TW-SNY48風光氫混合發電暨智能微電網實訓系統建設方案

風光氫混合發電暨智能微網實訓主系統

一、項目概述

本系統為科研創新理念與實驗、實訓型相結合的集風力發電，光伏發電、制氫系統、氫燃料電池發電、數據采集等多元化“風、光、氫混合型新能源實驗實訓系統”。

系統由風力發電機組、太陽能電池組、追日系統、風力及光伏控制系統、氫燃料電池發電系統、制氫系統、儲氫系統、主控系統組成的微網發電系統。

其工作原理是風力、光伏發電系統發電，并由磷酸鐵鋰電池儲能，DC/AC逆變成交流電，驅動電解水設備制氫。氫氣通過儲氫系統儲存，并驅動燃料電池電堆發電。

此外，雙向變流模塊自帶旁路功能，旁路端直接與電網連接，實現電網和逆變間的自動切換，在蓄電池所儲電能不夠用時，自動切換至電網供電，確保持續制氫功能正常運行。

當系統用電量小于光伏和風力實際發電量時，控制系統在保證用電設備正常供電的同時將光伏及風力發電多余電量傳送至電網進行并網，不會造成能源學浪費。

①　24KWH儲能池及BMS管理系統

②　光伏控制系統

③　風力控制系統

④　燃料電池發電系統

⑤　50kw微網儲能雙向變流器（含STS 、DC/DC變換器）

⑥　配置微網能量管理EMS及監控軟件

⑦　配置綜合交流配電的電能質量檢測機柜

1.1系統拓撲圖

圖1   系統拓撲圖

1.2  功能特點

?整套系統的各個模塊預留了CAN\RS485\RS232\USB\TCPIP通訊接口，可以通過該通訊接口對系統中各個模塊進行監控，便于未來項目開發使用。

?系統實驗平臺集成了室內溫/濕度儀，風速測量、光照度測量系統，讓使用者操作起來更直觀；

?系統DC-AC并網同步電源，采用高頻脈沖調制技術，具有小體積、高效率及高功率因數輸出；

?系統面板上采用直觀的數字表和液晶顯示，讓用戶了解當前系統工作狀態；

?系統上的離網電源可以為用戶提供交流110V/220V純正弦波交流電能；

?實訓系統，可以讓實訓學生自行拆裝移動，使用簡便、無噪音、無污染；

?系統增加市電與風光互補發電切換模塊，讓實驗更具操作性；

?增加分布式供電原理與實驗電路，讓學生增加對新知識的理解；

?增設直流母線單元，方便系統各模塊之間連接及實驗；

?獨立的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；

?燃料電池運行過程中，只排除水和熱量，不會產生任何有害物質及噪音；

?燃料電池較之傳統電源方案，其運行安全可靠、壽命長，維護簡單，降低了維護成本。

二、方案概述

2.1風力發電系統的組成

10KW風力發電系統由2臺（套）風力并網控制系統、5KW垂直軸風力發電機組、葉片、風機控制系統、塔架等組成。

風力發電控制系統           風力發電機                發電機示意圖

2.1.1 發力發電控制系統：

分布式風力發電并網系統、風光互補并網發電系統、風力發電并網系統；

2.1.2 特點：

?? 風力發電專用并網控制逆變一體機

?? 寬范圍風力發電 MPPT 功能，可 30 個點設定功率曲線

?? 完善的保護功能

?? 可選 RS232/RS485/GPRS 進行電腦監控，其中 GPRS 可同時實現 APP 監控

2.1.3 技術參數：

風力發電原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。

型號	SHF-5000
額定功率	5.0W
最大功率	5.5KW
額定電壓	120V/220V/380V
啟動風速	2.5m/s
額定風速	18m/s
最大風速	45m/s
風機凈重	350kg
風輪直徑	2m
塔架高度	9m
葉片高度	3.6m
葉片數量	4片
葉片材質	鋁合金
發電機	三相交流永磁同步發電機/永磁懸浮發電機
塔架類型	獨立塔架
保護	風機自我轉數保護/電磁制動
工作溫度	-40℃-80℃

選擇安裝場地

選擇土質堅實的平地作為安裝場地，安裝風力發電機的組位置應該至少遠離房屋及人員活動場所50米，務必在選定安裝場地時考慮到風葉的光影影響及風力發電機組運行時產生的噪音影響（正常工作時噪音約為65dbA）。同時避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風速風向的障礙物。

禁止安裝在松軟的沙地、高低不平的場地、有下陷或塌方可能的場地、洼地及其他容易受氣候影響而發生地質變化的場地。同時需要考慮從風力發電機的電機部分到您的儲能蓄電池組的距離，距離越短，所用傳輸電纜越短，因而傳輸過程中的耗能也越少，如果必須得有較長的距離,則盡量選用粗些的標準電纜。

