SLNGF-III型太阳能发电实验指导书11

1、SLNGF-III型 太阳能光伏发电原理实验系统 实 验 指 导 书目 录第一部分 SLNGF-III型太阳能光伏发电实验系统简介1第二部分 系统的安全操作说明3第三部分 实验内容5实验一 太阳能光伏板能量转换实验5实验二 环境对光伏转换影响实验7实验三 太阳能电池光伏系统直接负载特性实验.12实验四 太阳能控制器工作原理实验17实验五 太阳能控制器的过充、过放、防反充保护实验21实验六 离网型逆变器工作原理实验23实验七 独立光伏发电实验27实验八 并网型逆变器工作原理实验29实验九 光伏并网实验33实验十 光伏发电监控系统36第四部分附录37附录一 PESM-24V10A系列太阳能控制器使

2、用说明书37 附录二PEII-300W/24V离网逆变器使用说明书.41 附录三 PESG1.5kW-48并网电源使用说明书4652第一部分 SLNGF-III型太阳能光伏发电实验系统简介能源危机与环境污染是构建和谐社会与可持续发展所面临的重大挑战。开发新能源和将可再生能源作为我国未来能源的重要组成部分已十分迫切。太阳能是一种清洁的、取之不尽的可再生能源, 利用太阳能发电是开拓新能源和保护环境的有效途径。而太阳能光伏发电是新能源和可再生能源中最具有发展前途的方式之一, 对环境不会造成任何污染。太阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”,结合了机械、动力、电气、自控和工程技术等跨学

3、科技术，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。近期，中国政府将综合采取财政补助、科技支持和市场拉动等方式，加快国内光伏发电的产业化和规模化发展，并计划在2-3年内，采取财政补助方式支持不低于500兆瓦的光伏发电示范项目。国家已经决定用真金白银给这些尚在襁褓中的行业以支持，而不再是像以前那样仅限于口头鼓励，根据国家可再生能源和电力工业中长期发展规划，2000年至2020年是可再生能源发电发展的重要时期，这一领域的人才需求将呈现上升的势头，而相应的新能源专业正逐步在各高校建立起来，与之相配套的实验设备却严重缺乏，为了顺应这一发展趋势，推出了以展示太阳能光伏发电原理的实验设备SLNGF-I

4、II型 太阳能光伏发电原理实验系统，该实验装置既可以作为教师和学生科研开发的硬件平台，又可以用于培训从事光伏发电工作的人员。本系统是一个典型的光伏混合供电系统，由简单直流系统、独立光伏发电系统和并网光伏发电系统等三个子系统构成，系统电压包括了DC24V和AC220V两个不同的电压等级。太阳能电池板将太阳的辐射能（或者模拟太阳光）转换为直流电能。此直流电具有两路分支，通过太阳能控制器可以给DC24V直流负载供电，或者把电能输入给离网逆变器，经离网逆变后转换为AC220V交流电，供本地交流负载使用。原理示意框图如下图1-1所示：为了保证一次线路供电的可靠性和持续性，配置了备用电源；为了保证太阳能电

5、池板所发出的电能不浪费，配置了高性能的蓄电池；为了分析电能质量，配置了组态分析软件；为了检测系统电量的状态和流向，采用多功能电子电能表和电量采集模块；为了实现供电系统的集中监测，采用总线形式将检测装置、采集模块和逆变器连接并送入本地监控的人机接口可触摸平板电脑。 图1-1 太阳能光伏发电原理实验系统图第二部分 系统安全操作说明为了顺利完成光伏发电原理实验系统的实验项目，确保实验时设备的安全、可靠及长期的运行，实验人员要严格遵守如下安全规程：一、实验前的准备1实验前请详细熟悉台的相关部分。2实验前请先保证实验装置电源处于断开状态。3实验前根据实验指导书中相关内容熟悉此次实验需要连接的相关线路。

6、二、实验中注意事项1严格按照正确的操作步骤给实验装置上电和断电。正确上电顺序为：先把实验系统控制屏上的电源线插在墙上的四芯插座上，然后合上控制柜上的控制电源（单相空气开关），控制柜上220V电源可灵活选择。正确的断电操作为：停止所有负载，依次断开采光运动平台上的电源，然后断开控制柜上的控制电源，最后断开控制屏总电源。（即送电先电源后负载；停电先负载后电源）。2在实验过程中，改变电池板的角度或调整光源的上下位置时都需要集中注意力，调整过程为电动式，要保持一定的持续性和连贯性，以免因损坏转动部件。3在实验过程中，灯罩、电池板及周围的金属固件在光源的（长时间）照射下温度会上升，操作者不要把手探入钢架

