SLNGF-III型太陽(yáng)能發(fā)電實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)11

1、SLNGF-III型 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)目 錄第一部分 SLNGF-III型太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1第二部分 系統(tǒng)的安全操作說(shuō)明3第三部分 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5實(shí)驗(yàn)一 太陽(yáng)能光伏板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)二 環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)三 太陽(yáng)能電池光伏系統(tǒng)直接負(fù)載特性實(shí)驗(yàn).12實(shí)驗(yàn)四 太陽(yáng)能控制器工作原理實(shí)驗(yàn)17實(shí)驗(yàn)五 太陽(yáng)能控制器的過(guò)充、過(guò)放、防反充保護(hù)實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)六 離網(wǎng)型逆變器工作原理實(shí)驗(yàn)23實(shí)驗(yàn)七 獨(dú)立光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)八 并網(wǎng)型逆變器工作原理實(shí)驗(yàn)29實(shí)驗(yàn)九 光伏并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn)十 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)36第四部分附錄37附錄一 PESM-24V10A系列太陽(yáng)能控制器使

2、用說(shuō)明書(shū)37 附錄二PEII-300W/24V離網(wǎng)逆變器使用說(shuō)明書(shū).41 附錄三 PESG1.5kW-48并網(wǎng)電源使用說(shuō)明書(shū)4652第一部分 SLNGF-III型太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介能源危機(jī)與環(huán)境污染是構(gòu)建和諧社會(huì)與可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)。開(kāi)發(fā)新能源和將可再生能源作為我國(guó)未來(lái)能源的重要組成部分已十分迫切。太陽(yáng)能是一種清潔的、取之不盡的可再生能源, 利用太陽(yáng)能發(fā)電是開(kāi)拓新能源和保護(hù)環(huán)境的有效途徑。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源中最具有發(fā)展前途的方式之一, 對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何污染。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏組件半導(dǎo)體材料的“光伏效應(yīng)”,結(jié)合了機(jī)械、動(dòng)力、電氣、自控和工程技術(shù)等跨學(xué)

3、科技術(shù)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。近期，中國(guó)政府將綜合采取財(cái)政補(bǔ)助、科技支持和市場(chǎng)拉動(dòng)等方式，加快國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展，并計(jì)劃在2-3年內(nèi)，采取財(cái)政補(bǔ)助方式支持不低于500兆瓦的光伏發(fā)電示范項(xiàng)目。國(guó)家已經(jīng)決定用真金白銀給這些尚在襁褓中的行業(yè)以支持，而不再是像以前那樣僅限于口頭鼓勵(lì)，根據(jù)國(guó)家可再生能源和電力工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，2000年至2020年是可再生能源發(fā)電發(fā)展的重要時(shí)期，這一領(lǐng)域的人才需求將呈現(xiàn)上升的勢(shì)頭，而相應(yīng)的新能源專(zhuān)業(yè)正逐步在各高校建立起來(lái)，與之相配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)備卻嚴(yán)重缺乏，為了順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，推出了以展示太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備SLNGF-I

4、II型 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)裝置既可以作為教師和學(xué)生科研開(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái)，又可以用于培訓(xùn)從事光伏發(fā)電工作的人員。本系統(tǒng)是一個(gè)典型的光伏混合供電系統(tǒng)，由簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)電壓包括了DC24V和AC220V兩個(gè)不同的電壓等級(jí)。太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)的輻射能（或者模擬太陽(yáng)光）轉(zhuǎn)換為直流電能。此直流電具有兩路分支，通過(guò)太陽(yáng)能控制器可以給DC24V直流負(fù)載供電，或者把電能輸入給離網(wǎng)逆變器，經(jīng)離網(wǎng)逆變后轉(zhuǎn)換為AC220V交流電，供本地交流負(fù)載使用。原理示意框圖如下圖1-1所示：為了保證一次線路供電的可靠性和持續(xù)性，配置了備用電源；為了保證太陽(yáng)能電

5、池板所發(fā)出的電能不浪費(fèi)，配置了高性能的蓄電池；為了分析電能質(zhì)量，配置了組態(tài)分析軟件；為了檢測(cè)系統(tǒng)電量的狀態(tài)和流向，采用多功能電子電能表和電量采集模塊；為了實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)，采用總線形式將檢測(cè)裝置、采集模塊和逆變器連接并送入本地監(jiān)控的人機(jī)接口可觸摸平板電腦。 圖1-1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖第二部分 系統(tǒng)安全操作說(shuō)明為了順利完成光伏發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)備的安全、可靠及長(zhǎng)期的運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)人員要嚴(yán)格遵守如下安全規(guī)程：一、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)?jiān)敿?xì)熟悉臺(tái)的相關(guān)部分。2實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)先保證實(shí)驗(yàn)裝置電源處于斷開(kāi)狀態(tài)。3實(shí)驗(yàn)前根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中相關(guān)內(nèi)容熟悉此次實(shí)驗(yàn)需要連接的相關(guān)線路。

6、二、實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)1嚴(yán)格按照正確的操作步驟給實(shí)驗(yàn)裝置上電和斷電。正確上電順序?yàn)椋合劝褜?shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制屏上的電源線插在墻上的四芯插座上，然后合上控制柜上的控制電源（單相空氣開(kāi)關(guān)），控制柜上220V電源可靈活選擇。正確的斷電操作為：停止所有負(fù)載，依次斷開(kāi)采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的電源，然后斷開(kāi)控制柜上的控制電源，最后斷開(kāi)控制屏總電源。（即送電先電源后負(fù)載；停電先負(fù)載后電源）。2在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，改變電池板的角度或調(diào)整光源的上下位置時(shí)都需要集中注意力，調(diào)整過(guò)程為電動(dòng)式，要保持一定的持續(xù)性和連貫性，以免因損壞轉(zhuǎn)動(dòng)部件。3在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，燈罩、電池板及周?chē)慕饘俟碳诠庠吹模ㄩL(zhǎng)時(shí)間）照射下溫度會(huì)上升，操作者不要把手探入鋼架