地基尺寸（地面安裝）

請選擇在無風天氣進行風力發電機安裝及接線。

型號	5KW 塔架
塔桿	獨立塔桿( m)	12
地基	中心地基( m)	1.2*1.2*1.5

立桿尺寸圖

預埋基礎圖

屋頂安裝：

注：屋頂安裝時需要現場勘察并征得甲方后勤部門同意，還要對屋頂結構承重做大致評估。

風機、追日支架屋頂基礎圖

風機、追日支架基礎效果圖

2.2光伏發電系統

40KW光伏發電前端主要分成4個單元，由1個10KW追日發電單元、3個10KW固定式支架單元組成、容量相加起來共計40KW?？傻孛姘惭b或屋頂安裝。

40KW光伏儲能發電系統主要由光伏子單元、雙軸跟蹤單元、固定式支架單元、能量存儲單元、電網接入裝置和能量管理系統四大部分構成。

系統運行原理

控制原則如下：

?白天，光伏系統發電優先給實驗室內負載供電，當光伏發電功率大于負荷功率時多余電能儲存在蓄電池中，當光伏發電功率小于負荷功率時，儲能電池和光伏發電一起給負載供電；

?夜晚，光伏側直流停機，由儲能電池通過儲能逆變器單獨給負載供電，當電池剩余容量（SOC）放到設定值，系統自動切入電網，由電網給負載供電，根據需求，電網可以通過儲能逆變器給電池充電，也可以不充電；

?當電網出現故障時，光儲系統自動切換至離網運行模式，由光伏電池和儲能電池同時向負載供電；

?電網可以向儲能電池充電，充電功率及充電時間可調；

2.2.1 光伏組件

光伏發電系統前端采用40塊260Wp 多晶硅組件，峰值輸出功率10.4KW

?組件型號：ZM260P-29b  多晶

?最大功率（W）：260

?開路電壓（V）：40.2

?短路電流（A）：8.81

?最大功率點的工作電壓（V）：29.9

?最大功率點的工作電流（Ａ）：8.36

?轉化效率：17.12%

?開路電壓溫度系數：-0.292%/K

?短路電流溫度系數：+0.045%/K

?功率溫度系統：-0.408%/K

?最大系統電壓（V）：1000

?保險絲額定電流（A）：20

?組件尺寸：1650×992×40mm

?重量：19.1kg

?框架：陽極氧化鋁

?玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm

?電池片封裝：EVA

?背板：復合薄膜

?太陽能電池片：6×10片多晶硅太陽能電池片（156mm×156mm）

?接線盒

1)6個旁路二極管

2)絕緣材料：PPO

3)防水等級：IP65

2.2.2 雙軸跟蹤系統

雙軸跟蹤系統是一種能夠保持太陽能電池板隨時正對太陽，使太陽光的光線隨時垂直照射太陽能電池板的動力裝置。

10KW 支架三維圖                         10KW 支架圖

跟蹤支架的機械結構主要分為三大部分，立柱，橫梁和網架。立柱與橫梁的連接處為x軸減速機，橫梁和網架的連接處為y軸減速機，鋼結構支架全部采用熱鍍鋅噴塑。

跟蹤系統將增加大于35%的太陽輻射接收量，顯著提高太陽能光伏組件的發電效率。

主控采用西門子S7-1200系列主機，高精度、高穩定數字化控制方案設計，先進的天文算法,實時追蹤太陽使光伏方陣時刻保持最大輸出功率，提高光伏發電轉化效率。風速測量裝置在正常天氣情況下保持靜默感知運行，遇到大風天氣或風速達到一定等級則會自動運行，并通過控制主機使支架系統自動放平減小風阻、保護支架系統在暴風雨天氣能夠安全運行。

整體支架系統放置在屋頂，經電纜輸送至室內主控臺，可實現分布式屋頂發電相關實訓，所發電能與風力發電相結合，經DC-AC逆變成正弦波220V交流電，可供實驗室照明、計算機和制氫系統使用。

所有系統的設計、安裝與實際工程一樣，可在老師的指導下做為學生練習拆卸、組裝實習樣機來用。

1、支架整體采用國標鋼材，經酸洗后作鍍鋅、噴漆防銹處理，抗能力可達15級以上。

2、電動推桿是一種將電動機的旋轉運動轉變為推桿的直線往復運動的電力驅動裝置?？捎糜诟鞣N簡單或復雜的工藝流程中做為執行機械使用，以實現遠距離控制、集中控制或自動控制。

3、回轉式減速器，采用回轉支承（俗稱轉盤）作為減速器從動件，可實現無限制的圓周回轉和減速，可以承受較大的軸向力、徑向力和傾覆力；

?輸出轉矩：65 kN.m

?傾覆力矩：38.7  kN.m

?軸向靜載荷：338  kN.m

?徑向靜載荷：135  kN.m

?減速比：61:1

4、新的模塊化SIMATIC S7-1200控制器是我們新推出產品的核心，可實現簡單卻高度精確的自動化任務。系統有五種不同模塊，分別為 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、CPU1215C和CPU1217C。具有快速啟動、精確監控和最高等級的可用性。