7、内部，用手指直接去触摸它们，以免烫伤。4实验过程中电量监测仪、太阳能控制器、正弦波逆变电源和并网电源等装置使用，请先详细阅读附录部分相关的使用说明书中的操作步骤。5实验过程中在测量电压和电流值时应将电流表和电压表置于合适的档位，保证测量精度。注意：非本公司专业技术人员，严禁在台体带电后对台体内部操作！三、实验的进行步骤实验时要做到以下几点：1 预习报告详细完整，熟悉设备。实验开始前，指导老师要对学生的预习报告做检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和安全实验操作步骤，只有满足此要求后，方能允许开始实验。指导老师要对实验装置作详细介绍，学生必须熟悉该次实验所用的各种设备，明确这些设备的功能与使用

8、方法。2 建立小组，合理分工。每次实验都以小组为单位进行，每组由23人组成。3 试运行。在正式实验开始之前，先熟悉装置的操作，然后按一定安全操作规范接通电源，观察设备是否正常。如果设备出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。4 认真负责，实验有始有终。实验完毕后，应请指导老师检查实验资料。经指导老师认可后，按照安全操作步骤关闭所有电源，并把实验中所用的物品整理好，放回原位。四、实验总结这是实验的最后、最重要阶段，应分析实验现象并撰写实验报告。每位实验参与者要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的态度。实验报告是根据实验中观察发现的问题，经过自

9、己分析研究或组员之间分析讨论后写出的实验总结和心得体会，应简明扼要、字迹清楚、结论明确。实验报告应包括以下内容：1 实验名称、专业、班级、学号、姓名、同组者姓名、实验日期、室温等。2 实验目的、实验内容、实验步骤。（3）实验设备的型号、规格、铭牌数据及设备编号。（4）实验资料的整理。5 用理论知识对实验结果进行分析总结，得出正确的结论。（6）对实验中出现的现象、遇到的问题进行分析讨论，写出心得体会，并提出自己的建议和改进措施。 实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导老师批阅。注意：1、本实验台可调负载接法：A2为公共端，另一端接X1或X2。 2

10、、电能表接法：电压端接交流负载测强电柱L、N，电流端Ia接L，Ia*接右上角电能表图右侧红色强电柱。3、智能仪表接法：电压端接电网L、N。电流端接网侧互感器图标上的两个强电柱。第三部分 实验项目实验一 太阳能光伏板能量转换实验一实验目的1.掌握太阳能电池的工作原理。2.了解太阳能电池板的等效电路模型。二原理说明光生伏打效应太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称为光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光(或其他光)照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子空穴对。在电池内建电场的作用下，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

11、打效应”。图3-1-1 晶体硅太阳电池原理示意图 （代表电子；代表空穴；光子能量h）在光照条件下，只有具有足够能量的光子进入pn结区附近才能产生电子空穴对。对于晶体硅太阳电池来说，太阳光谱中波长小于1.1m的光伏都可产生光伏效应。对不同材料的太阳电池来说，尽管光谱响应的范围是不同的，但光电转换的原理是一致的。如图3-1-1所示，在pn结的内建电场作用下，n区的空穴向p区运动，而p区的电子向n区运动，最后造成在太阳电池受光面（上表面）有大量负电荷（电子）积累，而在电池背光面（下表面）有大量正电荷（空穴）积累。如在电池上、下表面做上金属电极，并用导线接上负载，在负载上就有电流通过。只要太阳光照不断

12、，负载上就一直有电流通过。太阳电池实际上就是一个大面积平面二极管，在阳光照射下就可产生直流电。实际应用中，太阳电池可处于四种不同的状态：无光照, 无电压、无电流；有光照但短路,有短路电流；有光照但开路,有开路电压；有光照和有负载,有电压、有电流,其中只有第四种状态为有效的工作状态。注：本套实验系统采用的太阳能电池板为单晶硅材料太阳能电池。三实验步骤1、先把电池板调到水平位置，再把光源平台固定摆放，光源控制调为0处，（为了叙述方便，我们不妨把这里称为实验的初始状态）。再把采光运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端子上。合上实验台的空气开关，启动实验台，合上

13、光源下端盒子的空开，此时光源不亮（光源控制调节为0）。先不打开光源，记录此时V1和A1电表上的数值（V1和A1需要自己选择接线）于表3-1-1；2、在实验台光源控制区旋动电位器打开光源，记录此时V1和A1电表上的数值于表3-1-1；3、将K3后的接线端口用实验导线短接，合上K3合闸按钮，记录此时V1和A1电表上的数值于表3-1-1；4、回复到实验的初始状态，实验台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端子上，将K3后强电柱接到直流风机负载上。记录带风机负载时V1和A1电表上的数值，体验太阳能电池板把接受到的“光”转换为“电”，带动风机运行。表3-1-1序号项目电压