7、內(nèi)部，用手指直接去觸摸它們，以免燙傷。4實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電量監(jiān)測(cè)儀、太陽(yáng)能控制器、正弦波逆變電源和并網(wǎng)電源等裝置使用，請(qǐng)先詳細(xì)閱讀附錄部分相關(guān)的使用說(shuō)明書(shū)中的操作步驟。5實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在測(cè)量電壓和電流值時(shí)應(yīng)將電流表和電壓表置于合適的檔位，保證測(cè)量精度。注意：非本公司專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，嚴(yán)禁在臺(tái)體帶電后對(duì)臺(tái)體內(nèi)部操作！三、實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行步驟實(shí)驗(yàn)時(shí)要做到以下幾點(diǎn)：1 預(yù)習(xí)報(bào)告詳細(xì)完整，熟悉設(shè)備。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，指導(dǎo)老師要對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告做檢查，要求學(xué)生了解本次實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和安全實(shí)驗(yàn)操作步驟，只有滿足此要求后，方能允許開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)老師要對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置作詳細(xì)介紹，學(xué)生必須熟悉該次實(shí)驗(yàn)所用的各種設(shè)備，明確這些設(shè)備的功能與使用

8、方法。2 建立小組，合理分工。每次實(shí)驗(yàn)都以小組為單位進(jìn)行，每組由23人組成。3 試運(yùn)行。在正式實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，先熟悉裝置的操作，然后按一定安全操作規(guī)范接通電源，觀察設(shè)備是否正常。如果設(shè)備出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，并排除故障；如果一切正常，即可正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。4 認(rèn)真負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)有始有終。實(shí)驗(yàn)完畢后，應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)老師檢查實(shí)驗(yàn)資料。經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可后，按照安全操作步驟關(guān)閉所有電源，并把實(shí)驗(yàn)中所用的物品整理好，放回原位。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)這是實(shí)驗(yàn)的最后、最重要階段，應(yīng)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。每位實(shí)驗(yàn)參與者要獨(dú)立完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫(xiě)應(yīng)持嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的態(tài)度。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)自

9、己分析研究或組員之間分析討論后寫(xiě)出的實(shí)驗(yàn)總結(jié)和心得體會(huì)，應(yīng)簡(jiǎn)明扼要、字跡清楚、結(jié)論明確。實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：1 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、專(zhuān)業(yè)、班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名、同組者姓名、實(shí)驗(yàn)日期、室溫等。2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟。（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、銘牌數(shù)據(jù)及設(shè)備編號(hào)。（4）實(shí)驗(yàn)資料的整理。5 用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，得出正確的結(jié)論。（6）對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象、遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析討論，寫(xiě)出心得體會(huì)，并提出自己的建議和改進(jìn)措施。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)寫(xiě)在一定規(guī)格的報(bào)告紙上，保持整潔。 每次實(shí)驗(yàn)每人獨(dú)立完成一份報(bào)告，按時(shí)送交指導(dǎo)老師批閱。注意：1、本實(shí)驗(yàn)臺(tái)可調(diào)負(fù)載接法：A2為公共端，另一端接X(jué)1或X2。 2

10、、電能表接法：電壓端接交流負(fù)載測(cè)強(qiáng)電柱L、N，電流端Ia接L，Ia*接右上角電能表圖右側(cè)紅色強(qiáng)電柱。3、智能儀表接法：電壓端接電網(wǎng)L、N。電流端接網(wǎng)側(cè)互感器圖標(biāo)上的兩個(gè)強(qiáng)電柱。第三部分 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)一 太陽(yáng)能光伏板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握太陽(yáng)能電池的工作原理。2.了解太陽(yáng)能電池板的等效電路模型。二原理說(shuō)明光生伏打效應(yīng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器是太陽(yáng)能電池，又稱(chēng)為光伏電池。太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理是光生伏打效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光(或其他光)照射到太陽(yáng)能電池上時(shí)，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)。在電池內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生電子和空穴被分離，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏

11、打效應(yīng)”。圖3-1-1 晶體硅太陽(yáng)電池原理示意圖 （代表電子；代表空穴；光子能量h）在光照條件下，只有具有足夠能量的光子進(jìn)入pn結(jié)區(qū)附近才能產(chǎn)生電子空穴對(duì)。對(duì)于晶體硅太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)小于1.1m的光伏都可產(chǎn)生光伏效應(yīng)。對(duì)不同材料的太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，盡管光譜響應(yīng)的范圍是不同的，但光電轉(zhuǎn)換的原理是一致的。如圖3-1-1所示，在pn結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，n區(qū)的空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng)，而p區(qū)的電子向n區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后造成在太陽(yáng)電池受光面（上表面）有大量負(fù)電荷（電子）積累，而在電池背光面（下表面）有大量正電荷（空穴）積累。如在電池上、下表面做上金屬電極，并用導(dǎo)線接上負(fù)載，在負(fù)載上就有電流通過(guò)。只要太陽(yáng)光照不斷

12、，負(fù)載上就一直有電流通過(guò)。太陽(yáng)電池實(shí)際上就是一個(gè)大面積平面二極管，在陽(yáng)光照射下就可產(chǎn)生直流電。實(shí)際應(yīng)用中，太陽(yáng)電池可處于四種不同的狀態(tài)：無(wú)光照, 無(wú)電壓、無(wú)電流；有光照但短路,有短路電流；有光照但開(kāi)路,有開(kāi)路電壓；有光照和有負(fù)載,有電壓、有電流,其中只有第四種狀態(tài)為有效的工作狀態(tài)。注：本套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的太陽(yáng)能電池板為單晶硅材料太陽(yáng)能電池。三實(shí)驗(yàn)步驟1、先把電池板調(diào)到水平位置，再把光源平臺(tái)固定擺放，光源控制調(diào)為0處，（為了敘述方便，我們不妨把這里稱(chēng)為實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)）。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端子上。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，合上

13、光源下端盒子的空開(kāi)，此時(shí)光源不亮（光源控制調(diào)節(jié)為0）。先不打開(kāi)光源，記錄此時(shí)V1和A1電表上的數(shù)值（V1和A1需要自己選擇接線）于表3-1-1；2、在實(shí)驗(yàn)臺(tái)光源控制區(qū)旋動(dòng)電位器打開(kāi)光源，記錄此時(shí)V1和A1電表上的數(shù)值于表3-1-1；3、將K3后的接線端口用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線短接，合上K3合閘按鈕，記錄此時(shí)V1和A1電表上的數(shù)值于表3-1-1；4、回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端子上，將K3后強(qiáng)電柱接到直流風(fēng)機(jī)負(fù)載上。記錄帶風(fēng)機(jī)負(fù)載時(shí)V1和A1電表上的數(shù)值，體驗(yàn)太陽(yáng)能電池板把接受到的“光”轉(zhuǎn)換為“電”，帶動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。表3-1-1序號(hào)項(xiàng)目電壓