2.2.3 固定式支架

系統支架設計容量為10KW，采用標準工程件，鍍鋅方鋼，鍍鋅C型鋼，結構美觀，強度高，由40塊260Wp太陽能光伏組件，成40度斜面，固定于C型鋼架上，

1)斜面式，標準工程用C型鍍鋅鋼

2)支架材料：工程用鍍鋅方鋼，含標準件，接地孔等所需的全部部件，含支架基建底座。

3)方陣點地面積：安裝于樓頂或地面點地約 40平方米

4)支架底部基礎采用鋼筋混凝土結構，多只尺寸40*40*30CM的水泥基礎與支架進行固定以增強支架牢固性及抗風能力

2.2.4  10KW并網逆變器

并網逆變器參數如下：

產品特點

1）技術領先，全面滿足電網或負荷的接入與控制要求

?具有并網充放電、獨立逆變功能，適合各種應用場合

?具有并網和離網并聯功能，良好的擴容性

?可與多種蓄電池接口，具有多種充放電工作模式

?可以實時接受系統調度指令和BMS指令，通訊方式有RS485、CAN、以太網

?無功功率可調，功率因數范圍超前0.9至滯后0.9

?直流電壓范圍，支持低壓48V蓄電池輸入

?110%額定輸出功率可實現長時間運行

2）高效節能，更集成，更好的客戶體驗

?正面維護，可靠墻安裝，安裝維護更方便，降低維護成本

?防護等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能

?高效PWM調制算法，降低開關損耗

3）更多優點

?雙電源冗余供電方案提升系統可靠性

?完善的保護及故障告警系統，更加安全可靠

?采用動態圖形液晶界面，提供友好的操作體驗

?-25℃~+55℃可連續滿功率運行

?適應高海拔惡劣環境，可長期連續、可靠運行

?支持離網主動運行功能

?適合共直流母線系統和共交流母線系統

工作邏輯架構

2.2.5  光伏磷酸鐵鋰電池及BMS儲能管理系統

采用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質，具有良好的安全性。

磷酸鋰電池介紹

磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質，因此擁有良好的安全性。

1．安全性領先

材料/電芯級6重安全裝置，開關盒系統級雙重保護回路，確保系統安全性；從電芯到系統具有全球級安全性權威認證：UL1642、UN38.3、UL1973、VDE、JET。

?內置可靠的安全閥，當過充電或溫度急劇上升時，伴隨者副反應發生，單體內壓增加到一定值，安全閥自動開啟泄氣，防止電池鼓脹或爆炸 ；

?隔膜采用耐高溫陶瓷涂布技術，防止由枝晶或電池遭沖擊時造成的內部短路，高溫時切斷鋰離子傳輸通道。

?內置正極保險絲（即正極通過熔絲與外殼相連），當電池短路或過充電等意外時，內置正極保險絲熔斷，起保護作用；

?負極具有過充電的保護裝置OSD，過充電等濫用情況下，單體內部氣壓上升，誘發OSD變形，充電電流迂回至殼體回路，促使正極保險絲熔斷，切斷充電回路；

?正極性鋁質方形外殼，具有良好的導熱散熱性能，又能阻止表面腐蝕，在長期使用時避免電解質的泄漏；

?殼體內置放針刺保護層（NSD），當外殼被尖銳硬物刺穿時，NSD層提前與殼體形成回路，降低電芯短路風險。

?回路斷路器可避免電池組因外部短路造成的損害。

2．優異的電化學性能

循環壽命長、耐受性強，良好的高低溫性能；

?圓形電芯設計，極高的電解液量和電解液保持率（相比較軟包電池），確保單體電芯在25℃下，@0.5C1C、DOD100%、 EOL80%循環次數高于4000次，同款產品已大批量應用在電動車領域，其性能也獲得多家車企的驗證，該產品儲能領域應用，建議放電倍率在0.5C以下，預期其循環壽命遠高于6000次。

3．剩余容量無瞬間跌落特性

EOL低于50%，放電性能仍能預測；

圓形電芯設計極高的電解液保持率，電池生命周期內不存在電解液的干涸（與軟包電池相比），即使容量衰減到50%，剩余容量不會出現“瞬間跌落”現象。意味著更長的資產利用率和更高的投資回報率。