14、值（V）电流值（mA）1辐射光源不打开2辐射光源打开但开路3辐射光源打开但短路路4辐射光源打开带负载四实验报告1、把测出的实验数值同电池板背后的铭牌比较，写出实验报告和体会。 2、考虑为何辐射电源不打开时，电池板也会有电压？实验二 环境对光伏转换影响实验一实验目的1.了解太阳能电池板的测试标准条件；2.了解太阳能电池板的种类；3.了解环境对光伏转换影响和结果。二原理说明1、101号标准太阳能电池（组件）的输出功率取决与太阳辐照度、太阳光谱分布和太阳能电池（组件）的工作温度，因此太阳能电池（组件）的测量须在标准条件（STC）下进行，测量标准被欧洲委员会定义为101号标准，其条件是：光谱辐照度，1

15、000W/m2；光谱，AM1.5；电池温度，250C.在该条件下，太阳能电池（组件）所输出的最大功率被称为峰值功率，在以瓦为计算单位是称为峰瓦，用符合WP表示。（如图3-2-1）通过户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的，因为太阳能电池组件所接受到的太阳光的实际光谱取决于大气条件及太阳的位置；此外，在测量的过程中，太阳能电池的温度也是不断变化的。所以户外测量的误差很容易达到10%或更大。我们开发的本套模拟光源同101号标准存在误差，但我们通过本套装置的实验能明显地看到倾角对功率的影响。图3-2-1 太阳能电池电流-电压特性曲线图 图3-2-2 太阳能光谱分布图2、电池的材料和规格目前世界上

16、有3种已经商品化的硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。对于单晶硅太阳能电池，由于所使用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性，意味着正负电荷对并不能全部被PN结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规则而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池。一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为1

17、315%产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为1113%产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为58% 3、工程中常用的计算太阳辐射的方法太阳电池发电的全部能量来自于太阳，也就是说，太阳电池方阵面上所获得得辐射量决定了它的发电量。太阳电池方阵面上所获得辐射量的多少与很多因素有关：当地的纬度，海拔，大气的污染程度或透明程度，一年当中四季的变化，一天当中时间的变化，到达地面的太阳辐射直、散分量的比例，地表面的反射系数，太阳电池方阵的运行方式或固定方阵的倾角变化以及太阳电池方阵表面的清洁程度等。实际上对于确定的地点，通常可以知道该地点全年各月水平面上的平均太阳辐射资料（总辐射量、直接辐射量或散射辐射量），

18、因此工程中常采用以下方法计算斜面上的太阳辐射，并选择最佳倾角。因为我们需要使用的太阳辐射数据是倾斜面上的太阳辐射数据，而通常我们能够得到的原始气象数据是水平面上的太阳辐射数据。当太阳电池组件倾斜放置时，原始气象数据就不能代表斜面上的实际辐射，所以必须要测量斜面上的辐射数据或者采用数学方法对原始的水平面上的气象数据进行修正以得到斜面上所需的辐射数据。确定朝向赤道倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein 提出的计算方法：倾斜面上的太阳辐射总量Ht由直接太阳辐射量、天空散射辐射量和地面反射辐射量三部分所组成： （3-2-1） 对于确定的地点，知道全年各月水平面上的平均太阳辐射资料(总辐射量、直接辐射

19、量或散射辐射量)后，便可以算出不同倾角的斜面上全年各月的平均太阳辐射量。下面介绍相关公式和计算模型。计算直接太阳辐射量引入参数，为倾斜面上直接辐射量与水平面上直接辐射量之比， / (3-2-2)上述公式中倾斜面与水平面上直接辐射量之比的表达式如下：（3-2-3）式中，s 为太阳电池组件倾角，为水平面上日落时角，为倾斜面上日落时角， 是光伏供电系统的当地纬度，为太阳赤纬角，太阳赤纬的表达式如下： （3-2-4）水平面上日落时角的表达式如下： （3-2-5）倾斜面上日落时角的表达式如下： （3-2-6）对于天空散射采用Hay 模型。Hay模型认为倾斜面上天空散射辐射量是由太阳光盘的辐射量和其余天空