14、值（V）電流值（mA）1輻射光源不打開(kāi)2輻射光源打開(kāi)但開(kāi)路3輻射光源打開(kāi)但短路路4輻射光源打開(kāi)帶負(fù)載四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、把測(cè)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)值同電池板背后的銘牌比較，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告和體會(huì)。 2、考慮為何輻射電源不打開(kāi)時(shí)，電池板也會(huì)有電壓？實(shí)驗(yàn)二 環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解太陽(yáng)能電池板的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件；2.了解太陽(yáng)能電池板的種類(lèi)；3.了解環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響和結(jié)果。二原理說(shuō)明1、101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池（組件）的輸出功率取決與太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)光譜分布和太陽(yáng)能電池（組件）的工作溫度，因此太陽(yáng)能電池（組件）的測(cè)量須在標(biāo)準(zhǔn)條件（STC）下進(jìn)行，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)被歐洲委員會(huì)定義為101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：光譜輻照度，1

15、000W/m2；光譜，AM1.5；電池溫度，250C.在該條件下，太陽(yáng)能電池（組件）所輸出的最大功率被稱(chēng)為峰值功率，在以瓦為計(jì)算單位是稱(chēng)為峰瓦，用符合WP表示。（如圖3-2-1）通過(guò)戶外測(cè)量太陽(yáng)能電池組件的峰值功率是很困難的，因?yàn)樘?yáng)能電池組件所接受到的太陽(yáng)光的實(shí)際光譜取決于大氣條件及太陽(yáng)的位置；此外，在測(cè)量的過(guò)程中，太陽(yáng)能電池的溫度也是不斷變化的。所以戶外測(cè)量的誤差很容易達(dá)到10%或更大。我們開(kāi)發(fā)的本套模擬光源同101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)存在誤差，但我們通過(guò)本套裝置的實(shí)驗(yàn)?zāi)苊黠@地看到傾角對(duì)功率的影響。圖3-2-1 太陽(yáng)能電池電流-電壓特性曲線圖 圖3-2-2 太陽(yáng)能光譜分布圖2、電池的材料和規(guī)格目前世界上

16、有3種已經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。對(duì)于單晶硅太陽(yáng)能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽(yáng)能電池的晶體方向的無(wú)規(guī)則性，意味著正負(fù)電荷對(duì)并不能全部被PN結(jié)電場(chǎng)所分離，因?yàn)殡姾蓪?duì)在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽(yáng)能電池的效率一般要比單晶硅太陽(yáng)能電池低。多晶硅太陽(yáng)能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽(yáng)能電池低。非晶硅太陽(yáng)能電池屬于薄膜電池，造價(jià)低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽(yáng)能電池。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1

17、315%產(chǎn)品化多晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1113%產(chǎn)品化非晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為58% 3、工程中常用的計(jì)算太陽(yáng)輻射的方法太陽(yáng)電池發(fā)電的全部能量來(lái)自于太陽(yáng)，也就是說(shuō)，太陽(yáng)電池方陣面上所獲得得輻射量決定了它的發(fā)電量。太陽(yáng)電池方陣面上所獲得輻射量的多少與很多因素有關(guān)：當(dāng)?shù)氐木暥龋０?，大氣的污染程度或透明程度，一年?dāng)中四季的變化，一天當(dāng)中時(shí)間的變化，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射直、散分量的比例，地表面的反射系數(shù)，太陽(yáng)電池方陣的運(yùn)行方式或固定方陣的傾角變化以及太陽(yáng)電池方陣表面的清潔程度等。實(shí)際上對(duì)于確定的地點(diǎn)，通常可以知道該地點(diǎn)全年各月水平面上的平均太陽(yáng)輻射資料（總輻射量、直接輻射量或散射輻射量），

18、因此工程中常采用以下方法計(jì)算斜面上的太陽(yáng)輻射，并選擇最佳傾角。因?yàn)槲覀冃枰褂玫奶?yáng)輻射數(shù)據(jù)是傾斜面上的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，而通常我們能夠得到的原始?xì)庀髷?shù)據(jù)是水平面上的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)。當(dāng)太陽(yáng)電池組件傾斜放置時(shí)，原始?xì)庀髷?shù)據(jù)就不能代表斜面上的實(shí)際輻射，所以必須要測(cè)量斜面上的輻射數(shù)據(jù)或者采用數(shù)學(xué)方法對(duì)原始的水平面上的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行修正以得到斜面上所需的輻射數(shù)據(jù)。確定朝向赤道傾斜面上的太陽(yáng)輻射量，通常采用Klein 提出的計(jì)算方法：傾斜面上的太陽(yáng)輻射總量Ht由直接太陽(yáng)輻射量、天空散射輻射量和地面反射輻射量三部分所組成： （3-2-1） 對(duì)于確定的地點(diǎn)，知道全年各月水平面上的平均太陽(yáng)輻射資料(總輻射量、直接輻射

19、量或散射輻射量)后，便可以算出不同傾角的斜面上全年各月的平均太陽(yáng)輻射量。下面介紹相關(guān)公式和計(jì)算模型。計(jì)算直接太陽(yáng)輻射量引入?yún)?shù)，為傾斜面上直接輻射量與水平面上直接輻射量之比， / (3-2-2)上述公式中傾斜面與水平面上直接輻射量之比的表達(dá)式如下：（3-2-3）式中，s 為太陽(yáng)電池組件傾角，為水平面上日落時(shí)角，為傾斜面上日落時(shí)角， 是光伏供電系統(tǒng)的當(dāng)?shù)鼐暥龋瑸樘?yáng)赤緯角，太陽(yáng)赤緯的表達(dá)式如下： （3-2-4）水平面上日落時(shí)角的表達(dá)式如下： （3-2-5）傾斜面上日落時(shí)角的表達(dá)式如下： （3-2-6）對(duì)于天空散射采用Hay 模型。Hay模型認(rèn)為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽(yáng)光盤(pán)的輻射量和其余天空