4．系統適用性強

圓形鋁殼電芯、標準化模組、通用型機架設計，便于規?；a組裝，靈活的系統組合，可滿足各種定制化需要；

?寬廣的系統電壓范圍，通過不同的串聯組合可提供不同電壓等級的電池系統。

?寬廣的系統容量范圍，通用型機架式并聯組合可提供容量多樣式電池系統?？梢杂袔资叩綆渍椎姆秶┻x擇。

5．系統易于安裝、維護

系統部件模塊化設計，標準機架安裝，全部接線端子前端設計，易于安裝維護。

參數如下：

磷酸鐵鋰電池系統的BMS系統分三級管理，分別為托盤BMS(Tray BMS)、機柜BMS (Rack BMS)、系統BMS(System BMS),每級BMS主要功能如下：

a)Tray BMS (TBMS，托盤級，控制20個單體電芯，內置在模組內) : 監測單體電芯的電壓、溫度和單個托盤的總電壓， 并通過CAN協議向上級BMS實時傳遞以上信息，能夠控制單體電芯的電壓均衡性。

b)Rack BMS (RBMS，機架級，控制10個或多個TBMS，內置在開關盒內)： 檢測整組電池的總電壓、總電流，并通過CAN協議向上級BMS實時傳遞以上信息。 能夠顯示電池充放電時容量、健康狀態，對功率的預測、內阻的計算?？刂评^電開關和盤級單元電壓的均衡性。

c)System BMS (SBMS,系統級，最多控制48個RBMS)： 收集下級RBMS信息，能夠實時對電池剩余容量、健康狀況進行預估，功率的預測、內阻的計算。通過RS-485或Modbus-TCP/IP 的方式與上位和外部系統進行通信。

d)每級BMS實現功能如下

2.2.6 匯流箱

在太陽能光伏發電系統中，為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線，用戶可以將一定數量、規格相同的光伏電池串聯起來，組成一個個光伏串列，然后再將若干個光伏串列并聯接入PVS 系列光伏匯流箱，在光伏匯流箱內匯流后，通過光伏專用直流斷路器輸出，與光伏逆變器配套使用從而構成完整的光伏發電系統。

光伏陣列的正極和負極的每一路中均安裝一直流熔絲，然后通過匯流母排并聯，正極直流熔絲均通過用以檢測電流的電流傳感器與所述匯流母排并聯；電流傳感器用以檢測電流并實現通訊的檢測板連接。

光伏匯流箱電流檢測單元采用一體化結構設計，將若干個電流檢測元件的檢測信號，集中傳輸至微控制器，微控制器再將信號傳送至上位機。通過智能測控模塊的地址，快速定位，具有系統維護簡單快捷，運行更加經濟和現場維護方便的特點。

該匯流箱具有以下特點：

壁掛式安裝，箱體采用冷軋鋼板彎制而成，冷軋鋼板厚度 1.5mm。箱體結構密封、防塵、防潮，有足夠的強度和剛度，表面噴漆及密封材料耐腐蝕、抗氧化。防護等級 IP65，滿足室外安裝使用要求；

匯流箱箱體設有光伏陣列電纜進線孔，可同時接入 8 路電池串列（8正8負） ，直流輸出出線孔（4正4負） ，以及接地線引出電纜孔，電纜引出孔加裝膠墊；

?冷軋鋼板，防護等級IP65，滿足室外安裝的要求，可直接掛在電池支架上；

?可同時接入8路光伏組串，每路光伏組串的最大開路電壓可達DC1000V；

?每路光伏組串輸入回路的正負極都配置高壓直流熔絲，其耐壓值可達DC1000V，額定電流為15A；

?直流匯流輸出的正極對地、負極對地、正負極之間配有光伏專用防雷器；

?直流匯流的輸出端配有可分斷的直流斷路器；

?防雷器失效報警；

?直流拉弧檢測及切斷輸出功能。

2.2.7 配套教學資源

★1、在線教育課程開放平臺（具有軟件著作權，配1個登錄帳號）:

1）本系統是互通教學多元化管理平臺，將傳統的各個平臺系統實施整合，集中互通管理，解決多平臺、多賬號難以管理、數據庫分散無法集中統計等問題。系統包含了：在線教務管理系統、在線課程資源管理平臺、在線習題庫平臺、在線考試考核平臺、線上視頻課程管理平臺及線上虛擬仿真教學管理平臺，真正意義的一站互通數據集中統計！

2）課程資源：多個微課視頻實拍采集教學視頻素材，后期影視包裝，片頭10秒左右，片尾5秒左右，視頻尺寸不低于1920*1080，視頻格式MP4、FLV等；多個虛擬仿真內容采用unity引擎開發，在pc端win系統上運行（win7、win8、win10，注不包含win xp）軟件。

3）為了教學的統一性要求在線教育平臺與實訓裝置是同一個生產商！

4）配套微課內容不少于30課時。

★2、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。

★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。

5、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；

6、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。

2） 三菱PLC與變頻器仿真教學軟件（網絡版，具有軟件著作權）

一、產品技術要求

軟件PLC產品依據中華人民共和國勞動和勞動安全行業標準（LD/T81.2－2006）《“維修電工”職業技能實訓和鑒定設備技術規范》與教育部有關專業教學大綱而設計研制，包括可編程控制器和變頻器在內的26個項目，每個項目又根據需要設有：實訓目的、實訓器件、器件布局、I/O分配、T型圖、電路連接、通電運行等多種模塊，基本涵蓋了國家維修電工中級、高級和技師鑒定考核對于可編程控制器和變頻器的應知應會全部要求。軟件以技能為核心，項目為引領，任務為驅動，職場環境為背景，操作步驟為主線，以學生交互訓練為主體，具有三維可視化、智能化、全交互的特點，集職業性、情境性、過程性、交互性和靈活性于一身，性價比極高。該軟件不僅可以作為實訓教學應用，其大量的原理動畫演示也可以作為助教型軟件素材應用于課堂教學環節。為電氣自動化、機電一體化等電工電子專業的技能實訓、鑒定信息化、現代化提供了豐富不可或缺的教學資源。