20、穹顶均匀分布的散射辐射量两部分组成，可表达为： （3-2-7）式中和分别为水平面上直接和散射辐射量。为大气层外水平面上太阳辐射量，其计算公式如下： （3-2-8） 式中，为太阳常数，可以取1367W/m2。对于地面反射辐射量，其公式如下： （3-2-9）式中 H 为水平面上总辐射量，为地物表面反射率。一般情况下，地面反射辐射量很小，只占的百分之几。这样，求倾斜面上太阳辐射量的公式可改为：（3-2-10）根据上面的计算公式就可以将水平面上的太阳辐射数据转化成斜面上太阳辐射数据，基本的计算步骤如下：(1).确定所需的倾角s和系统所在地的纬度。(2).找到按月平均的水平面上的太阳能辐射资料H。(3)

21、.确定每个月中有代表性的一天的水平面上日落时间角和倾斜面上的日落时间角，这两个几何参量只和纬度和日期有关。(4).确定地球外的水平面上的太阳辐射，也就是大气层外的太阳辐射，该参量取决于地球绕太阳运行的轨道。(5).计算倾斜面与水平面上直接辐射量之比。(6).计算直接太阳辐射量。(7).计算天空散射辐射量。(8).确定地物表面反射率，计算地面反射辐射量。(9).将直接太阳辐射量、天空散射辐射量和地面反射辐射量相加得到太阳辐射总量。表3-2-1 我国部分主要城市的维度和斜面最佳辐射倾角序号城市纬度（）最佳倾角序号城市纬度（）最佳倾角1哈尔滨45.68316杭州30.2332长春43.90117南昌

22、28.6723沈阳41.77118福州26.0844北京39.80419济南36.6865天津39.10520郑州34.7276呼和浩特40.78321武 汉30.6377太原37.78522长沙28.2068乌鲁木齐43.781223广州23.1379西宁36.75124海口20.031210兰州36.05825南宁22.82511银川38.48226成都 30.67212西安34.301427贵阳26.58813上海31.17328昆明25.02814南京32.00529拉萨29.70815合肥31.859三实验步骤1、 回复到实验的初始状态。再把采光运动平台上的“直流输出电压”用强电线连

23、接到实验台面板中太阳能电池板的输出端子上。合上实验台的空气开关，启动实验台。2、在太阳能板下面小盒子上打开空开，将辐射光源灯打开，通过电压表V1和电流表A1测量此时太阳能电池板产生的电压电流，通过手持照度表可以测量不同高度的光照度，调节光源控制电位器改变光源的强度，通过旋钮开关来改变角度，记录数值于表3-2-2；（1）辐射光源强度4，记录数值；（2）辐射光源强度6，记录数值；（3）辐射光源强度8 ，记录数值；（4）太阳板组件顺时针转过30度，记录数值；（5）太阳板组件顺时针转过60度，记录数值；3、回复到实验的初始状态，将K3后强电座连接至负载直流风机（用实验导线接），合上K3合闸按钮，重复2

24、中的步骤，记录数值于表3-2-2；表3-2-2：序号项目（光源）开路电压值（V）短路电流值（mA）照度（lux）1辐射光源强度32辐射光源强度63辐射光源强度94电池组件顺时针转过30度5电池组件顺时针转过60度四实验报告1、比较表3-2-2的数值，分析角度、位移及照度对电池板开路电压和短路电流都有哪些影响。2、查找相关资料比较说明温度和光强对光电转换的影响与辐照强度对光电转换的影响有何区别？它们之间有没有关联关系？3、计算所在城市（或地区）电池板安装的斜面最佳辐射倾角。实验三 太阳能电池光伏系统直接负载特性实验一实验目的1、 了解太阳能组件的工作原理。2、 掌握太阳能组件的负载特性。二原理说

25、明太阳电池的能量转换可用理想化等效电路模型来说明。图3-3-1中是入射光产生的恒流源的强度，恒流源来自太阳辐射所激发的过量载流子，是二极管饱和电流，是负载电阻。图3-3-1 太阳电池的理想化等效电路这种器件的理想I-V特性为 =()- （3-3-1） 式中，q为电子电量，k为波尔玆曼常数；T为绝对温度。由此可导出 （3-3-2）式中，A为pn结面积；、分别为导带和价带的有效密度；、分别为受主杂质和施主杂质的浓度；、分别为电子和空穴的扩散系数；、分别为电子和空穴的少子寿命；为半导体材料的禁带宽度。根据式（3-3-1）和式（3-3-2）可以画出太阳电池的明、暗I-V特性曲线（图3-3-3）。当开路

