CN204045087U - 一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，包括：蓄电池；光伏组件模块，光伏组件模块包括多个光伏组件单元；光伏控制模块与光伏组件模块相连；充电主电路，充电主电路与光伏组件模块相连；组件输入电压检测电路；蓄电充电电压检测电路；充电电流检测电路；储能模块，储能模块包括胶体电池和磷酸铁锂电池；逆变模块，逆变模块包括正弦脉宽调制工频逆变器；负载模块；单片机，单片机与光伏控制模块、组件输入电压检测电路、充电电压检测电路、充电电流检测电路、储能模块、逆变模块和负载模块相连；机柜。本实用新型可通过该平台能够掌握光伏应用小系统的设计与电气设计方法，独立完成一个光伏离网系统的设计与优化。

Description

一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备

技术领域

本实用新型涉太阳能和光伏技术领域，特别涉及一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备。

背景技术

智能太阳能光伏创新教学实验平台是主要针对光伏发电系统设计实训而设计的实验平台。传统光伏发电实验系统主要集中在如何利用现有部件完成光伏发电系统的搭建，但是这种模式都是以光伏发电单元作为核心，而无法根据负载用电状态进行设备器件的选择系统设计。现有光伏发电实验系统在器件的选择方面都是只提供了一种选择，学生能够做的只是完成器件的连线工作，无法对比市面上主要的光伏器件的性能进行比对测试。在负载模式上，现有光伏发电系统提供的负载模式有限，并且供电模式的改变在负载的工作状态上也没有明显的变化。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，包括：蓄电池；光伏组件模块，所述光伏组件模块包括多个光伏组件单元，其中所述多个光伏组件单元包括单晶光伏组件和多晶光伏组件；光伏控制模块，所述光伏控制模块与所述光伏组件模块相连，其中，所述光伏控制模块包括多个光伏控制器、最大功率点跟踪MPPT调压控制器、脉冲宽度调制PWM控制器；充电主电路，所述充电主电路与所述光伏组件模块相连；组件输入电压检测电路，所述组件输入电压检测电路的输入端与所述充电主电路的输出端相连并输出光生电压；蓄电电压及充电电压检测电路，所述蓄电电压及充电电压检测电路与所述蓄电池相连以检测所述蓄电池的充电电压；充电电流检测电路，所述充电电流检测电路与蓄电池相连以检测所述蓄电池的充电电流；储能模块，所述储能模块包括胶体电池和磷酸铁锂电池；逆变模块，所述逆变模块包括正弦脉宽调制工频逆变器；负载模块；单片机，所述单片机与所述光伏控制模块、所述组件输入电压检测电路、所述充电电压检测电路、所述充电电流检测电路、所述储能模块、所述逆变模块和所述负载模块相连；机柜，所述单片机、所述光伏控制模块、所述组件输入电压检测电路、所述充电电压检测电路、所述充电电流检测电路、所述储能模块、所述逆变模块和所述负载模块均安装于所述机柜内，其中，所述机柜配置有网孔板。

在本实用新型的一个实施例中，所述单晶光伏组件包括功率为5W、10W或20W，输入电压为12V的单晶光伏组件；所述多晶光伏组件包括功率为5W、10W或20W，输入电压为12V的多晶光伏组件。

在本实用新型的又一个实施例中，所述多个光伏控制器包括12V光伏控制器和24V光伏控制器。

在本实用新型的再一个实施例中，所述充电主电路包括：第一和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述光伏组件模块的正极端相连，所述第一电阻的另一端接所述第二电阻的一端；第一场效应管，所述第一场效应管的栅极与所述光伏组件模块的负极端相连，源级与所述第二电阻的另一端相连，漏极与所述第一电阻的另一端相连；第一稳压二极管和第一电容，所述第一稳压二极管、第一电容、第二电阻相互并联；第一和第二电解电容，所述第一和第二电解电容的正极端与所述第一电阻的一端相连，所述第一和第二电解电容的另一端接地；第二场效应管，所述第二场效应管的漏极接所述第一和第二电解电容的负极端；第一和第二二极管，其中，所述第一二极管的正极端接所述第二场效应管的源级，第一二极管的负极端接所述第二二极管的负极端和第一电感的一端，所述第二二极管的正极端与所述第一和第二电解电容的负极端相连；第三至第五电解电容，所述第三至第五电解电容的正极端与所述第一电感的另一端相连，负极端与所述第二二极管的正极端相连；第三二极管，所述第三二极管的正极端与所述第五电解电容并联，所述第三二极管的正极端接地；保险丝，所述保险丝的一端与所述第三二极管的一端相连，另一端接蓄电池。

在本实用新型的一个实施例中，所述组件输入电压检测电路包括：第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的反向端与所述充电主电路输出的光伏组件模块的光伏输出电压，正向端接地；第一双运输放大器，所述双运输放大器的正向输入端通过电阻接所述第二稳压二极管的反向端，所述第一双运算放大器的负向输入端通过电阻接所述第二稳压二极管的正向端，所述第一双运输放大器的输出端连接至负向输入端，且所述第一双运输放大器的输出端输出光生电压至所述单片机。