二、產品內容要求

級別	內容	備注
中級	PLC工作原理控制、程序的執行過程、電動機的起?？刂?/span>、電動機的正反轉控、電動機循環正反轉控制、三速電動機控制
高級	星/角起動控制、電動機正反轉能耗制動控制、彩燈循環控制、數碼管的點亮控制、大小球傳送裝置控制、簡易機械手的控制
技師	電鍍生產線的控制、自動交通燈的控制、皮帶運輸線的控制、工業洗衣機的控制、恒壓供水系統的控制、小推車控制、停車場車位的控制、變頻器的PU操作、變頻器的EXT操作、變頻器的組合操作
綜合	手持編程器的操作、X62W萬能銑車、Z3050搖臂鉆床、CA6140型車床

2.3氫燃料電池發電系統

燃料電池采用空冷自增濕的PEMFC電池，減少了水泵、水箱、增濕器、增壓泵等附屬設備，使電堆控制更簡潔、可靠。燃料電池系統除了核心部分質子交換膜燃料電池堆外，還需要一些輔助器件發電系統才能正常工作?？偟膩碚f，一個完整的燃料電池系統大致上由燃料電池發電系統和控制系統兩大部分組成，如圖2所示。其中，燃料電池發電系統主要由質子交換膜燃料電池堆、氫氣供應單元、氧氣或空氣供應單元、DC/DC四部分組成。而控制單元部分屬于控制系統。

燃料電池發電系統組成示意圖

燃料電池發電系統組成

1、燃料電池堆：

氫氣和氧氣在其內部發生電化學反應并釋放電能，是整個系統的核心。

2、氫氣供應單元（H2）

本系統指由制氫設備，儲氫系統及供氫管路組成。制氫設備制氫，并由儲氫系統通過管路向燃料電池堆提供特定壓力的氫氣。

3、空氣供應單元：

不間斷地向燃料電池提供電化學反應所需的氧氣，以確保質子交換膜燃料電池實現連續穩定的運行發電。

4、DC/DC：

氫燃料電池所產生的電能為直流電，其輸出電壓不僅受內阻影響而且隨著負載的變化而改變。因此，為保證供電性能的穩定，在燃料電池系統輸出端，須配置功率變換單元DC/DC，主要保證負載連續變化時，將輸出電壓穩定在合適的范圍。

5、控制單元：

控制單元是燃料電池發電系統的核心，用來接收數據采集系統采集的數據，并對它們進行分析，根據分析的結果來控制執行機構完成相應的動作?？绽渥栽鰸袢剂想姵匕l電系統的控制單元通過控制系統、風扇、電磁閥即可保證燃料電池正常工作。