26、时，I=0,由式（3-3-2）得到开路电压(open circuit voltage) （3-3-3）输出功率为（3-3-4） 由可得最大功率的条件为（3-3-5）（3-3-6）而最大输出功率则为（3-3-7）太阳电池的理想转换效率为或 （3-3-8）式中，Pin为入射功率，对于地面应用的太阳电池，太阳功率密度数值为1000W/m2(海平面)；对于空间中的太阳电池，大气层外的太阳功率密度数值为1350W/m2；FF为填充因子（fill actor）,定义为（3-3-9）填充因子是最大功率矩形对ISC×矩形的比例，若要得到最大效率，Pin不变时，要使式（3-3-8）中分子最大（如图3-

27、3-3）。图3-1-4图3-3-2太阳电池的明、暗特性曲线 图3-3-3太阳电池的单二极管等效电路模型（阴影面积对应太阳电池的最大输出功率） 太阳电池的转换效率是电池电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长的太阳光辐射，而太阳光谱却是一个宽的连续谱，以及在室温下必然存在晶格热振动等散射机制，太阳电池的最高转换效率不可能达到百分之百。 对于实际太阳电池，影响转换效率的主要因素：一个是串联电阻RS,主要包括正面金属电极与半导体材料的接触电阻、半导体材料的体电阻和电极电阻三部分；另外一个是并联电阻RP,主要原因是电池边缘漏电或耗尽区内的复合电流引起的。由于光生电动势使pn结正向偏

28、置，因此存在一个流经二极管的漏电流，该电流与光生电流的方向相反，会抵消部分光生电流，被称为暗电流ID.图3-3-3给出了实际太阳电池的单二极管等效电路模型。 当负载被短路时，V=0，I=ISC, ISC即为太阳电池的短路电流（short circuit）。由于此时流经二极管的暗电流非常小，可以忽略，根据式（3-3-10）可得（3-3-11）由此可知，短路电流ISC总小于光生电流IL。在对太阳电池暗I-V特性曲线拟合的过程中，人们发现仅使用单二极管模型无法获得满意的结果。为此，人们使用两个二极管叠加的办法来拟合电池的暗特性。即将基区、发射区和空间电荷区的载流子复合电流区分开来。用I01表示体区或

29、表面通过陷阱能级复合的饱和电流，所对应的二极管理想因子为n=1；用I02表示pn结或晶界耗尽区内复合的饱和电流，所对应的二极管理想因子为n=2.此时，太阳电池的I-V特性方程可写为（3-1-12）然而一个太阳能电池只能产生大约0.5V电压，远低于实际应用所需要的电压。未来利率满足实际应用的需要，需要太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池的标准数量是36片，这意味着一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。通过导线连接的太阳能电池被密封为12V的物理单元被称为太阳能电池组件

30、。当应用领域需要较高的电压和电流二单个组件不能满足要求是，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需的电压和电流。图3-3-4 太阳能电池单体、组件和方阵计算太阳电池组件的基本方法是用负载平均每天所需要的能量（安时数）除以一块太阳电池组件在一天中可以产生的能量（安时数），这样就可以算出系统需要并联的太阳电池组件数，使用这些组件并联就可以产生系统负载所需要的电流。将系统的标称电压除以太阳电池组件的标称电压，就可以得到太阳电池组件需要串联的太阳电池组件数，使用这些太阳电池组件串联就可以产生系统负载所需要的电压。基本计算公式如下：并联的组件数量串联组件数量三实验步骤1、回复到实验的初始状态。再把采光

31、运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端口上， “交流负载选择可调电阻，把实验台右侧的可调电阻逆时针旋到底。合上实验台的空气开关，启动实验台，打开采光运动平台上的开关。2、将K3之后的强电柱用实验导线连接到交流可调负载处的强电柱上，把辐射光源强度调至6 处，打开采光运动平台下的控干，将辐射光源灯打开，合上K3合闸按钮，记录此时实验台上的电表V1、A1数值于表3-3-1,之后逐渐顺时针调节可调负载值，记录出8组电压、电流值于表3-3-1，完成后再把可调电阻复位，断开K3按钮。表3-3-1序号电压表V1（V）电流表A1（mA）123456789四实验报告1、

32、根据表3-3-1的数值，画出V-I曲线。2、 计算那个点是的功率最大输出点，为什么？实验四 太阳能控制器工作原理实验一实验目的1. 掌握智能控制器的作用；2. 掌握智能控制器的工作原理；二原理说明1、智能控制器的作用及原理为了最大限度地利用蓄电池的性能和使用寿命，必须对它的充、放电条件加以规定和控制。无论太阳能光伏发电系统是大还是小，是简单还是复杂，充、放控制器都不可少，一个好的充、放控制器能够有效的防止蓄电池过充电和深度放电，并使蓄电池使用达到最佳状态。但是，光伏发电系统中的充、放电控制要比其他使用困难一些，因为光伏发电系统中输入能量很不稳定。蓄电池充电控制通常是由控制电压或控制电流来完成的

