TW-SNY81制儲氫及氫氧燃料電池發電創新實訓系統

一、系統簡介

制儲氫及氫氧燃料電池發電創新實訓系統是氫能產業鏈中的制氫、氫氣儲存、氫能管理利用這幾個關鍵環節的有機組合和展現。制氫的能源采用清潔的光伏發電，這不僅解決了部分光伏發電就地消納的問題，還使資源得到有效的利用。制氫裝置由電解裝置、電功率測量、產氫流量測量等幾個部分組成，可監測產氫流量、電解裝置輸入的電功率等參數。儲氫系統由奧氏體材料儲氫罐、氣體輸送管路、控制閥等組成，該儲氫系統可監測儲氫壓力、溫度，并可智能化設定和控制儲氫壓力上下限。上述過程，光伏發電經過DC/DC變流，經直流母線儲存于蓄電池組中（蓄電池僅做穩定調控功能），然后蓄電池經DC/AC逆變成交流電，給電解裝置供電以產生氫氣，氫氣儲存在儲氫系統中，需要時供給氫氧燃料電池裝置，產生電能，電池堆反應后的尾氣進入尾氣分析裝置，可進行氣體成分分析。

本實訓系統表面繪制了制儲氫原理結構，各測試節點原理清晰直觀，采用安全接插座，操作安全。本系統內置了模擬氫氣泄露的仿真系統，可進一步模擬貼近真實的工業現場氣體泄露情況。系統還內置了氫能管理軟件，通過本系統還可以進一步對工業組態軟件和可編程邏輯控制器在氫產業中的應用做進深入的學習和延伸。制氫、儲氫、氫能利用過程的各項數據可通過上位機軟件實時監測和記錄。通過該系統所驗證的方法原理、工藝標準可直接或稍加改動后移植到應用現場。大大提高氫氣利用領域的安全性和數據可驗證性。

二、參考參數

光伏組件：

?輸出功率：100W；

?開路電壓：23.5V；

?工作電壓：17.9V；

?短路電流：6.78A；

?工作電流：5.57A；

2）光伏控制裝置：

?額定系統電壓：24V；

?空載損耗：≤1.2W；

?光伏最大輸入電壓：150V；

?最大充電電流：30A；

?轉換效率：≤98%；

?MPPT追蹤效率：>99%；

保護功能：接反保護，欠壓保護，過壓保護，過充保護，過載保護，短路保護，反充保護等；

3、仿真軟件：

1） 新能源教學系統仿真軟件（具有軟件著作權，網絡版）

A、多媒體教學軟件概述

1、通過該軟件可以系統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、光伏應用產品等全部系列光伏知識內容。

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節加工工藝等與使用方法。

3、多媒體系統自帶語音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統所述文字同步播放，幫助教師對光伏發電課程教案的快速編寫，提高學生對新能源專業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

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工藝與使用方法

3、目錄（約11課時）

光伏硅產品基本情況介紹

硅單質性質：包括硅的物理性質、化學性質、硅的分類與應用

硅化合物性質：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：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：包括單晶硅生長、單晶硅的雜質與缺陷

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、霍爾系數的測定、遷移率的測量、化學性能分析、晶體結構分析等

硅材料測試與分析依據標準（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

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構分析

太陽能電池片分類

晶體硅太陽能電池片生產工藝：包括生產方法與生產設備介紹

晶體硅太陽能電池片生產主要原材料

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標準

(3)太陽能光伏組件講解與展示系統

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缺點

太陽能電池組件的生產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展方向

(4)太陽能光伏組件附屬材料講解與展示系統

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

B、展示與講解內容目錄（圖、文、聲并茂）：

2.1 太陽能光伏應用產品講解與展示系統（約5課時）

2.1.1 太陽能發電系統：

2.1.2 家用太陽能發電機直流系統多媒體電視機

2.1.3 太陽能便攜電源：

2.1.4 太陽能殺蟲燈

2.1.5 太陽能警示燈

2.1.6 太陽能野營燈

2.2 太陽能光伏發電基本原理

2.3 太陽能光伏發電系統組成部分介紹

2.4 太陽能光伏發電系統設計方法

2.5 太陽能光伏電站施工建設方法

2.5.1、項目前期考察 

2.5.2、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 

2.5.3、項目施工圖設計 

2.5.4、項目實施建設 

2.5.5、帶電前的必備條件 

2.6太陽能光伏并網電站介紹

2.6.1、光伏并網電站簡要描述 

2.6.2、光伏并網電站設備組成 

2.6.2、光伏并網電站設備功能 

2.7 家用型太陽能電站建設方案

2.7.1、項目概述 

2.7.2、方案設計 （附詳細方案設計）

（一）用戶負載信息

（二）系統方案設計 

（三）效益計算：  

2.8 逆變器基本原理介紹

2.9 控制器基本原理介紹

主要作用：

在小型光伏系統中，用來保護蓄電池；在大中型系統中，起平衡光伏系統能量、保護蓄電池及整個系統正常運行等；

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 部短路；

④具有防雷擊引起的擊穿保護；

⑤具有溫度補償的功能

⑥顯示光伏發電系統的 各種工作狀態，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態、電池方陣工作狀態、輔助電源狀態、 環境溫度狀態、故障報警等。

4、光伏控制器按電路方式的不同，可分為并聯型、串聯型、脈寬調制型、多路控制型等；

5、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。

?系統狀態顯示；

?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，控制功能更強，可實現復雜過程控制。

光伏控制器主要技術參數：

系統電壓、最大充電電流、太陽電池方陣輸入路數、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。該數據要滿足負載或逆變器的輸入要求。