燃料電池系統工作示意圖

 2.4 50KW 儲能雙向變流裝置

儲能逆變器采用了先進的數字控制技術，優化了控制性能并且提高了系統的可靠性，適合于不同電池充放電需要，并且在結構上進行模塊化設計，方便安裝與維護。

2.4.1 其主要性能特點如下：

?可以接受電網調度，通訊方式有RS485、CAN、以太網等

?并網模式、離網模式、混合模式等多種工作模式

?多種并網充放電方式，包括直流側充放電模式和交流側充放電模式

?具有低電壓穿越和無功補償功能

?具有自主調頻調壓和受控調頻調壓功能

?離網獨立逆變功能，可由儲能逆變器建立微網系統，保證重要負載供電

?可以多臺逆變器獨立逆變并聯

?離網帶三相不平衡負荷能力強

?110%額定輸出功率可實現長時間運行

?采用了交直流雙路輸入電源冗余供電模式，確?？刂齐娫吹母呖煽啃?/span>

?防護等級為IP21，具有防滴水功能，具備防凝露功能

?產品壽命長：采用膜電容設計，壽命達到30年

技術參數：

2.4.2 基本功能

2.4.2.1 蓄電池充放電控制

?儲能逆變器能夠對蓄電池進行充電和放電。充電功率和放電功率可由操作者選擇。充放電指令的各種模式由上位機修改。

?充電模式包括恒流充電、恒壓充電、恒功率充電（DC） 、恒功率充電（AC）等。

?放電模式包括恒流放電、恒壓放電、恒功率放電（DC） 、恒功率放電（AC）等。

2.4.2.2 無功功率控制

?儲能逆變器能夠對功率因數和無功比例進行控制。功率因數和無功比例的控制應該通過注入無功功率來實現。

?功率因數設置的范圍為0.9（超前）--0.9（滯后） ，無功比例設置最大為額定功率的30%。

?逆變器在執行充電和放電功能時都能夠實現該功能。由上位機和觸摸屏進行無功功率設置。

2.4.2.3 離網系統獨立逆變控制

儲能逆變器在離網系統中具有獨立逆變功能，能夠穩定輸出電壓和頻率，為各種負載供電。獨立逆變包括主動模式和被動模式。

主動模式：

儲能逆變器在獨立逆變運行狀態時，發生可恢復的故障后逆變器故障停機，當故障恢復后無需進行人為操作，逆變器能自動啟動獨立逆變，恢復原來的運行狀態。

被動模式：

逆變器在獨立逆變運行狀態時，發生故障后逆變器故障停機，當故障恢復后需要人為重新設置啟動指令，逆變器才能啟動獨立逆變。

2.4.3 工作狀態

該儲能逆變器有“初始停機”、“停機”、“待機”、“運行”、“緊急停機”、“故障”等幾種狀態。

初始停機

初始停機模式是指閉合逆變器的蓄電池端斷路器，通過蓄電池對控制電路供電，并檢測蓄電池電壓是否滿足正常工作電壓。

此模式下系統進行自檢，當自檢通過后逆變器從初始停機模式轉入停機模式。

停機

逆變器在沒有經過任何指令操作或調度時，系統處于停機狀態。

在停機模式下逆變器接受觸摸屏及上位機的指令操作和調度，當滿足運行的工作條件時逆變器從停機轉入運行模式。

在運行后，如果接收到停機指令后，逆變器從運行轉為停機狀態。

待機

在停機或運行模式下，逆變器接受觸摸屏及上位機的待機指令操作和調度，可以轉為待機狀態。待機狀態時逆變器交流和直流主接觸器閉合，系統處于熱備用狀態，當觸摸屏或上位機進行指令操作和調度時，逆變器可以快速的進入相應的狀態。

運行

運行模式包括并網模式和離網模式，并網模式分為充電、放電。離網模式包括主動離網和被動離網。

在并網模式下，逆變器能夠進行電能質量調節以及無功功率控制。在離網模式下，逆變器能向負載提供穩定的電壓和頻率輸出。

故障

當儲能系統出現故障時，逆變器會停止工作，將交直流側的接觸器立即斷開使機器的主電路與電池、電網或負載脫離。

系統此時持續監測故障是否消除，如果故障未消除，則保持故障狀態；如果故障消除，默認30秒以后進入停機狀態，重新接受指令及調度。

緊急停機

“緊急停機”模式是指在故障或危急時，按下緊急停機按鈕來使儲能逆變器停止運行。

需要再次開機時，緊急停機按鈕必須松開鎖緊狀態，才能重新啟動儲能逆變器。

關機

若儲能逆變器處于正常的“運行”模式，用戶需要使機器停止運行進行日常的維護或檢修操作，便可通過上位機發出停機指令來使儲能逆變器停止工作。并斷開交直流側的接觸器和斷路器，確保內部已完全斷電。

狀態切換

當逆變器開機進入初始停機時，控制系統將完成自檢，以驗證控制和傳感器系統的完整性。

監控和保護功能正常啟動，逆變器進入停機狀態。停機狀態時，儲能逆變器封鎖IGBT脈沖，斷開交直流接觸器。待機狀態時，儲能逆變器封鎖IGBT脈沖，但閉合交直流接觸器，逆變器處于熱備用狀態。