33、，一般而言，蓄电池充电方法有三种：恒流充电、恒压充电和恒功率充电。每种方法具有不同的电压和电流充电特性。最常用的充电控制器有：完全匹配系统，并联调节器，部分并联调节器，串联调节器，齐纳二极管，次级方阵开关调节器，脉冲宽度调制（PWM）开关，脉冲充电电路。由于本实验台采用的控制器是PWM充电模式，随着固态开关器件的开关频率范围不断增加，目前市场也普遍采用PWM充电模式，下面具体介绍其控制原理。脉冲宽度调制开关用于DC-DC转换的充电控制电路，它的电路如下图3-4-1。图3-4-1. 用于DC-DC变换器的调制开关电路采用脉宽调制的DC-DC转换原理表现出很多优点，包括： 输给DC-DC变换器的光

34、伏方阵电压能够随着可能使用的升高的或降低的变换器而改变。这对于在哪些光伏方阵和蓄电池分置间隔较大的地方特别有用。光伏方阵电压在一个中心点上能被提高或降低到蓄电池的电压值，以减少电缆中的功率损失。 能向蓄电池提供良好控制的充电特性。 能用于追踪光伏方阵的最大功率点采用脉冲宽度调制DC-DC变换器的输出，可通过图3-4-2的充电发生变化。图3-4-2 脉冲宽度调制用于DC-DC变换的使用特性（a）电压特性 （b）电流和充电特性电流的脉冲宽度（通常在100Hz20k Hz范围内）将随着电压的升高而减少，直到全部平均电流减少到滴流充电量级为止。2、 PESMP太阳能控制器本套实验装置采用了如图3-4-

35、3所示PESMP太阳能控制器。此款控制器专为太阳能直流供电系统，并使用了专用电脑芯片的智能化控制器。采用一键式轻触开关，完成所有操作及设置。具有详细的充电指示、蓄电池状态、负载及各种故障指示。具有短路、过载、独特的防反接保护，充满、过放自动关闭、恢复等全功能措施。通过高效PWM蓄电池的充电模式，保证蓄电池工作在最佳的状态，大大延长蓄电池的使用寿命。 其具体的技术指标和指示灯说明请参考附录1。3-4-3 PESMP系列太阳能控制器三实验步骤1、先回复到实验的初始状态，并仔细阅读附录1 ：PESMP太阳能控制器使用说明书部分。再把采光运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能

36、电池板的输出端口上。合上实验台的空气开关，启动实验台，根据使用说明书的设置方式。2、把辐射光源的强度调至6处，打开采光运动平台下的空开，将辐射光源灯打开，将蓄电池和太阳能板K1、K3后强电柱接入控制器对应强电柱上，合上K1合闸按钮，将V2、A2接入K1后面记录此时电压表V2上的数值及直流指示灯状态于表3-4-1；3、将V2、A2接入K3后面再合上K1和K3合闸按钮，记录此时V2、A2电表上的数值及直流指示灯状态于表3-4-1；4、最后合上K3合闸按钮，选择风机或指示灯负载，将V2和A2分别接入对应测量位置记录此时V2、A2电表上的数值及指示灯状态于表3-4-1；表3-4-1序号项目 实验现象1

37、合上K1时2合上K1和K3后四实验报告1、根据实验数值，说明驱动直流负载的电能来自蓄电池还是光伏电池板、 2、蓄电池的容量为17AH/24V，假设其每日的用电放电深度不大于40%50%，不考虑温度影响，参阅相关资料，结合实验数值，计算按照本实验台的充电功率需要多少小时才能把蓄电池充满？ 实验五 太阳能控制器的过充、过放、短路保护实验一实验目的1. 掌握智能控制器过充保护原理及作用；2. 掌握智能控制器过放保护原理及作用；3. 掌握智能控制器短路保护的作用二原理说明蓄电池过充、过放保护工作原理太阳能智能控制器充放电控制原理如图3-5-1所示；太阳能智能控制器充电回路的开关器件T1串联在太阳能电池

38、方阵的输出端，当蓄电池电压大于“充满切离电压”时开关器件T1断开，同时二极管D1截至，则太阳能电池方阵的输出电流不再对蓄电池进行充电，起到“过充电保护”作用。图3-5-1：控制器充放电电路原理图D1为“防反充电二极管”，只有当太阳能电池方阵输出电压大于蓄电池电压时，D1才能导通，反之D1截至，从而保证夜晚或阴雨天时不会出现蓄电池向太阳能电池方阵反向充电，起到“防反向充电保护”作用。开关器件T2为蓄电池放电开关，当负载电流大于额定电流出现过载或负载短路时，T2关断，起到“输出过载保护”和“输出短路保护”作用。同时当蓄电池电压小于“过放电压”时,T2也关断，从而起到蓄电池的“过放电保护”。D2为“