3）穩壓逆變系統：

?電池類型：鉛酸免維護；

?電池容量：12V45AH；

?電池連接方式：串聯；

?電池保護：末端接保險絲；

離網逆變器：

?額定輸出容量：1000VA；

?額定輸入電壓：DC24V；

?輸入電壓保護：DC34V；

?輸入電壓恢復：DC33V；

?輸入欠壓保護：DC21.6V；

?輸入欠壓恢復：DC24V；

?空載電流：≦0.5A；

?額定輸出電壓：AC220V；

?額定輸出頻率:50/60HZ±0.5HZ；

?輸出波形：純正弦波；

?波形畸變率：≦4%；

?動態響應：5%；

?功率因素：≧0.8；

?過載能力：120%/1分鐘,150%/10秒鐘；

?逆變效率：90%；

?絕緣強度：1500VAC,1分鐘；

?逆變器結構：工頻隔離；

?設備保護：逆變器輸入過壓保護、蓄電池過放電保護、蓄電池反接保護、輸出過載保護、輸出短路保護、過熱保護等；

?工作溫度：-25℃～60℃；

4）電解制氫系統

?輸入220V/50Hz，120W，

?氫氣發生器采用去離子水（即純水）電解，流量可控；

?氫氣純度：不低于99.99%；

?輸出流量：不低于300ml/min；

?輸出壓力：≤0.4MPa；

?最大功率達160W；

5）氫緩沖穩定系統

儲氫罐：

?采用奧氏體不銹鋼材料，耐壓不低于1.25MPa，使用壽命不低于10年，可緩沖、穩定氫氣流量，；

?配置精密壓力表，精密壓力傳感器，modbusRTU/RS485或模擬量4-20mA輸出；

?獨特的氫能管理系統，可實現自動監測管理氫氣壓力，氫氣輸出，氫氣關斷等，增強氫氣使用的安全性和提高氫氣使用的效率。

6）氫氣泄露仿真系統：

?系統耐壓：不低于1MPa；

?氣體控制閥：最小開合時間50ms；

?氣體泄露仿真模型：可隨機設定組合不低于9種；

?包括點泄露，長泄露，過壓泄露等

燃料電池堆

?額定輸出：100W，14V/7.2A；

?單電池數：24片；

?反應物質：氫氣、空氣；

?供氫品質：干燥，純度99.99%；

?供氫壓力：5.8-6.5psi；

?供氫流量：滿負荷運轉時1.4L/min；

?起動時間：<30S；

?輸出電壓：DC13-23V；

?增濕類型：自增濕；

?冷卻類型：空冷；

?環境溫度：5-35℃；

?電堆工作溫度：<65℃；

8）自動控制及監測系統

環境檢測傳感器：

?溫度檢測范圍：-40℃～85℃；

?溫度檢測精度：±0.5℃；

?壓力監測范圍：0-1MPA；

?傳感器供電：DC24V；

?傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；

人機界面：

?內置氫能管理軟件現場端

?觸摸屏尺寸：7″；

?屏幕類型：TFT液晶顯示屏；

?分辨率：800×480；

?內存：128M；

?串行接口：RS232/RS485；

?供電電壓：24±20%VDC；

?自動控制系統：

?主控模塊：

?AC220V/50HZ輸入；

?14數字量輸入，10數量輸出；

?支持TCP/IP標準通信方式，可實現高速運算和復雜邏輯控制；

9）尾氣分析系統：

?溫度檢測范圍：-40℃～85℃；

?溫度檢測精度：±0.5℃；

?濕度檢測范圍：0-99.9%RH；

?濕度檢測精度：±3%RH；

?氫氣濃度檢測范圍：0-40000PPM

?傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；

緊急停止開關和漏電保護器

為了保護本教學平臺的重要部件，避免一些由于人為的操作失誤而導致的重大事故的發生，我們在電源前端重要部件前加入了緊急停止開關和實驗室智慧用電安全控制系統；

智能電源管理系統具有過溫、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和有線以太網與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網絡的情況下，教室整套智能電源管理系統可離線獨立運行。

1、智能終端：智能電源管理系統以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。能實時監測三相電壓、電流、功率，功率因數、頻率、電能等參數，液晶觸摸屏監測數值。能監控實驗室電源的故障類型和故障次數；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；用電數據界面能智能查找近2年用電數據，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：包含賬號管理、設備管理、報修管理、用戶管理，設備管理：①、包含監控管理：實時視頻監控每個教室，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，現場數據連接云平臺后臺數據庫管理。

現場需對功能逐一演示，提供有效、權威的證明文件，佐證該產品的可靠、安全、先進性。

提供實驗室智慧用電安全控制系統的專利證明材料；

10）上位機單元：

?內置氫能管理軟件上位機端

?CPU：IntelCore i5；

?內存：DDR3 8G；

?硬盤：7200轉/1TB；

?顯卡：Intel HD Graphic；

?屏幕：22英寸高清顯示器（1920*1080）。

11）柜體材質與尺寸

?板材：熱鍍鋅處理；

?板材表面烤漆工藝；

?鋼板厚度：2mm；

?柜體精心設計，結構美觀新穎，方便操作和數據讀取。

三、可完成課題項目

?光伏發電氫儲能系統的原理組成

?燃料電池控制系統的組成和控制

?電堆的IV極化特性曲線

?電堆的功率特性曲線

?環境改變對電堆性能的影響

?電解制氫效率測量實驗

?電解制氫流量計量控制實驗

?氫儲能系統參數測量和控制

?電堆輸出和尾氣分析實驗

?基于PLC的模擬量輸入和控制

   人機界面和PLC的通訊控制