20、穹頂均勻分布的散射輻射量?jī)刹糠纸M成，可表達(dá)為： （3-2-7）式中和分別為水平面上直接和散射輻射量。為大氣層外水平面上太陽(yáng)輻射量，其計(jì)算公式如下： （3-2-8） 式中，為太陽(yáng)常數(shù)，可以取1367W/m2。對(duì)于地面反射輻射量，其公式如下： （3-2-9）式中 H 為水平面上總輻射量，為地物表面反射率。一般情況下，地面反射輻射量很小，只占的百分之幾。這樣，求傾斜面上太陽(yáng)輻射量的公式可改為：（3-2-10）根據(jù)上面的計(jì)算公式就可以將水平面上的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面上太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，基本的計(jì)算步驟如下：(1).確定所需的傾角s和系統(tǒng)所在地的緯度。(2).找到按月平均的水平面上的太陽(yáng)能輻射資料H。(3)

21、.確定每個(gè)月中有代表性的一天的水平面上日落時(shí)間角和傾斜面上的日落時(shí)間角，這兩個(gè)幾何參量只和緯度和日期有關(guān)。(4).確定地球外的水平面上的太陽(yáng)輻射，也就是大氣層外的太陽(yáng)輻射，該參量取決于地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道。(5).計(jì)算傾斜面與水平面上直接輻射量之比。(6).計(jì)算直接太陽(yáng)輻射量。(7).計(jì)算天空散射輻射量。(8).確定地物表面反射率，計(jì)算地面反射輻射量。(9).將直接太陽(yáng)輻射量、天空散射輻射量和地面反射輻射量相加得到太陽(yáng)輻射總量。表3-2-1 我國(guó)部分主要城市的維度和斜面最佳輻射傾角序號(hào)城市緯度（）最佳傾角序號(hào)城市緯度（）最佳傾角1哈爾濱45.68316杭州30.2332長(zhǎng)春43.90117南昌

22、28.6723沈陽(yáng)41.77118福州26.0844北京39.80419濟(jì)南36.6865天津39.10520鄭州34.7276呼和浩特40.78321武 漢30.6377太原37.78522長(zhǎng)沙28.2068烏魯木齊43.781223廣州23.1379西寧36.75124?？?0.031210蘭州36.05825南寧22.82511銀川38.48226成都 30.67212西安34.301427貴陽(yáng)26.58813上海31.17328昆明25.02814南京32.00529拉薩29.70815合肥31.859三實(shí)驗(yàn)步驟1、 回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”用強(qiáng)電線連

23、接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端子上。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2、在太陽(yáng)能板下面小盒子上打開(kāi)空開(kāi)，將輻射光源燈打開(kāi)，通過(guò)電壓表V1和電流表A1測(cè)量此時(shí)太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電壓電流，通過(guò)手持照度表可以測(cè)量不同高度的光照度，調(diào)節(jié)光源控制電位器改變光源的強(qiáng)度，通過(guò)旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)改變角度，記錄數(shù)值于表3-2-2；（1）輻射光源強(qiáng)度4，記錄數(shù)值；（2）輻射光源強(qiáng)度6，記錄數(shù)值；（3）輻射光源強(qiáng)度8 ，記錄數(shù)值；（4）太陽(yáng)板組件順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30度，記錄數(shù)值；（5）太陽(yáng)板組件順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)60度，記錄數(shù)值；3、回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，將K3后強(qiáng)電座連接至負(fù)載直流風(fēng)機(jī)（用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線接），合上K3合閘按鈕，重復(fù)2

24、中的步驟，記錄數(shù)值于表3-2-2；表3-2-2：序號(hào)項(xiàng)目（光源）開(kāi)路電壓值（V）短路電流值（mA）照度（lux）1輻射光源強(qiáng)度32輻射光源強(qiáng)度63輻射光源強(qiáng)度94電池組件順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30度5電池組件順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)60度四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、比較表3-2-2的數(shù)值，分析角度、位移及照度對(duì)電池板開(kāi)路電壓和短路電流都有哪些影響。2、查找相關(guān)資料比較說(shuō)明溫度和光強(qiáng)對(duì)光電轉(zhuǎn)換的影響與輻照強(qiáng)度對(duì)光電轉(zhuǎn)換的影響有何區(qū)別？它們之間有沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系？3、計(jì)算所在城市（或地區(qū)）電池板安裝的斜面最佳輻射傾角。實(shí)驗(yàn)三 太陽(yáng)能電池光伏系統(tǒng)直接負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解太陽(yáng)能組件的工作原理。2、 掌握太陽(yáng)能組件的負(fù)載特性。二原理說(shuō)

25、明太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換可用理想化等效電路模型來(lái)說(shuō)明。圖3-3-1中是入射光產(chǎn)生的恒流源的強(qiáng)度，恒流源來(lái)自太陽(yáng)輻射所激發(fā)的過(guò)量載流子，是二極管飽和電流，是負(fù)載電阻。圖3-3-1 太陽(yáng)電池的理想化等效電路這種器件的理想I-V特性為 =()- （3-3-1） 式中，q為電子電量，k為波爾玆曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度。由此可導(dǎo)出 （3-3-2）式中，A為pn結(jié)面積；、分別為導(dǎo)帶和價(jià)帶的有效密度；、分別為受主雜質(zhì)和施主雜質(zhì)的濃度；、分別為電子和空穴的擴(kuò)散系數(shù)；、分別為電子和空穴的少子壽命；為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度。根據(jù)式（3-3-1）和式（3-3-2）可以畫(huà)出太陽(yáng)電池的明、暗I-V特性曲線（圖3-3-3）。當(dāng)開(kāi)路

26、時(shí)，I=0,由式（3-3-2）得到開(kāi)路電壓(open circuit voltage) （3-3-3）輸出功率為（3-3-4） 由可得最大功率的條件為（3-3-5）（3-3-6）而最大輸出功率則為（3-3-7）太陽(yáng)電池的理想轉(zhuǎn)換效率為或 （3-3-8）式中，Pin為入射功率，對(duì)于地面應(yīng)用的太陽(yáng)電池，太陽(yáng)功率密度數(shù)值為1000W/m2(海平面)；對(duì)于空間中的太陽(yáng)電池，大氣層外的太陽(yáng)功率密度數(shù)值為1350W/m2；FF為填充因子（fill actor）,定義為（3-3-9）填充因子是最大功率矩形對(duì)ISC×矩形的比例，若要得到最大效率，Pin不變時(shí)，要使式（3-3-8）中分子最大（如圖3-