儲能逆變器可以在不同模式中轉換，需要滿足的轉換條件如圖5-1所示。

工作模式轉換圖

有 STS 模塊的 PWS1-50K/100K/150K 雙向儲能變流器拓撲圖

2.4.4  工作模式

2.4.4.1 模式介紹

儲能逆變器運行模式可分為并網模式與離網模式。

并網模式

在并網模式下，逆變器可實現充電和放電功能。

?充電包括恒流充電、恒壓充電、恒功率充電（DC） 、恒功率充電（AC）等。

?放電包括恒流放電、限壓放電、恒功率放電（DC） 、恒功率放電（AC）等。

另外，在并網模式下，還具有功率因數和無功調節、低電壓穿越、主動孤島等功能，用戶可

以根據需要進行設置。

離網模式

該模式可通過上位機或逆變器的觸摸屏來設定。當逆變器設定為此模式時，逆變器向負載提

供壓恒頻的交流電源。

離網模式包括主動模式和被動模式

主動模式：

逆變器在獨立逆變運行狀態時，發生可恢復的故障后逆變器故障停機，當故障恢復后無需進行人為操作，逆變器能自動啟動獨立逆變，恢復原來的運行狀態。

被動模式：

是指逆變器在獨立逆變運行狀態時，發生故障后逆變器故障停機，當故障恢復后需要人為重新設定啟動指令，逆變器才能啟動獨立逆變。

2.4.4.2  模式轉換

儲能逆變器在并網模式下，充電和放電功能狀態之間的切換可直接進行，不需要進入待機狀態。

儲能逆變器必須是在沒有電網的情況下，獨立逆變才可以運行。

2.2.5   逆變器功能

2.2.5.1   低電壓穿越

《電站接入電力系統技術規定》中規定：大中型電站應具備一定的低電壓穿越（Low Voltage Ride Through，縮寫為LVRT）能力。

具體的低電壓穿越要求為：當電力系統發生不同類型故障或擾動引起電站并網點的電壓跌落時，在一定的電壓跌落范圍和時間間隔內，電站能夠保證不脫網連續運行。此外，還應滿足下述要求。

有功功率恢復

對電力系統故障期間沒有脫網的發電站，其有功功率在故障清除后應快速恢復，自故障清除時刻開始，以至少30％額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。

動態無功支撐能力

在低電壓穿越過程中電站還應根據需要向電力系統注入無功電流。 對于通過220kV （或330kV）發電匯集系統升壓至 500kV（或 750kV）電壓等級接入電網的發電站群中的發電站，當電力系統發生短路故障引起電壓跌落時，發電站應能向電網注入符合要求的動態無功電流。

零電壓穿越能力：

當發電站并網點電壓跌至0時，發電站應能不脫網連續運行0.15s。

圖7-1 大中型電站的低電壓耐受能力要求

2.2.5.2   溫度降額功能

當環境溫度低于50℃時，逆變器可長期運行于1.1倍過載工況；當環境溫度達到55℃時，逆變器仍可保證額定功率輸出；當環境溫度高于65℃，逆變器進入保護模式。

圖7-2 逆變器溫度降額功能

2.2.5.3  保護功能

儲能逆變器具有完善的保護功能，當輸入電壓或者電網出現異常情況時，均可以有效動作，保護儲能逆變器的安全運行，直到異常情況消失后，再繼續并網發電。保護項包含：

y  直流過/欠壓保護

當儲能電池的直流電壓超出允許電壓范圍時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號，并且在觸摸屏上顯示故障類型。

儲能逆變器能夠迅速檢測到異常電壓并做出反應。

y  電網過/欠壓保護

當儲能逆變器檢測到電網電壓超出允許電壓范圍時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號，并且在觸摸屏上顯示故障類型。

儲能逆變器能夠迅速檢測到異常電壓并做出反應。

y  電網過/欠頻保護

當儲能逆變器檢測到電網頻率波動超出允許范圍時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號。并且在觸摸屏上顯示出故障類型。

儲能逆變器能夠迅速檢測到異常頻率并做出反應。

y  孤島保護

當儲能逆變器檢測到電網電壓為0或電網頻率超出允許范圍時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號，并且在觸摸屏上顯示故障類型。

儲能逆變器能夠迅速檢測到異常電壓并做出反應。

當儲能逆變器處于防孤島效應保護的狀態時，儲能逆變器內部的高電壓仍然存在，若進行檢修和維護操作，務必進行關斷空開，放電處理。確認安全后方可操作。

y  交流過流保護

當儲能電池的功率超過儲能逆變器允許的最大直流功率時，儲能逆變器將會限流工作在允許的最大交流功率處，當檢測到交流電流大于1.2倍額定電流時，儲能逆變器會停止工作?；謴驼：?，儲能逆變器應能正常工作。

y  交流漏電流保護

儲能逆變器具有接地保護功能，接地線纜安置了漏電流傳感器，當檢測到漏電流超過2A時，機器立即停機。當電流小于1.5A時，保護可消除。并通過觸摸屏顯示出故障。

y  模塊過溫保護

儲能逆變器的IGBT  模塊使用了高精度的溫度傳感器，能夠實時監測模塊溫度，當溫度出現過高情況時，DSP  將發出指令，使儲能逆變器停止運行，以保護設備的穩定運行。

y  環境過溫保護

儲能逆變器內部使用了高精度溫度傳感器，能夠實時監測機器內部的溫度，當溫度出現過高情況時，DSP  將發出指令，使儲能逆變器停止運行或者降額輸出，以保護設備的穩定運行。

y  直流過流保護

當儲能逆變器檢測到直流電流大于1.2倍額定電流時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型?；謴驼：?，儲能逆變器應能正常工作。

y  相位異常

當儲能逆變器在初始停機、停機、故障狀態下進行自檢時發現所接電網三相電壓相位有錯時，儲能逆變器會發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型?；謴驼：?，儲能逆變器應重新上電自檢通過才能正常工作。

