一、教学－研究平台设计的目的与功能

本实验平台主要用于研究太阳能光伏发电系统的性能检测方法、控制策略。实现发电系统过程变量的全检测，对影响系统电气输出特性的重要参数的监控，与上位机之间的数据传输、界面显示和历史趋势记录。研究不同环境条件下系统输出性能变化规律和控制方法，提高系统输出性能。

二、系统组成

太阳能全检测型教学－研究平台主要由光源、太阳能阵列、电力电子转换单元、检测与控制单元、蓄电池单元、负载实验单元、系统控制分析软件五部分组成。

254

负载实验单元

蓄电池

＋

－

系统软件

检测与控制单元

模拟光源

太阳能光伏阵列

DC

AC

电力电子转换单元

太阳能全检测型教学－研究平台BPTEP-S02-A系统组成示意图

三、系统硬件配置

太阳能全检测型教学－研究平台BPTEP-S02-A系统硬件配置如下表所示：

	组件名称	组件规格	作用说明
发 电 单 元	太阳光模拟器	150W-500W氙灯	风冷、光强调节
	太阳能阵列	20W-100W	太阳能发电
	铅酸蓄电池	20AH-200AH	蓄电发电
检 测 控 制 单 元	光伏型太阳能控制器		路灯方式发电供电
	户用型太阳能控制器		随用随有方式发电供电
	数据接口	Zigbee无线传输、RS232串口输出	有线、无线方式与上位机之间的数据传输
	温度传感器	-10℃-100℃	环境温度信号检测
	光强传感器	12VDC电源 200-200000 lux 24VDC电源 0-1000W/m2 4-20mA/0-5V输出	光照度/光辐射度检测（可选）
转换 单元	DC/DC电源模块	9V-18V输入 5V/12V/24V输出	显示仪表供电 控制器供电
显 示 单 元	电源输出电流表	9V供电 0-20A (50A) 9V供电 0-20V (50V) 9V供电 0-125W(1000W) 9V供电 系统运行时间累计	控制过程关键参数显示
	电源输出电压表
	电源输出功率表
	负载消耗电流表
	负载消耗电压表
	负载消耗功率表
	计时器
负 载 单 元	线性电阻负载	0.1Ω- 100Ω	定电阻模式实验
	灯泡负载	0 W –21W	定功率模式实验
	演示负载	蜂鸣器、电机、交通灯
	外接负载	3.3V、5V、12V	手机充电、玩具车电源
	电子负载	输入：0-120V， 0-60A，0-300W	定电流模式实验 定电压模式实验（可选） 定功率模式实验

四、系统实验设计

本实验平台从太阳能光伏发电系统输出性能检测、控制方面，将实验分为六个大类，教师可在此原则下，自行设计验证性实验、综合性实验。研究人员可根据自己的研究方向，在此基础上自行开发专门实验。

1、  太阳能光伏系统实验

讲述太阳能光伏发电系统的基本组成，感受系统的发电过程，了解系统的基本功能。

2、  太阳能光伏电池发电原理实验

了解太阳能光伏电池的基本解构组成，掌握光伏电池的光电转换原理，熟悉光伏发电系统的组成，了解光伏电池发电的优缺点。

3、  太阳能控制器原理实验

了解太阳能控制器的硬件基本结构组成，熟悉太阳能控制器的基本功能，学习蓄电池充电和放电控制原理，恒压/恒流充电控制，负载输出控制方法。了解光伏型控制器和户用性控制器的区别，学习电力电子转换的基本原理和在该型控制器中的实现过程。

4、  太阳能光伏发电直接负载实验

以可调线性阻抗作为直接负载开展实验，掌握光伏阵列直接为负载供电的基本方法，认识直接供电方式的特点，通过调节负载电阻，观察光伏阵列的电气输出特性，了解光伏输出的V-I和P-I变化规律。

5、  太阳能光伏发电间接负载实验

进一步了解太阳能控制器的原理和功能，以白炽灯、电机和其它外设为对象，了解适用于太阳能光伏供电的负载类型，加深理解电力电子转换的意义和方法，并针对负载突然变化状态下的电气特性变化情况进行研究。

6、  太阳能光伏发电负载实验

利用电子负载开展恒电流、恒电压、恒功率和恒电阻实验，了解不同输出方式下，太阳能光伏阵列的输出特性，并相互印证

7、  太阳能光伏发电的环温影响实验

太阳能阵列的输出性能受环境温度和光强的影响，在室温可调条件下（恒温室）本实验研究不同环温下太阳能阵列输出性能V-I、P-I曲线的变化趋势。

8、  太阳能光伏发电的光强影响实验

利用太阳能模拟器，调整光源强度，检测光伏阵列感应光强进行变光强实验。本实验的目的在于研究不同光强下太阳能阵列输出性能V-I、P-I曲线的变化趋势。

9、  太阳能光伏输出特性建模仿真实验（拓展实验）

根据变环温和变光强实验结果，参照自然环境下8小时观测数据（9点-17点），建立包含环温和光强的V-I特性模型，采用参数优化方法，提高模型精度和可靠性，为实现太阳能最大功率跟踪提供输出电压设定值。

10、              太阳能光伏阵列寻日实验（拓展实验）

该实验使用本公司提供的BPTEP-SGZ01型全自动太阳跟踪系统，采用传感器检测跟踪方式，保证太阳光垂直照射光伏板，获得最大的太阳辐射能量（光强）。观察太阳运行对太阳能光伏发电的影响规律。

全自动太阳跟踪（寻日）系统基本技术指标如下：

跟踪精度：4小时小于2.5°；

支架最大采光面积：1.2m×1.0m；

水平运行角度：0-360°；

垂直调整角度：-45°-＋45°；

传动方式：电机、丝杠、齿轮；

电机功率：小于300W；

电源供电：220VAC/50Hz，平均功耗小于500W

五、系统控制分析软件说明

控制软件功能包括：

1、环境温度、光照强度、负载消耗电流、电压、功率等参数的显示；

2、负载实验方式、控制器参数的设定；

3、不同环温和光强条件下的太阳能阵列输出性能检测，V-I、P-I、P-V动态变化曲线显示；

4、不同工作条件下，太阳能阵列性能曲线比较与评价。

可开展的实验界面包括：直接负载和户用型控制器试验

(1) 负载试验：可调节光强和线性阻抗开展实验，掌握在不同工作条件下光伏阵列直接为负载供电的基本方法，认识直接供电方式的特点，通过调节光强和负载电阻，观察光伏阵列的电气输出特性，并根据电脑界面上显示和记录的关键控制参数，绘制出V-I和P-I曲线特性图，从而能较好地了解输出的V-I和P-I变化规律。

(2) 控制器试验：通过户用型控制器给蓄电池充电，熟悉控制器的组成和原理，了解控制器在太阳能系统中的作用；通过调节光强，观察控制器工作状态，体会最大功率跟踪的意义；通过电脑界面上显示和记录的数据，对户用型控制器的工作状态和性能做出评价。

SOLAREX MSX-60太阳能电池阵列标准条件下（光强1000W/m²，环温25℃）技术参数：

标准条件下SOLAREX MSX-60太阳能电池阵列的V-I、P-V性能曲线

环温恒定,不同光强下SOLAREX MSX-60太阳能电池阵列V-I特性曲线