39、防反接二极管”，当蓄电池极性接反时，D2导通，使蓄电池通过D2短路放电，产生很大电流快速将保险丝FU烧断，起到“防蓄电池反接保护”作用。三实验步骤 1短路实验（1）先回复到实验的初始状态，并仔细阅读附录1 ：PESMP太阳能控制器使用说明书部分。再把采光运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端口上。合上实验台的空气开关，启动实验台，根据使用说明书的设置方式。（2）把辐射光源的强度调至3处，打开采光运动平台下的空气开关，将辐射光源灯打开，将K1、K3后强电柱接入太阳能控制器，合上K1、K3、的合闸按钮，记录太阳能控制器的LED灯状态于表3-5-1；（3）直接

40、把K3后面的强电柱用实验线短接，记录此时的光伏控制器的界面状态于表3-5-1；（4）切除短路故障后，最按一下太阳能控制器的退出键，使之复位，记录此时的太阳能控制器的LED灯状态于表3-5-1。表3-5-1短路前状态短路时状态短路后状态LED状态2过充实验（1）先回复到实验的初始状态，并仔细阅读附录1 ：PESMP太阳能控制器使用说明书部分。再把采光运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端口上。合上实验台的空气开关，启动实验台，根据使用说明书的设置方式设置。（2）把辐射光源的强度调至6处，打开采光运动平台下面的空气开关，将辐射光源灯打开，连接号K1、K3后面

41、的连线至太阳能控制器上，合上K1、K3的合闸按钮，持续给给蓄电池充电，直到充电电流接近为0，而且负载LED灯灭，(为了能保证使实验结果能在课堂内完成，实验室老师在开展实验前先把蓄电池的电压充电到27V.)。此时说明控制器自动关闭输出，蓄电池进入充电保护状态。3过放实验（1）先回复到实验的初始状态，并仔细阅读附录1 ：PESMP太阳能控制器使用说明书部分。再把采光运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端口上。合上实验台的空气开关，启动实验台，根据使用说明书的设置方式。打开运动平台上的开关。（2）直接把试验台3后面的强电柱用实验线连至交流负载处的强电柱，交流负

42、载选择“可调电阻”， 合上K1、K3的合闸按钮，调节实验光源控制，使得输出功率较大，直至光伏控制器的负载LED灯灭，（为了能保证使实验结果能在课堂内完成实验室老师在开展实验前先把蓄电池放电到25V。）说明光伏控制器自动关闭输出，蓄电池进入低电压保护状态。四实验报告1、根据实验现象，说明蓄电池浮充和均充状态的区别。 2、结合实训过程写出控制器的过充电和过放电的详细过程及LED灯运行的状态变化。实验六 离网型逆变器工作原理实验一实验目的1. 掌握逆变器的作用及使用方法；2. 掌握逆变器的工作原理；二原理说明（一）离网型逆变器作用及原理通常，把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，把完成整流功能的

43、电路称为整流电路，把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应，把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，把完成逆变功能的电路称为逆变电路，把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。现代逆变技术是研究逆变电路理论和应用的一门科学技术。它是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制（）技术等学科基础之上的一门实用技术。它主要包括半导体功率集成器件及其应用、逆变电路和逆变控制技术大部分。1、逆变器的分类 逆变器的种类很多，可按照不同的方法进行分类。 （）按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为

44、的逆变器；中频逆变器的频率一般为到十几；高频逆变器的频率一般为十几到。 （）按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。 （）按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器；凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。 （）按逆变器主电路的形式分，可分为单端式逆变器，推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。 （）按逆变器主开关器件的类型分，可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管（）逆变器等。又可将其归纳为“半控型”逆变器和“全控制”逆变器两大类。前者，不具备自关

45、断能力，元器件在导通后即失去控制作用，故称之为“半控型”；普通晶闸管即属于这一类；后者则具有自关断能力，即无器件的导通和关断均可由控制极加以控制，故称之为“全控型”，电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管（）等均属于这一类。 （）按直流电源分，可分为电压源型逆变器（）和电流源型逆变器（）。前者，直流电压近于恒定，输出电压为交变方波；后者，直流电流近于恒定，输出电流为交变方波。 （）按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。 （）按逆变器控制方式分，可分为调频式（）逆变器和调脉宽式（）逆变器。 （）按逆变器开关电路工作方式分，可分为谐振式逆变器，定频硬开关式逆变器和