y  交流電壓不平衡

當儲能逆變器檢測到三相交流電壓之差超出允許范圍時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型。

儲能逆變器能夠迅速檢測到異常電壓并做出反應。

y  變壓器過溫

儲能逆變器的變壓器使用了高精度的溫度傳感器，能夠實時監測模塊溫度，當溫度出現過高情況時，DSP  將發出指令，使儲能逆變器停止運行，以保護設備的穩定運行。

y  模塊故障

儲能逆變器的IGBT模塊具有自保護功能，當模塊自身檢測到模塊有過流現象時能快速的給DSP  發送故障信息，DSP  將發出指令，使儲能逆變器停止運行，同時發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型。

y  風扇故障

儲能逆變器的風扇具有自動檢測功能，當檢測到風扇不轉時能快速的給DSP  發送故障信息，DSP  將發出指令，使儲能逆變器停止運行，同時發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型。

y  交直流主接觸器故障

當儲能逆變器運行狀態為待機、并網或離網運行時，檢測到交直流主接觸器狀態為斷開時，儲能逆變器會停止工作，同時發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型。

y  AD采樣故障

當儲能逆變器在自檢時，檢測到采樣通道零偏值超出允許范圍時，儲能逆變器會發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型。

y  極性反接故障

當儲能逆變器檢測到直流電壓為負值時，儲能逆變器會發出警示信號，并且在液晶上顯示故障類型。

2.6  交流配電柜

系統供電電源：

- 動力電源供電3相 380 V AC, 50Hz N, PE；三相五線制；

- 照明系統  220 V, 50 Hz, N, PE；

- 控制電壓 220 V, 50 Hz, N, PE；

- 動力系統接口：8組，預留2組

- 控制系統接口：8組，預留2組

實現如下功能：

電流保護；

預留微元接入接口，具有拓展能力。

2.7  15kw RLC交流負載系統

要求電池產品特點：

■感性，容性，阻性負載功率可任意組合，阻性0.001kW～最大功率可調,感性0.001kW～最大功率可調，

容性0.001kW～最大功率可調。滿足三相電壓不平衡條件下精確調節交流諧振點。

■可根據性能參數檢測要求，可以通過操作面板，任意組合、設定放電功率。

■模擬交流用電設備諧振發生，有效精確檢測并網逆變器防孤島效應保護功能。

■檢測各種逆變器的工作效率、滿負載運行最大輸出功率及帶載能力。

■模擬各類復雜工作環境，檢測逆變器在各種環境下的綜合工作性能狀況。

■可通過采集數據(需配數據采集卡),自動尋找諧振點。

■對于3φ4W,380V 50HZ和3φ4W,480V 60HZ兩種不同輸出規格的逆變器，均能精確容易調試諧振點發生，

滿足防孤島測試。諧振測試：設置感性功耗=容性功耗，諧振時理論上感性容性無

功功率相互抵消，無功功率=0。

■阻性負載、感性負載及容性負載的最小分辨率為1W，可精確模擬交流諧振發生及滿足逆變器調試檢測需要。

■可以將測量數據上傳到PC機上，并實現對檢測過程數據的過程過程記錄存儲功能。

■具有面板操作或遠程控制兩種操作方式。

■具有過溫保護功能。

■采用新型電阻元件，功率密度高，無紅熱現象，整機由阻性負載、感性負載和容性負載三部分組成。

■應用于并網逆變器出廠檢驗、生產調試、科研開發、實驗室電氣特性試驗、權威機構鑒定檢測等領域。

■應用于使用單位對并網逆變器的產品驗收及日常維護檢測，全面科學檢測各種逆變器供電能力，并精確

提供檢測報告。

■采用800×480像素LCD彩屏顯示。

2.8  充電樁系統

概述

交流充電樁 7kw 系列可為具有車載充電機的電動汽車提供220V 32A 交流充電電源，具有壁掛式和立柱式兩種安裝方式。

電氣參數

?工作電壓： 220Vac±20%，1P+1N+1PE 工作電流：≤32A

?工作頻率：50Hz±10%

?工作環境及防護性能

?工作溫度：-20℃～+50℃ 相對濕度：5%～95%

?海拔高度：≤2000 米

?IP 防護等級：IP54

制氫系統（電解槽）

制氫系統的原理

工業軟水經純水裝置制取純水，并送入原料水箱，經補水泵輸入堿液系統，補充被電解消耗的水。電解槽中的水，在直流電的作用下被分解成H2與O2，并與循環電解液一起分別進入框架中的氫、氧分離洗滌器后進行氣液分離、洗滌、冷卻。分離后的電解液與補充的純水混合后，經堿液冷卻器、堿液循環泵、過濾器送回電解槽循環，電解。調節堿液冷卻器冷卻水流量，控制回流堿液的溫度，來控制電解槽的工作溫度，使系統安全運行。分離后的氫氣由調節閥控制輸出，送入氫氣儲罐，再經緩沖減壓后，供用戶使用。

本項目中采用的制氫系統其具體規格如下：

制氫系統設備規格

注：系統接入具備AC/DC模塊，具備AC交流接入能力。