27、3-3）。圖3-1-4圖3-3-2太陽(yáng)電池的明、暗特性曲線 圖3-3-3太陽(yáng)電池的單二極管等效電路模型（陰影面積對(duì)應(yīng)太陽(yáng)電池的最大輸出功率） 太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率是電池電功率和入射光功率的比值。由于材料只能最大限度地吸收一定波長(zhǎng)的太陽(yáng)光輻射，而太陽(yáng)光譜卻是一個(gè)寬的連續(xù)譜，以及在室溫下必然存在晶格熱振動(dòng)等散射機(jī)制，太陽(yáng)電池的最高轉(zhuǎn)換效率不可能達(dá)到百分之百。 對(duì)于實(shí)際太陽(yáng)電池，影響轉(zhuǎn)換效率的主要因素：一個(gè)是串聯(lián)電阻RS,主要包括正面金屬電極與半導(dǎo)體材料的接觸電阻、半導(dǎo)體材料的體電阻和電極電阻三部分；另外一個(gè)是并聯(lián)電阻RP,主要原因是電池邊緣漏電或耗盡區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流引起的。由于光生電動(dòng)勢(shì)使pn結(jié)正向偏

28、置，因此存在一個(gè)流經(jīng)二極管的漏電流，該電流與光生電流的方向相反，會(huì)抵消部分光生電流，被稱(chēng)為暗電流ID.圖3-3-3給出了實(shí)際太陽(yáng)電池的單二極管等效電路模型。 當(dāng)負(fù)載被短路時(shí)，V=0，I=ISC, ISC即為太陽(yáng)電池的短路電流（short circuit）。由于此時(shí)流經(jīng)二極管的暗電流非常小，可以忽略，根據(jù)式（3-3-10）可得（3-3-11）由此可知，短路電流ISC總小于光生電流IL。在對(duì)太陽(yáng)電池暗I-V特性曲線擬合的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)僅使用單二極管模型無(wú)法獲得滿意的結(jié)果。為此，人們使用兩個(gè)二極管疊加的辦法來(lái)擬合電池的暗特性。即將基區(qū)、發(fā)射區(qū)和空間電荷區(qū)的載流子復(fù)合電流區(qū)分開(kāi)來(lái)。用I01表示體區(qū)或

29、表面通過(guò)陷阱能級(jí)復(fù)合的飽和電流，所對(duì)應(yīng)的二極管理想因子為n=1；用I02表示pn結(jié)或晶界耗盡區(qū)內(nèi)復(fù)合的飽和電流，所對(duì)應(yīng)的二極管理想因子為n=2.此時(shí)，太陽(yáng)電池的I-V特性方程可寫(xiě)為（3-1-12）然而一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用所需要的電壓。未來(lái)利率滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需要太陽(yáng)能電池連接成組件。太陽(yáng)能電池組件包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過(guò)導(dǎo)線連接。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片，這意味著一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。通過(guò)導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封為12V的物理單元被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池組件

30、。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流二單個(gè)組件不能滿足要求是，可把多個(gè)組件組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需的電壓和電流。圖3-3-4 太陽(yáng)能電池單體、組件和方陣計(jì)算太陽(yáng)電池組件的基本方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量（安時(shí)數(shù)）除以一塊太陽(yáng)電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量（安時(shí)數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽(yáng)電池組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。將系統(tǒng)的標(biāo)稱(chēng)電壓除以太陽(yáng)電池組件的標(biāo)稱(chēng)電壓，就可以得到太陽(yáng)電池組件需要串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件數(shù)，使用這些太陽(yáng)電池組件串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓?；居?jì)算公式如下：并聯(lián)的組件數(shù)量串聯(lián)組件數(shù)量三實(shí)驗(yàn)步驟1、回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)。再把采光

31、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端口上， “交流負(fù)載選擇可調(diào)電阻，把實(shí)驗(yàn)臺(tái)右側(cè)的可調(diào)電阻逆時(shí)針旋到底。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，打開(kāi)采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的開(kāi)關(guān)。2、將K3之后的強(qiáng)電柱用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接到交流可調(diào)負(fù)載處的強(qiáng)電柱上，把輻射光源強(qiáng)度調(diào)至6 處，打開(kāi)采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下的控干，將輻射光源燈打開(kāi)，合上K3合閘按鈕，記錄此時(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電表V1、A1數(shù)值于表3-3-1,之后逐漸順時(shí)針調(diào)節(jié)可調(diào)負(fù)載值，記錄出8組電壓、電流值于表3-3-1，完成后再把可調(diào)電阻復(fù)位，斷開(kāi)K3按鈕。表3-3-1序號(hào)電壓表V1（V）電流表A1（mA）123456789四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、

32、根據(jù)表3-3-1的數(shù)值，畫(huà)出V-I曲線。2、 計(jì)算那個(gè)點(diǎn)是的功率最大輸出點(diǎn)，為什么？實(shí)驗(yàn)四 太陽(yáng)能控制器工作原理實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握智能控制器的作用；2. 掌握智能控制器的工作原理；二原理說(shuō)明1、智能控制器的作用及原理為了最大限度地利用蓄電池的性能和使用壽命，必須對(duì)它的充、放電條件加以規(guī)定和控制。無(wú)論太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是大還是小，是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，充、放控制器都不可少，一個(gè)好的充、放控制器能夠有效的防止蓄電池過(guò)充電和深度放電，并使蓄電池使用達(dá)到最佳狀態(tài)。但是，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充、放電控制要比其他使用困難一些，因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)中輸入能量很不穩(wěn)定。蓄電池充電控制通常是由控制電壓或控制電流來(lái)完成的