在本实用新型的又一个实施例中，所述蓄电电压及充电电压检测电路包括：第三稳压二极管，所述第三稳压二极管的反向端与所述蓄电池相连以接入所述蓄电池的充电电压，正向端接地；第二双运输放大器，所述第二双运输放大器的正向输入端通过电阻接所述第三稳压二极管的反向端，所述第二双运算放大器的负向输入端通过电阻接所述第三稳压二极管的正向端，所述第二双运输放大器的输出端连接至负向输入端，且所述第二双运输放大器的输出端输出光生电压至所述单片机。

在本实用新型的一个实施例中，所述充电电流检测电路包括：第一和第二集成运算放大器，所述第一集成运算放大器的正向输入端接所述蓄电池的充电电流，所述第一集成运算放大器的输出端与负向输入端，所述第二集成运算放大器的输出端的通过精密电阻连接至所述第二集成运算放大器的正向输入端，所述第二集成运算放大器的输出端与负向输入端，所述第二集成运算放大器的输出端输出充电电流检测结果至所述单片机。

在本实用新型的再一个实施例中，所述负载模块包括：LED指示灯、直流可调速风扇、直流交通灯、直流LED显示屏、直流电机传动装置、交流光源、交流LED显示屏、自动升降窗帘、自动时控草坪洒水装置和光伏自动安保系统。

根据本实用新型实施例的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，是一种以负载为主体的光伏发电教学实验平台，此平台可为学生提供一种全新的光伏实训平台。学生可通过该平台能够掌握光伏应用小系统的设计与电气设计方法，独立完成一个光伏离网系统的设计与优化。具体地，本实用新型可以提供10种负载模式，学生选择一种负载进行相关实验，根据这种负载的耗电量、电压、电流的方式选择光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器与监控方式，整个过程可充分发挥学生的主动性，使学生能够对每种光伏器件的性能有充分的了解，从而完成这个供电系统的设计。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的能太阳能光伏创新教学实验平台设备的示意图；

图2为根据本实用新型实施例的能太阳能光伏创新教学实验平台设备的电气结构图；

图3为根据本实用新型实施例的充电主电路的电路图；

图4为根据本实用新型实施例的组件输入电压检测电路的电路图；

图5为根据本实用新型实施例的蓄电电压及充电电压检测电路的电路图；

图6为根据本实用新型实施例的充电电流检测电路的电路图；

图7(a)为根据本实用新型实施例的卷帘控制、负责控制和传送带控制的电路图；

图7(b)为根据本实用新型实施例的指示灯控制的电路图；

图8为根据本实用新型实施例的单片机及其外围电路的示意图；

图9为根据本实用新型实施例的能太阳能光伏创新教学实验平台设备的流程流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型实施例提供的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备是针对光伏发电系统设计实训而设计的实验平台，该平台提供了多种光伏组件模式、多种控制方式、多种储能方式、多种逆变模式与多种逆变模式。该教学实验平台设备是以保证负载供电为主，学生需根据负载的用电状态而完成光伏供电系统的器件选择与系统搭建。

如图1和图2所示，本实用新型实施例的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，包括：光伏组件模块1、蓄电池2、光伏控制模块3、充电主电路4、组件输入电压检测电路5、蓄电电压及充电电压检测电路6、充电电流检测电路7、储能模块8、逆变模块9、负载模块10、单片机11和机柜。

具体来说，光伏组件模块1包括多个光伏组件单元，其中多个光伏组件单元包括单晶光伏组件和多晶光伏组件。在本实用新型的一个实施例中，单晶光伏组件包括功率为5W、10W或20W，输入电压为12V的单晶光伏组件。多晶光伏组件包括功率为5W、10W或20W，输入电压为12V的多晶光伏组件。

光伏控制模块3与光伏组件模块1相连，其中光伏控制模块3包括多个光伏控制器、最大功率点跟踪MPPT调压控制器、脉冲宽度调制PWM控制器。其中，多个光伏控制器包括12V光伏控制器和24V光伏控制器。

图3示出了充电主电路4的电路图。

第一电阻R37的一端与太阳能电池板的正极端相连，第一电阻R37的另一端与第二电阻R38的一端相连。第一场效应管的栅极与太阳能电池板的负极端相连，源级与第二电阻R38的另一端相连，漏极与第一电阻R37的另一端相连。第一稳压二极管D119、第一电容C37、第二电阻R38相互并联。第一电解电容C31和第二电解电容C32的正极端与第一电阻R37的一端相连，第一和第二电解电容的另一端接地。第二场效应管的漏极接第一和第二电解电容的负极端。第一二极管D116的正极端接第二场效应管的源级，第一二极管D116的负极端接第二二极管D117的负极端和第一电感的一端，第二二极管D117的正极端与第一和第二电解电容的负极端相连。第三至第五电解电容C34～C36的正极端与第一电感L1的另一端相连，负极端与第二二极管D117的正极端相连。第三二极管D118的正极端与第五电解电容C36并联，第三二极管D118的正极端接地。保险丝F1的一端与第三二极管D118的一端相连，另一端接蓄电池。