46、定频软开关式逆变器。 （）按逆变器换流方式分，可分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。 2、逆变器的基本结构 逆变器的直接功能是将直流电能变换成为交流电能 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可能通过改变一个电压信号来调节。产生和调节脉冲的电路。通常称为控制电路或控制回路。逆变装置的基本结构，除上述的逆变电路和控制电路外，还有保护电路、输出电路、输入电路、输出电路等，如图所示。 3、 逆变器的工作原理 单相电压全控型PWM逆变器工作原理：如图3-6-1所示，为通常使用的单相输出

47、的全桥逆变主电路，图中，交流元件采用管、。并由脉宽调制控制管的导通或截止。 图3-6-1 单相电压型PWM逆变器当逆变器电路接上直流电源后，先由、导通，2、截止，则电流由直流电源正极输出，经、或感、变压器初级线圈图，到回到电源负极。当、截止后，、导通，电流从电源正极经、变压器初级线圈电感到回到电源负极。此时，在变压器初级线圈上，已形成正负交变方波，利用高频控制，两对管交替重复，在变压器上产生交流电压。由于交流滤波器作用，使输出端形成正弦波交流电压。 当、关断时，为了释放储存能量，在处并联二级管、，使能量返回到直流电源中去。（二）PEII300W/24V型正弦波逆变电源本套实验装置采用了如图3-

48、6-2所示PEII300W/24V型正弦波逆变电源。此款逆变电源本电源逆变电源的主电路采用德国IXYS MOSFET，具有逆变效率高、输出电压稳定等特点。具有直流输入过、欠压保护、直流输入极性接反保护、交流输出过功率、短路保护等一系列保护措施，使电源的各项性能指标和可靠性具有足够的技术保证。其具体的技术指标和数码管显示说明请参考附录2。图3-6-2 PEII300W/24V型正弦波逆变电源三实验步骤1、先回复到实验的初始状态，并仔细阅读附录2 ：PEII300W/24V型正弦波逆变电源使用说明书部分。再把采光运动平台上的“直流输出电压”端口用强电线连接到实验台面板中太阳能电池板的输出端口上。合

49、上实验台的空气开关，启动实验台。2、将蓄电池、太阳能组件、太阳能控制器的对应连线连好。把辐射光源的强度调至6处，打开采光平台下的空气开关，将辐射光源灯打开，再合上K1、K3合闸按钮，此时可以从充电电流看到蓄电池的处于充电状态。3、将面板离网逆变器接入，可以看到右侧控制柜的正弦波逆变电源数码管显示“OFF”,按下操作面板上红色的电源按钮（开关机键），控制逆变器启动，输出端将有输出，按面板上的阅读键，可依次查看：显示蓄电池电压、输出电压、输出电流、充电电流。此时接入交流电压表至离网逆变器两端可以看到实验台上V3电压表也有电压值显示，该值即为逆变电源输出的交流值。4、用实验导线把K2后面的强电柱同下

50、面的交流负载强电柱连起来，先让交流负载处于“空载”档，然后合上K2合闸按钮，依次选择不同的负载，接入电压电流表记录此时V3、A3电表（选择交流电表接线）上的数值及柜子的电能表运行状态于表3-4-1；表3-6-1序号项目电压表（V） 电流表（A）电能表运行状态1风机负载2可调负载四实验报告1、参阅相关资料，简述离网逆变电源的用处实验七 独立光伏发电实验一实验目的1. 掌握独立光伏发电系统的原理。2. 掌握独立光伏发电系统中太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、离网逆变器的作用。二原理说明根据应用场合不同，光伏发电系统一般可以分为独立光伏发电系统、并网发电系统和混合型光伏发电系统。本实验系统图是属于

51、混合型光伏发电系统。但这里我们主要讨论独立光伏系统部分及其负载特性。独立光伏发电系统（也称为离网光伏发电系统）太阳能电池板、太阳能充电器、蓄电池、直流升压电路、逆变器等。图3-7-1 独立光伏发电系统结构图 光照强时，太阳能电池的低压直流电一路直接提供给直流升压电路，另一路通过充电器给蓄电池充电储能。光照弱时，太阳能电池输出功率达不到光伏发电的要求，这时，作为储能装置的蓄电池就为直流升压电路提供低压直流电，保证了独立光伏发电系统的连续性和稳定性。直流升压电路把低压直流电升高到330V高压直流电，然后通过逆变器就可以得到220V50Hz的交流电。输出交流电压和电流通过检测电路反馈给控制器，控制器可以实现闭环控制。三实验步骤1、回复