33、，一般而言，蓄電池充電方法有三種：恒流充電、恒壓充電和恒功率充電。每種方法具有不同的電壓和電流充電特性。最常用的充電控制器有：完全匹配系統(tǒng)，并聯(lián)調(diào)節(jié)器，部分并聯(lián)調(diào)節(jié)器，串聯(lián)調(diào)節(jié)器，齊納二極管，次級(jí)方陣開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，脈沖寬度調(diào)制（PWM）開(kāi)關(guān)，脈沖充電電路。由于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用的控制器是PWM充電模式，隨著固態(tài)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率范圍不斷增加，目前市場(chǎng)也普遍采用PWM充電模式，下面具體介紹其控制原理。脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)用于DC-DC轉(zhuǎn)換的充電控制電路，它的電路如下圖3-4-1。圖3-4-1. 用于DC-DC變換器的調(diào)制開(kāi)關(guān)電路采用脈寬調(diào)制的DC-DC轉(zhuǎn)換原理表現(xiàn)出很多優(yōu)點(diǎn)，包括： 輸給DC-DC變換器的光

34、伏方陣電壓能夠隨著可能使用的升高的或降低的變換器而改變。這對(duì)于在哪些光伏方陣和蓄電池分置間隔較大的地方特別有用。光伏方陣電壓在一個(gè)中心點(diǎn)上能被提高或降低到蓄電池的電壓值，以減少電纜中的功率損失。 能向蓄電池提供良好控制的充電特性。 能用于追蹤光伏方陣的最大功率點(diǎn)采用脈沖寬度調(diào)制DC-DC變換器的輸出，可通過(guò)圖3-4-2的充電發(fā)生變化。圖3-4-2 脈沖寬度調(diào)制用于DC-DC變換的使用特性（a）電壓特性 （b）電流和充電特性電流的脈沖寬度（通常在100Hz20k Hz范圍內(nèi)）將隨著電壓的升高而減少，直到全部平均電流減少到滴流充電量級(jí)為止。2、 PESMP太陽(yáng)能控制器本套實(shí)驗(yàn)裝置采用了如圖3-4-

35、3所示PESMP太陽(yáng)能控制器。此款控制器專(zhuān)為太陽(yáng)能直流供電系統(tǒng)，并使用了專(zhuān)用電腦芯片的智能化控制器。采用一鍵式輕觸開(kāi)關(guān)，完成所有操作及設(shè)置。具有詳細(xì)的充電指示、蓄電池狀態(tài)、負(fù)載及各種故障指示。具有短路、過(guò)載、獨(dú)特的防反接保護(hù)，充滿、過(guò)放自動(dòng)關(guān)閉、恢復(fù)等全功能措施。通過(guò)高效PWM蓄電池的充電模式，保證蓄電池工作在最佳的狀態(tài)，大大延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。 其具體的技術(shù)指標(biāo)和指示燈說(shuō)明請(qǐng)參考附錄1。3-4-3 PESMP系列太陽(yáng)能控制器三實(shí)驗(yàn)步驟1、先回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，并仔細(xì)閱讀附錄1 ：PESMP太陽(yáng)能控制器使用說(shuō)明書(shū)部分。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能

36、電池板的輸出端口上。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)的設(shè)置方式。2、把輻射光源的強(qiáng)度調(diào)至6處，打開(kāi)采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下的空開(kāi)，將輻射光源燈打開(kāi)，將蓄電池和太陽(yáng)能板K1、K3后強(qiáng)電柱接入控制器對(duì)應(yīng)強(qiáng)電柱上，合上K1合閘按鈕，將V2、A2接入K1后面記錄此時(shí)電壓表V2上的數(shù)值及直流指示燈狀態(tài)于表3-4-1；3、將V2、A2接入K3后面再合上K1和K3合閘按鈕，記錄此時(shí)V2、A2電表上的數(shù)值及直流指示燈狀態(tài)于表3-4-1；4、最后合上K3合閘按鈕，選擇風(fēng)機(jī)或指示燈負(fù)載，將V2和A2分別接入對(duì)應(yīng)測(cè)量位置記錄此時(shí)V2、A2電表上的數(shù)值及指示燈狀態(tài)于表3-4-1；表3-4-1序號(hào)項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1

37、合上K1時(shí)2合上K1和K3后四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)值，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的電能來(lái)自蓄電池還是光伏電池板、 2、蓄電池的容量為17AH/24V，假設(shè)其每日的用電放電深度不大于40%50%，不考慮溫度影響，參閱相關(guān)資料，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)值，計(jì)算按照本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的充電功率需要多少小時(shí)才能把蓄電池充滿？ 實(shí)驗(yàn)五 太陽(yáng)能控制器的過(guò)充、過(guò)放、短路保護(hù)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握智能控制器過(guò)充保護(hù)原理及作用；2. 掌握智能控制器過(guò)放保護(hù)原理及作用；3. 掌握智能控制器短路保護(hù)的作用二原理說(shuō)明蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)工作原理太陽(yáng)能智能控制器充放電控制原理如圖3-5-1所示；太陽(yáng)能智能控制器充電回路的開(kāi)關(guān)器件T1串聯(lián)在太陽(yáng)能電池

38、方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)開(kāi)關(guān)器件T1斷開(kāi)，同時(shí)二極管D1截至，則太陽(yáng)能電池方陣的輸出電流不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。圖3-5-1：控制器充放電電路原理圖D1為“防反充電二極管”，只有當(dāng)太陽(yáng)能電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí)，D1才能導(dǎo)通，反之D1截至，從而保證夜晚或陰雨天時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽(yáng)能電池方陣反向充電，起到“防反向充電保護(hù)”作用。開(kāi)關(guān)器件T2為蓄電池放電開(kāi)關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過(guò)載或負(fù)載短路時(shí)，T2關(guān)斷，起到“輸出過(guò)載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。同時(shí)當(dāng)蓄電池電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí),T2也關(guān)斷，從而起到蓄電池的“過(guò)放電保護(hù)”。D2為“

39、防反接二極管”，當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，D2導(dǎo)通，使蓄電池通過(guò)D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險(xiǎn)絲FU燒斷，起到“防蓄電池反接保護(hù)”作用。三實(shí)驗(yàn)步驟 1短路實(shí)驗(yàn)（1）先回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，并仔細(xì)閱讀附錄1 ：PESMP太陽(yáng)能控制器使用說(shuō)明書(shū)部分。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端口上。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)的設(shè)置方式。（2）把輻射光源的強(qiáng)度調(diào)至3處，打開(kāi)采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下的空氣開(kāi)關(guān)，將輻射光源燈打開(kāi)，將K1、K3后強(qiáng)電柱接入太陽(yáng)能控制器，合上K1、K3、的合閘按鈕，記錄太陽(yáng)能控制器的LED燈狀態(tài)于表3-5-1；（3）直接

