V/24VPV1122P45雙路可調(diào)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(shè)干812V/10WLED116試驗(yàn)一：太陽能光伏板的發(fā)電原理試驗(yàn)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(xué)生自已連線試驗(yàn)科研平臺已配好。自備三、試驗(yàn)原理太陽能電池是一種以PN結(jié)上接收太陽光照產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)為根底，直接將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能的光電半導(dǎo)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(jié)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(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合而成,N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴,而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合時在結(jié)合處會形成勢壘電勢。如圖1.1所示：當(dāng)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(fù)電子的電子往N型區(qū)漂移,PN1.2所示。連線和負(fù)載后,電子從電池板的N型區(qū)流出，通過負(fù)載到P型區(qū)，就形成電流.如圖1.3所示。四、試驗(yàn)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(guān)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(diào)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(yàn)方法：連接如以以下圖所示1、各部件之間的連線是由學(xué)生完成連接，其他的連線在試驗(yàn)臺上已經(jīng)連好的。2、鹵素?zé)粲脕砟M太陽光，通過鹵素?zé)舻恼找梢允沟锰柲茈姵匕瀹a(chǎn)生電能，通過數(shù)字電流表和電壓表就能讀出相應(yīng)的電流，電壓值。試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)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(yàn)總結(jié)試驗(yàn)二：環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)化影響試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私馔獠凯h(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(yàn)科研平臺已配好。2太陽能把握系統(tǒng)試驗(yàn)科研平臺已配好。3不透光、足夠大的遮擋板自備三、試驗(yàn)原理：標(biāo)帶來影響，而溫度和光照強(qiáng)度的影響往往是同時存在的。光譜響應(yīng)確定光譜響應(yīng)指當(dāng)各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)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(yīng)。以以下圖為某一光伏電池的相對光譜響應(yīng)曲線0.4～1.2μm0.8～0.95μm池的電氣性能和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。四、試驗(yàn)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(guān)。3、此時觀看,觀測光伏輸入電壓，并作出記錄；4、轉(zhuǎn)動太陽能電池板的支架，轉(zhuǎn)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(shí)際距離比上大氣的垂直厚度AM件下只能做光強(qiáng)對太陽能組件的影響五、試驗(yàn)方法：連線如上圖〔圖一〕所示通過調(diào)整鹵素?zé)舻墓饬炼群娃D(zhuǎn)動鹵素?zé)舻恼找嵌葋磙D(zhuǎn)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(zhuǎn)變試驗(yàn)結(jié)果序號光源位置試驗(yàn)結(jié)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(yàn)總結(jié)五、留意事項(xiàng)狀況變化較猛烈的天氣；使用同一塊遮擋板轉(zhuǎn)變其遮擋面積的試驗(yàn)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(yàn)?zāi)康模盒蛱?23序號123型號備 注試驗(yàn)科研平臺已配好試驗(yàn)科研平臺已配好試驗(yàn)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(diào)電阻器三、試驗(yàn)原理：光伏組件對于不同的負(fù)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(fù)載RL，在不同的光照下，輸出可以恒定在恒流點(diǎn)P1，也可以恒定在恒壓點(diǎn)P2。而在同一光照強(qiáng)度下，轉(zhuǎn)變負(fù)載大小，也可以使輸出轉(zhuǎn)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(fù)載電阻RL大小有關(guān)。如圖b光伏電池各個參數(shù)與負(fù)載之間的關(guān)系線所示，光伏電池的輸出電流隨負(fù)載的增大而非線性減小，光伏電池的輸出電壓隨負(fù)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(fù)載、帶偏壓的電路，其等效電路和負(fù)載特性曲線如下面的圖c圖d圖e所示。c光伏電池有負(fù)載和有偏壓時的等效電路d光伏有負(fù)載有偏壓的伏安特性圖e光伏有負(fù)載有偏壓的蓄電池布滿電伏安特性四、試驗(yàn)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(guān)和蓄電池開關(guān)。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(diào)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(dāng)于再將負(fù)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(zhuǎn)變負(fù)載值，測量每一個負(fù)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(dāng)負(fù)載大小轉(zhuǎn)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(fù)載值電壓值〔V〕電流值功率值1未接入負(fù)載022344658610712描點(diǎn)化曲線五、留意事項(xiàng)太陽能電池板輸出電壓和功率負(fù)載在可承受電壓和功率范圍內(nèi)意外狀況；負(fù)載投切過程最好通過空開等完成，不要帶電進(jìn)展接線，以免發(fā)生危急！