CN109559611A - 一种新型光伏组件特性测试实验平台 - Google Patents

一种新型光伏组件特性测试实验平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型光伏组件特性测试实验平台，包括日光模拟装置、阵列仿真模块、电源模块、日光电源模块、组件特性测试模块、能源检测模块、负载电阻模块、直流负载模块、智能控制模块、通讯管理模块及上位机。本发明的光伏组件设置于遮挡装置上，通过控制双轴运动机构及光源支架运动机构的运动，能够模拟出模拟光源对于光伏组件的照射角度、照射距离；另一方面，还可调节模拟光源的光照强度与光伏组件的实际照射面积，快速高效、全方位地模拟光伏组件实际应用时的工况，解决了教学过程中室内研究不同环境因素，如温度、角度、遮光度等对不同类型光伏组件特性难以测试的问题。

Description

一种新型光伏组件特性测试实验平台
技术领域
本发明涉及新能源实验、培训设备技术领域，具体涉及一种新型光伏组件特性测试实验平台。
背景技术
由于宏观经济和人文社会的高速开展，太阳能光伏发电技术以得天独厚的优势得到了广大群众的青睐，是迄今非常规能源中的佼佼者，因此对光伏发电产业技术型人才需求量也呈几何级数似的爆炸性增加。国内各职业院校也都开设了相关专业，将光伏发电技术引入课堂。为满足课堂教学资源与培养高技术型人才需求，更深入了解并研究光伏发电技术原理及其特性，因此，研制一套新型光伏组件特性测试实验平台对光伏发电产业未来的发展具有重要的意义。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种新型光伏组件特性测试实验平台，解决了教学过程中室内研究不同环境因素，如温度、角度、遮光度等对不同类型光伏组件特性难以测试的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：包括日光模拟装置、阵列仿真模块、电源模块、日光电源模块、组件特性测试模块、能源检测模块、负载电阻模块、直流负载模块、智能控制模块、通讯管理模块及上位机；
所述日光模拟装置设有模拟光源，所述日光模拟装置用于支撑光伏组件，并调节模拟光源对于光伏组件的照射角度、照射距离及照射面积；
所述阵列仿真模块用于模拟不同特性的电源，所述阵列仿真模块与光伏组件均连接能源检测模块、直流负载模块，所述能源检测模块连接负载电阻模块；所述能源检测模块包括直流电压表与直流电流表；
所述电源模块为实验平台的各模块提供工作电源；
所述日光电源模块连接模拟光源，用于控制模拟光源工作；
所述组件特性测试模块连接能源监测模块、负载电阻模块、直流负载模块、日光模拟装置；
所述智能控制模块连接日光模拟装置，用于控制模拟光源相对于光伏组件的照射角度；
所述上位机通过通讯管理模块连接日光模拟装置、阵列仿真模块、能源监测模块、智能控制模块，所述上位机接收当前电源的种类及光伏组件的运行数据与运行状态。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：日光模拟装置包括光源支架、光源支架运动机构、遮挡装置、双轴运动机构、底座支架，遮挡装置连接光伏组件，遮挡装置还通过双轴运动机构连接底座支架，底座支架连接光源支架运动机构，光源支架运动机构连接光源支架的一端，光源支架的另一端连接模拟光源，智能控制模块连接双轴运动机构及光源支架运动机构。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：遮挡装置包括遮挡本体、收卷轴及滑槽板，遮挡本体的两端连接于滑槽板，遮挡本体设有用于遮挡光伏组件的卷料，卷料端部连接收卷轴，收卷轴的两端连接滑槽板。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：滑槽板还设有刻度尺，收卷轴的两端还设有用于连接滑槽板的紧定旋钮。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：日光模拟装置还包括传感器单元，传感器单元包括光辐照传感器、温度传感器、角度传感器。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：还包括按钮控制模块，按钮控制模块连接智能控制模块，用于通过智能控制模块控制双轴运动机构及光源支架运动机构运动。