40、把K3后面的強(qiáng)電柱用實(shí)驗(yàn)線短接，記錄此時(shí)的光伏控制器的界面狀態(tài)于表3-5-1；（4）切除短路故障后，最按一下太陽(yáng)能控制器的退出鍵，使之復(fù)位，記錄此時(shí)的太陽(yáng)能控制器的LED燈狀態(tài)于表3-5-1。表3-5-1短路前狀態(tài)短路時(shí)狀態(tài)短路后狀態(tài)LED狀態(tài)2過(guò)充實(shí)驗(yàn)（1）先回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，并仔細(xì)閱讀附錄1 ：PESMP太陽(yáng)能控制器使用說(shuō)明書(shū)部分。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端口上。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)的設(shè)置方式設(shè)置。（2）把輻射光源的強(qiáng)度調(diào)至6處，打開(kāi)采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下面的空氣開(kāi)關(guān)，將輻射光源燈打開(kāi)，連接號(hào)K1、K3后面

41、的連線至太陽(yáng)能控制器上，合上K1、K3的合閘按鈕，持續(xù)給給蓄電池充電，直到充電電流接近為0，而且負(fù)載LED燈滅，(為了能保證使實(shí)驗(yàn)結(jié)果能在課堂內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)室老師在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)前先把蓄電池的電壓充電到27V.)。此時(shí)說(shuō)明控制器自動(dòng)關(guān)閉輸出，蓄電池進(jìn)入充電保護(hù)狀態(tài)。3過(guò)放實(shí)驗(yàn)（1）先回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，并仔細(xì)閱讀附錄1 ：PESMP太陽(yáng)能控制器使用說(shuō)明書(shū)部分。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端口上。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)的設(shè)置方式。打開(kāi)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的開(kāi)關(guān)。（2）直接把試驗(yàn)臺(tái)3后面的強(qiáng)電柱用實(shí)驗(yàn)線連至交流負(fù)載處的強(qiáng)電柱，交流負(fù)

42、載選擇“可調(diào)電阻”， 合上K1、K3的合閘按鈕，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)光源控制，使得輸出功率較大，直至光伏控制器的負(fù)載LED燈滅，（為了能保證使實(shí)驗(yàn)結(jié)果能在課堂內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)室老師在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)前先把蓄電池放電到25V。）說(shuō)明光伏控制器自動(dòng)關(guān)閉輸出，蓄電池進(jìn)入低電壓保護(hù)狀態(tài)。四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)明蓄電池浮充和均充狀態(tài)的區(qū)別。 2、結(jié)合實(shí)訓(xùn)過(guò)程寫(xiě)出控制器的過(guò)充電和過(guò)放電的詳細(xì)過(guò)程及LED燈運(yùn)行的狀態(tài)變化。實(shí)驗(yàn)六 離網(wǎng)型逆變器工作原理實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握逆變器的作用及使用方法；2. 掌握逆變器的工作原理；二原理說(shuō)明（一）離網(wǎng)型逆變器作用及原理通常，把將交流電能變換成直流電能的過(guò)程稱(chēng)為整流，把完成整流功能的

43、電路稱(chēng)為整流電路，把實(shí)現(xiàn)整流過(guò)程的裝置稱(chēng)為整流設(shè)備或整流器。與之相對(duì)應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過(guò)程稱(chēng)為逆變，把完成逆變功能的電路稱(chēng)為逆變電路，把實(shí)現(xiàn)逆變過(guò)程的裝置稱(chēng)為逆變?cè)O(shè)備或逆變器?，F(xiàn)代逆變技術(shù)是研究逆變電路理論和應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。它是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體變流技術(shù)、脈寬調(diào)制（）技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)之上的一門(mén)實(shí)用技術(shù)。它主要包括半導(dǎo)體功率集成器件及其應(yīng)用、逆變電路和逆變控制技術(shù)大部分。1、逆變器的分類(lèi) 逆變器的種類(lèi)很多，可按照不同的方法進(jìn)行分類(lèi)。 （）按逆變器輸出交流電能的頻率分，可分為工頻逆變器、中頻逆器和高頻逆變器。工頻逆變器的頻率為

44、的逆變器；中頻逆變器的頻率一般為到十幾；高頻逆變器的頻率一般為十幾到。 （）按逆變器輸出的相數(shù)分，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。 （）按照逆變器輸出電能的去向分，可分為有源逆變器和無(wú)源逆變器。凡將逆變器輸出的電能向工業(yè)電網(wǎng)輸送的逆變器，稱(chēng)為有源逆變器；凡將逆變器輸出的電能輸向某種用電負(fù)載的逆變器稱(chēng)為無(wú)源逆變器。 （）按逆變器主電路的形式分，可分為單端式逆變器，推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器。 （）按逆變器主開(kāi)關(guān)器件的類(lèi)型分，可分為晶閘管逆變器、晶體管逆變器、場(chǎng)效應(yīng)逆變器和絕緣柵雙極晶體管（）逆變器等。又可將其歸納為“半控型”逆變器和“全控制”逆變器兩大類(lèi)。前者，不具備自關(guān)

45、斷能力，元器件在導(dǎo)通后即失去控制作用，故稱(chēng)之為“半控型”；普通晶閘管即屬于這一類(lèi)；后者則具有自關(guān)斷能力，即無(wú)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷均可由控制極加以控制，故稱(chēng)之為“全控型”，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙權(quán)晶體管（）等均屬于這一類(lèi)。 （）按直流電源分，可分為電壓源型逆變器（）和電流源型逆變器（）。前者，直流電壓近于恒定，輸出電壓為交變方波；后者，直流電流近于恒定，輸出電流為交變方波。 （）按逆變器輸出電壓或電流的波形分，可分為正弦波輸出逆變器和非正弦波輸出逆變器。 （）按逆變器控制方式分，可分為調(diào)頻式（）逆變器和調(diào)脈寬式（）逆變器。 （）按逆變器開(kāi)關(guān)電路工作方式分，可分為諧振式逆變器，定頻硬開(kāi)關(guān)式逆變器和

