光伏发电教学实验箱

光伏发电教学实验箱

本光伏发电教学实验箱是一款高度集成、功能全面的太阳能光伏应用技术实训装置，核心聚焦于太阳能自动跟踪系统的原理教学与工程实践。实验箱集成了阳光跟踪传感器、太阳能电池组件、PLC可编程控制器、驱动电机、智能跟踪控制器、传动执行机构及储能蓄电池等完整单元，完美再现了实际光伏电站中提升发电效率的关键技术——太阳能自动跟踪系统。通过本平台，学生可深入理解从光能捕获、信号处理、智能控制到机械执行的全流程，掌握提升光伏系统能量产出20%-40%的核心技术。

一、 系统组成与工作原理

本光伏发电教学实验箱采用模块化设计，各单元协同工作，模拟真实双轴跟踪系统运行。

1. 高精度传感单元：核心为阳光跟踪传感器，能够实时、精确检测太阳方位与高度角，并将光信号转换为电信号，作为系统跟踪的“眼睛”。

2. 智能控制核心：传感信号传送至跟踪控制器，进而由核心控制单元（如S7-226 PLC）进行处理与逻辑判断。学生可在此学习PLC编程、控制逻辑设计，并驱动步进或直流伺服电机执行动作。

3. 高刚性执行机构：独特的机械传动设计，可实现水平360°旋转与垂直方向俯仰调节，确保太阳能电池板实时垂直对准太阳，最大限度接收辐照。机构采用工业铝型材，结构轻巧且坚固，最大抗风等级达10级。

4. 光伏与储能模块：包含标准太阳能电池组件、太阳能控制器及蓄电池组，构成完整的光伏发电与储能回路，支持离网运行与能量管理实验。

系统特点：

• 双模式实训：支持室内模拟跟踪（通过可调模拟光源模拟晨、午、夕不同太阳角度）与室外真实跟踪两种模式，教学不受天气与场地限制。室外模式具备日落自动归位功能。

• 工业级标准：采用PLC工业控制器、高精度传感器及稳健的传动结构，确保教学设备的高可靠性与工程实践性。

• 低功耗运行：整套系统控制部分采用DC 12V供电，年平均耗电量极低，彰显绿色节能理念。

二、 主要技术指标

三、 核心实训项目（三大模块）

本光伏发电教学实验箱可开展多达二十余项实验，全面覆盖光伏发电核心知识点。

模块一：光伏电池特性与阵列实验

• 实训1-1至1-5：太阳能电池板开路电压、短路电流、I-V特性曲线、最大功率点（MPP）及转换效率测量等基础特性实验。

• 实训1-6至1-9：探究光强与环境因素对电池输出的影响，包括暗伏安特性测试。

• 实训1-10至1-13：太阳能电池板的串联与并联特性实验，理解阵列配置对电压、电流的影响。

模块二：光伏储能与控制器实验

• 实训2-1至2-2：蓄电池充放电控制与保护策略实验，掌握能量管理原理。

• 实训2-3：蓄电池剩余容量（SOC）估测方法实验。

• 实训2-4：控制器光控与时控输出模式设置与验证。

模块三：太阳能自动跟踪系统实训

• 实训3-1：逐日系统（太阳跟踪系统）基本原理与工作流程认知。

• 实训3-2：太阳光跟踪定位传感器的工作原理、安装与调试实训。

• 实训3-3：不同光照、角度条件下，跟踪与固定模式对光伏发电效率影响的对比实验。

• 实训3-4至3-6：跟踪控制器参数设置、传动执行机构电气接线、以及全自动光控跟踪程序运行与调试综合实训。

四、 主要设备清单