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：还包括指示灯模块，指示灯模块连接日光模拟装置。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：上位机接收光伏组件的运行数据与运行状态包括光伏组件的输出电压、输出电流、表面温度、方位角、高度角以及模拟光源的光辐照度。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：还包括实验台架，阵列仿真模块、电源模块、日光电源模块、组件特性测试模块、能源检测模块、负载电阻模块、直流负载模块、智能控制模块、通讯管理模块均连接于实验台架。
作为一种优化方案，前述的一种新型光伏组件特性测试实验平台：模拟光源的色温是5000K-6000K。
本发明所达到的有益效果：
1. 本发明的光伏组件设置于遮挡装置上，通过控制双轴运动机构及光源支架运动机构的运动，能够模拟出模拟光源对于光伏组件的照射角度、照射距离。另一方面，还可调节模拟光源的光照强度与光伏组件的实际照射面积。能够快速高效、全方位地模拟光伏组件实际应用时的工况，在上述调节过程中，传感器单元能够实时监测光伏组件的输出电压、输出电流、表面温度、方位角、高度角以及模拟光源的光辐照度。
2. 模拟光源的色温的范围是5000K-6000K，更接近太阳的实际色温，且线性可调，可模拟太阳任意时段的光照辐射度。
3. 通过仿真阵列模块产生不同特性的电源，与光伏组件所产生的电源相对比，模拟任意时段、不同工况下、不同类型的大功率光伏组件的输出特性曲线，培养学生光伏电站设计的能力。
附图说明
图1是本发明整体原理图；
图2是本发明日光模拟装置结构图；
图3是本发明遮挡装置结构图；
附图标记的含义：1-日光模拟装置；11-光源支架；12-光源支架运动机构；13-传感器单元；14-遮挡装置；15-双轴运动机构；16-底座支架；2-实验台架；3-阵列仿真模块；4-电源模块；5-日光电源模块；6-组件特性测试模块；7-能源监测模块；8-负载电阻模块；9-直流负载模块；10-模拟光源；30-智能控制模块；31-按钮控制模块；32-指示灯模块；33-通讯管理模块；34-上位机；141-遮挡本体；142-收卷轴；143-滑槽板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1及图2所示：本实施例公开了一种新型光伏组件特性测试实验平台，包括日光模拟装置1、阵列仿真模块3、电源模块4、日光电源模块5、组件特性测试模块6、能源检测模块7、负载电阻模块8、直流负载模块9、智能控制模块30、通讯管理模块33及上位机34。
结合图2及图3：本实施例的日光模拟装置1设有模拟光源10，日光模拟装置1用于支撑光伏组件，并调节模拟光源10对于光伏组件的照射角度、照射距离及照射面积。
具体的，日光模拟装置1包括光源支架11、光源支架运动机构12、遮挡装置14、双轴运动机构15、底座支架16，遮挡装置14连接光伏组件，遮挡装置14还通过双轴运动机构15连接底座支架16，底座支架16连接光源支架运动机构12，光源支架运动机构12连接光源支架11的一端，光源支架11的另一端连接模拟光源10，智能控制模块30连接双轴运动机构15及光源支架运动机构12。双轴运动机构15设有电机及变速箱，电机驱动变速箱工作，双轴运动机构15的变速箱具有两个输出端，分别控制遮挡装置14的转动（以铅垂线为轴心）和遮挡装置14倾角（相对于水平面）的调节。光源支架运动机构12包括电机及变速箱，电机驱动变速箱转动，变速箱的输出轴连接光源支架11的一端，光源支架11的另一端连接模拟光源10，通过驱动光源支架11的转动实现模拟光源10的运动。
实验时，光伏组件设置于遮挡装置14上，通过控制双轴运动机构15及光源支架运动机构12的运动，能够模拟出模拟光源10对于光伏组件的照射角度、照射距离。
本实施例的遮挡装置14包括遮挡本体141、收卷轴142及滑槽板143，遮挡本体141的两端连接于滑槽板143，遮挡本体141设有用于遮挡光伏组件的卷料，卷料端部连接收卷轴142，收卷轴142的两端连接滑槽板143。