46、定頻軟開(kāi)關(guān)式逆變器。 （）按逆變器換流方式分，可分為負(fù)載換流式逆變器和自換流式逆變器。 2、逆變器的基本結(jié)構(gòu) 逆變器的直接功能是將直流電能變換成為交流電能 逆變裝置的核心，是逆變開(kāi)關(guān)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為逆變電路。該電路通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，來(lái)完成逆變的功能。電力電子開(kāi)關(guān)器件的通斷，需要一定的驅(qū)動(dòng)脈沖，這些脈沖可能通過(guò)改變一個(gè)電壓信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)。產(chǎn)生和調(diào)節(jié)脈沖的電路。通常稱(chēng)為控制電路或控制回路。逆變裝置的基本結(jié)構(gòu)，除上述的逆變電路和控制電路外，還有保護(hù)電路、輸出電路、輸入電路、輸出電路等，如圖所示。 3、 逆變器的工作原理 單相電壓全控型PWM逆變器工作原理：如圖3-6-1所示，為通常使用的單相輸出

47、的全橋逆變主電路，圖中，交流元件采用管、。并由脈寬調(diào)制控制管的導(dǎo)通或截止。 圖3-6-1 單相電壓型PWM逆變器當(dāng)逆變器電路接上直流電源后，先由、導(dǎo)通，2、截止，則電流由直流電源正極輸出，經(jīng)、或感、變壓器初級(jí)線圈圖，到回到電源負(fù)極。當(dāng)、截止后，、導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)、變壓器初級(jí)線圈電感到回到電源負(fù)極。此時(shí)，在變壓器初級(jí)線圈上，已形成正負(fù)交變方波，利用高頻控制，兩對(duì)管交替重復(fù)，在變壓器上產(chǎn)生交流電壓。由于交流濾波器作用，使輸出端形成正弦波交流電壓。 當(dāng)、關(guān)斷時(shí)，為了釋放儲(chǔ)存能量，在處并聯(lián)二級(jí)管、，使能量返回到直流電源中去。（二）PEII300W/24V型正弦波逆變電源本套實(shí)驗(yàn)裝置采用了如圖3-

48、6-2所示PEII300W/24V型正弦波逆變電源。此款逆變電源本電源逆變電源的主電路采用德國(guó)IXYS MOSFET，具有逆變效率高、輸出電壓穩(wěn)定等特點(diǎn)。具有直流輸入過(guò)、欠壓保護(hù)、直流輸入極性接反保護(hù)、交流輸出過(guò)功率、短路保護(hù)等一系列保護(hù)措施，使電源的各項(xiàng)性能指標(biāo)和可靠性具有足夠的技術(shù)保證。其具體的技術(shù)指標(biāo)和數(shù)碼管顯示說(shuō)明請(qǐng)參考附錄2。圖3-6-2 PEII300W/24V型正弦波逆變電源三實(shí)驗(yàn)步驟1、先回復(fù)到實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)，并仔細(xì)閱讀附錄2 ：PEII300W/24V型正弦波逆變電源使用說(shuō)明書(shū)部分。再把采光運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的“直流輸出電壓”端口用強(qiáng)電線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板中太陽(yáng)能電池板的輸出端口上。合

49、上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2、將蓄電池、太陽(yáng)能組件、太陽(yáng)能控制器的對(duì)應(yīng)連線連好。把輻射光源的強(qiáng)度調(diào)至6處，打開(kāi)采光平臺(tái)下的空氣開(kāi)關(guān)，將輻射光源燈打開(kāi)，再合上K1、K3合閘按鈕，此時(shí)可以從充電電流看到蓄電池的處于充電狀態(tài)。3、將面板離網(wǎng)逆變器接入，可以看到右側(cè)控制柜的正弦波逆變電源數(shù)碼管顯示“OFF”,按下操作面板上紅色的電源按鈕（開(kāi)關(guān)機(jī)鍵），控制逆變器啟動(dòng)，輸出端將有輸出，按面板上的閱讀鍵，可依次查看：顯示蓄電池電壓、輸出電壓、輸出電流、充電電流。此時(shí)接入交流電壓表至離網(wǎng)逆變器兩端可以看到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上V3電壓表也有電壓值顯示，該值即為逆變電源輸出的交流值。4、用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線把K2后面的強(qiáng)電柱同下

50、面的交流負(fù)載強(qiáng)電柱連起來(lái)，先讓交流負(fù)載處于“空載”檔，然后合上K2合閘按鈕，依次選擇不同的負(fù)載，接入電壓電流表記錄此時(shí)V3、A3電表（選擇交流電表接線）上的數(shù)值及柜子的電能表運(yùn)行狀態(tài)于表3-4-1；表3-6-1序號(hào)項(xiàng)目電壓表（V） 電流表（A）電能表運(yùn)行狀態(tài)1風(fēng)機(jī)負(fù)載2可調(diào)負(fù)載四實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、參閱相關(guān)資料，簡(jiǎn)述離網(wǎng)逆變電源的用處實(shí)驗(yàn)七 獨(dú)立光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理。2. 掌握獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器的作用。二原理說(shuō)明根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)一般可以分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖是屬于

51、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。但這里我們主要討論獨(dú)立光伏系統(tǒng)部分及其負(fù)載特性。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)（也稱(chēng)為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)）太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能充電器、蓄電池、直流升壓電路、逆變器等。圖3-7-1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 光照強(qiáng)時(shí)，太陽(yáng)能電池的低壓直流電一路直接提供給直流升壓電路，另一路通過(guò)充電器給蓄電池充電儲(chǔ)能。光照弱時(shí)，太陽(yáng)能電池輸出功率達(dá)不到光伏發(fā)電的要求，這時(shí)，作為儲(chǔ)能裝置的蓄電池就為直流升壓電路提供低壓直流電，保證了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。直流升壓電路把低壓直流電升高到330V高壓直流電，然后通過(guò)逆變器就可以得到220V50Hz的交流電。輸出交流電壓和電流通過(guò)檢測(cè)電路反饋給控制器，控制器可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。三實(shí)驗(yàn)步驟1、回復(fù)