試驗(yàn)四太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模盒蛱?23序號123型號備 注試驗(yàn)科研平臺已配好。試驗(yàn)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(yàn)原理：光伏陣列首先把太陽光輻射能量轉(zhuǎn)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(jī)使用，這時電能將轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)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(shè)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(yuǎn)方；還可以供給其他設(shè)備使用。另外，在存儲和轉(zhuǎn)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(yàn)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(guān)。觀測以下單元，確保局部指數(shù)為出廠狀態(tài)，假設(shè)不能充電，請見本試驗(yàn)手冊里面參數(shù)調(diào)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(yàn)題目：太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換試驗(yàn)小組試驗(yàn)題目：太陽能光伏板能量轉(zhuǎn)換試驗(yàn)試驗(yàn)時間答復(fù)一下問題12電池板到蓄電池壓降為多少蓄電池到負(fù)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(yàn)結(jié)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(xiàng)本試驗(yàn)為了解性試驗(yàn)，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(jī)或風(fēng)機(jī)構(gòu)成混合系統(tǒng)等。有興趣的同學(xué)請搜尋資料加深了解。試驗(yàn)五：太陽能把握器工作原理試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私馓柲馨盐掌鞯拇笾鹿ぷ鬟^程，了解太陽能把握器的原理、構(gòu)造和保護(hù)等；二、試驗(yàn)設(shè)備序號型號備注1太陽能電池板試驗(yàn)科研平臺已配好。2太陽能把握器試驗(yàn)科研平臺已配好。3蓄電池組試驗(yàn)科研平臺已配好。4雙蹤示波器自備。三、試驗(yàn)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(gòu)成的系統(tǒng)對負(fù)載進(jìn)展供電對蓄電池進(jìn)展充放電保護(hù)。其構(gòu)造如以以下圖：太陽能充電把握方案分為一點(diǎn)式把握法、PWMDC/DCMPPT本試驗(yàn)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(shí)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(jìn)展充電；當(dāng)蓄電池端電壓到達(dá)均充點(diǎn)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(zhuǎn)入浮充模式，以恒定電壓對蓄電池進(jìn)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(fù)點(diǎn)以下后，接通輸出回路。四、試驗(yàn)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(guān)，再翻開太陽能電池開關(guān)。此時觀看直流單元,觀測光伏輸入電壓，并作出記錄；調(diào)整電阻器，觀看光伏輸入電流，電壓表，并記錄數(shù)據(jù)。假設(shè)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(yàn)方法：連接圖如下所示六、留意事項(xiàng)開。測量充電波形時，留意人身和設(shè)備安全！一、試驗(yàn)?zāi)康模盒蛱栃吞杺湫蛱栃吞杺渥?太陽能電池板試驗(yàn)科研平臺已配好。2太陽能把握器試驗(yàn)科研平臺已配好。3蓄電池組試驗(yàn)科研平臺已配好。4萬用表自備5直流負(fù)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(yàn)原理：+AIcharge+AIchargeVDIdischargeAKM1VT1++ -Uo--過高，由于假設(shè)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(nèi)阻時，會產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)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(shè)蓄電池消滅欠壓時，為防止其放電過深，把握器確認(rèn)欠壓發(fā)生后，將KM1；當(dāng)蓄電池電壓因充電恢復(fù)到欠壓恢復(fù)點(diǎn)以上后，把握器將自動閉合KM1接通負(fù)載，恢復(fù)輸出供電！假設(shè)蓄電池消滅過壓時，可能對輸出負(fù)載；當(dāng)蓄電池因放電恢復(fù)到過壓恢復(fù)點(diǎn)以下時，把握器將自動閉合KM1接通負(fù)載，恢復(fù)輸出供電！以下是參數(shù)設(shè)置介紹及參數(shù)設(shè)置范圍：四、試驗(yàn)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(guān)。在參與負(fù)載和太陽能電池板前測量蓄電池電壓值12V～13V之間；或者調(diào)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(shí)時監(jiān)控屏幕顯示電壓，觀看風(fēng)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(diǎn)時間。4修改一次下電值，過放恢復(fù)值等，再次觀看風(fēng)扇轉(zhuǎn)動狀況，驗(yàn)證欠過壓設(shè)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(yàn)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