为了更为精确地观察卷料对于光伏组件的遮挡面积，滑槽板143还设有刻度尺，通过刻度尺能够实现对于收卷轴142位置的精确读取，更有利于快速得知卷料对于光伏组件的有效遮挡面积。
收卷轴142的两端还设有用于连接滑槽板143的紧定旋钮，旋紧紧定旋钮时，能够将收卷轴142锁死于滑槽板143，利于收卷轴142的固定。
本实施例的日光模拟装置1还包括传感器单元13，传感器单元包括光辐照传感器、温度传感器、角度传感器。光辐照传感器、温度传感器、角度传感器用于监测模拟光源10对于光伏组件的光照信息。
本实施例的阵列仿真模块3用于模拟不同特性的电源，阵列仿真模块3与光伏组件均连接能源检测模块7、直流负载模块9，能源检测模块7连接负载电阻模块8，能源检测模块7包括直流电压表与直流电流表。
阵列仿真模块7用于模拟大功率的、种类不同的、不同工况下的电源，便于与真实光伏组件的测试结果进行对比与验证。
电源模块4为实验平台的各模块提供工作电源。
日光电源模块5连接模拟光源10，用于控制模拟光源10工作，调节模拟光源10的光照辐射度。
组件特性测试模块6连接能源监测模块7、负载电阻模块8、直流负载模块9、日光模拟装置1，上位机34通过通讯管理模块33连接日光模拟装置1、阵列仿真模块模块3、能源监测模块7、智能控制模块30。
上位机34通过通讯管理模块33连接日光模拟装置1、阵列仿真模块3、能源监测模块7、智能控制模块30，上位机34接收当前电源的种类及光伏组件的运行数据与运行状态。上位机34接收当前电源的种类是指当前电源是阵列仿真模块7还是光伏组件。通讯管理模块33接口类型优选以太网。
上位机34接收光伏组件的运行数据与运行状态包括光伏组件的输出电压、输出电流、表面温度、方位角、高度角以及模拟光源10的光辐照度。
本实施例还包括按钮控制模块31，按钮控制模块31连接智能控制模块30，用于通过智能控制模块30控制双轴运动机构15及光源支架运动机构12运动。
还包括指示灯模块32，指示灯模块32连接日光模拟装置1。
本实施例还包括实验台架2，阵列仿真模块3、电源模块4、日光电源模块5、组件特性测试模块6、能源检测模块7、负载电阻模块8、直流负载模块9、智能控制模块30、通讯管理模块33均连接于实验台架2。
本实施例的模拟光源10的色温优选是5000K-6000K，更接近太阳的实际色温，且线性可调，可模拟太阳任意时段的光照辐射度。
实验时，光伏组件或阵列仿真模块3向负载电阻模块8供电，负载电阻模块8用于提供不同大小的负载电阻，相当于用电器。能源检测模块7连接负载电阻模块8，能源检测模块7中的直流电压表与直流电流表连接负载电阻模块8，形成检测电路，能够实时监测负载电阻模块8的电压与电流。
直流负载模块9均设有继电器的引脚端子，可自定义选择通过智能控制模块30连接继电器线圈，从而改变直流负载模块9中继电器的触点导通状态，实现直流负载的自动接入；也可直接手动将直流负载的输入端与检测电路相连，用于展示光伏发电的工作过程。
日光模拟装置1与实验台架上的相应模块相连，光伏组件的输出端PV+与PV-连接于组件特性测试模块6，同时将能源监测模块7中的直流电流表串联在PV+与PV-之间，直流电压表并联在光伏组件输出端。通过调节负载电阻模块8中的电阻大小，记录此时直流电流表与电压表的数值，得出光伏组件的输出特性曲线。
上位机34通过通讯管理模块33连接日光模拟装置1、阵列仿真模块3、能源监测模块7、智能控制模块30，上位机34接收当前电源的种类及光伏组件的运行数据与运行状态。
实验时，负载电阻模块8的电源（实验电源）有两种，一种是来自光伏组件，另外一种是来自阵列仿真模块3，当来自光伏组件时，可通过操作按钮控制模块31，控制双轴运动机构15及光源支架运动机构12运动。还可以通过控制遮挡装置14调节光伏组件的实际光照面积。此外，还可以通过日光电源模块5控制模拟光源10工作，调节模拟光源10的光照辐射度。
阵列仿真模块7用于模拟大功率的、种类不同的、不同工况下的电源，便于与光伏组件的测试结果进行对比与验证。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：包括日光模拟装置（1）、阵列仿真模块（3）、电源模块（4）、日光电源模块（5）、组件特性测试模块（6）、能源检测模块（7）、负载电阻模块（8）、直流负载模块（9）、智能控制模块（30）、通讯管理模块（33）及上位机（34）；
所述日光模拟装置（1）设有模拟光源（10），所述日光模拟装置（1）用于支撑光伏组件，并调节模拟光源（10）对于光伏组件的照射角度、照射距离及照射面积；
所述阵列仿真模块（3）用于模拟不同特性的电源，所述阵列仿真模块（3）与光伏组件均连接能源检测模块（7）、直流负载模块（9），所述能源检测模块（7）连接负载电阻模块（8）；所述能源检测模块（7）包括直流电压表与直流电流表；
所述电源模块（4）为实验平台的各模块提供工作电源；
所述日光电源模块（5）连接模拟光源（10），用于控制模拟光源（10）工作；
所述组件特性测试模块（6）连接能源监测模块（7）、负载电阻模块（8）、直流负载模块（9）、日光模拟装置（1）；
所述智能控制模块（30）连接日光模拟装置（1），用于控制模拟光源（10）相对于光伏组件的照射角度；
所述上位机（34）通过通讯管理模块（33）连接日光模拟装置（1）、阵列仿真模块（3）、能源监测模块（7）、智能控制模块（30），所述上位机（34）接收当前电源的种类及光伏组件的运行数据与运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：所述日光模拟装置（1）包括光源支架（11）、光源支架运动机构（12）、遮挡装置（14）、双轴运动机构（15）、底座支架（16），所述遮挡装置（14）连接光伏组件，所述遮挡装置（14）还通过双轴运动机构（15）连接底座支架（16），所述底座支架（16）连接光源支架运动机构（12），所述光源支架运动机构（12）连接光源支架（11）的一端，光源支架（11）的另一端连接模拟光源（10），所述智能控制模块（30）连接双轴运动机构（15）及光源支架运动机构（12）。
3.根据权利要求2所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：所述遮挡装置（14）包括遮挡本体（141）、收卷轴（142）及滑槽板（143），所述遮挡本体（141）的两端连接于滑槽板（143），所述遮挡本体（141）设有用于遮挡光伏组件的卷料，卷料端部连接收卷轴（142），所述收卷轴（142）的两端连接滑槽板（143）。
4.根据权利要求3所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：所述滑槽板（143）还设有刻度尺，所述收卷轴（142）的两端还设有用于连接滑槽板（143）的紧定旋钮。
5.根据权利要求1所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：所述日光模拟装置（1）还包括传感器单元（13），所述传感器单元包括光辐照传感器、温度传感器、角度传感器。
6.根据权利要求2所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：还包括按钮控制模块（31），所述按钮控制模块（31）连接智能控制模块（30），用于通过智能控制模块（30）控制双轴运动机构（15）及光源支架运动机构（12）运动。
7.根据权利要求1所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：还包括指示灯模块（32），所述指示灯模块（32）连接日光模拟装置（1）。
8.根据权利要求1所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：上位机（34）接收光伏组件的运行数据与运行状态包括光伏组件的输出电压、输出电流、表面温度、方位角、高度角以及模拟光源（10）的光辐照度。
9.根据权利要求1所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：还包括实验台架（2），所述阵列仿真模块（3）、电源模块（4）、日光电源模块（5）、组件特性测试模块（6）、能源检测模块（7）、负载电阻模块（8）、直流负载模块（9）、智能控制模块（30）、通讯管理模块（33）均连接于实验台架（2）。
10.根据权利要求1所述的一种新型光伏组件特性测试实验平台，其特征在于：所述模拟光源（10）的色温是5000K-6000K。
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