图4示出了组件输入电压检测电路5的电路图。

第二稳压二极管D4的反向端与充电主电路输出的太阳能电池板的光伏输出电压，正向端接地。第一双运输放大器U2B的正向输入端通过电阻接第二稳压二极管D4的反向端，第一双运算放大器U2B的负向输入端通过电阻接第二稳压二极管D4的正向端。第一双运输放大器U2B的输出端连接至负向输入端，且第一双运输放大器U2B的输出端输出光生电压至单片机11。

图5示出了蓄电电压及充电电压检测电路6的电路图。

第三稳压二极管D3的反向端与蓄电池相连以接入蓄电池的充电电压，正向端接地。第二双运输放大器U2A的正向输入端通过电阻接第三稳压二极管D3的反向端，第二双运算放大器U2A的负向输入端通过电阻接第三稳压二极管D3的正向端。第二双运输放大器U2A的输出端连接至负向输入端，且第二双运输放大器U2A的输出端输出光生电压至单片机11。

图6示出了充电电流检测电路7的电路图。

第一集成运算放大器U4A的正向输入端接蓄电池的充电电流，第一集成运算放大器U4A的输出端与负向输入端。第二集成运算放大器U4B的输出端的通过精密电阻连接至第二集成运算放大器U4B的正向输入端，第二集成运算放大器U4A的输出端与负向输入端，第二集成运算放大器U4B的输出端输出充电电流检测结果至单片机11。

图7(a)为根据本实用新型实施例的卷帘控制、负责控制和传送带控制的电路图，图7(b)为根据本实用新型实施例的指示灯控制的电路图。

如图7(a)所示，利用高耐压、大电流复合晶体管阵列ULN2003和继电器开关的配合工作实现对卷帘设备的放帘和卷帘的控制，并且可以控制传送带的正转和反转，以及实现对负载设备的控制。如图7(b)所示，利用高耐压、大电流复合晶体管阵列ULN2003和继电器开关的配合工作实现对指示灯控制，其中指示灯可以实现红、绿、黄三色灯的显示，从而起到工作状态指示的作用。

此外，储能模块8可以包括12V/38AH胶体电池和磷酸铁锂电池。逆变模块9包括正弦脉宽调制SPWM工频逆变器，该逆变器为光伏专用宽电压逆变器，最大功率为500W。

负载模块10包括：LED指示灯、直流可调速风扇、直流交通灯、直流LED显示屏、直流电机传动装置、交流光源、交流LED显示屏、自动升降窗帘、自动时控草坪洒水装置和光伏自动安保系统等。

图8为根据本实用新型实施例的单片机及其外围电路的示意图。其中，单片机11的型号可以为PIC16F1937。

单片机11与光伏控制模块3、组件输入电压检测电路5、充电电压检测电路6、充电电流检测电路7、储能模块8、逆变模块9和负载模块10相连。单片机11采用中央控制与通讯设计，通过触摸屏能够实现对电流、电压、PLC自动化控制进行编程设计与执行。

本实用新型实施例的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，可以为学生提供多种负载、多种光伏组件、多种光伏控制器、多种储能、多种逆变器。首先在选择好需要使用的负载过后，根据负载的用电特点，选择相对应的光伏组件、光伏控制器、储能与逆变器，将选择的设备通过线缆连接，保证负载的工作。如果负载能够允许的供电模式有多种选择，通过监控界面可以对比每种供电方式的供电效率与特点，从而找到最优设计方案。

图9为根据本实用新型实施例的能太阳能光伏创新教学实验平台设备的流程流程图。

步骤S1，单片机11判断蓄电池的输出电压BAT是否大于12V，如果是，则执行步骤S2。

步骤S2，蓄电池向各个系统供电。

步骤S3，单片机11判断蓄电池充电是否为24V模式，如果是执行24V模式进行充电，否则以12V模式充电。

此外，单片机11进一步判断是否接入MPPT控制器，然后分别采用手动或自动模式执行。并且，单片机11进一步判断是否介入PWM控制器，然后分别采用手动或自动模式执行。单片机11进一步判断是否接入负责，如果是则启动负载，否则返回步骤S2。

步骤S4，单片机11判断光生电压是否大于28V且蓄电池电压位于20V和27.6V之间，执行步骤S6。

步骤S5，单片机11判断光生电压是否大于14V且蓄电池电压位于10V和15V之间，执行步骤S7。

步骤S6，选择手动或自动方式进行蓄电池充电。

步骤S7，选择手动或自动方式进行蓄电池充电。

步骤S8，控制窗帘上升或下降，即控制窗帘拉起或放下。

步骤S9，单片机11进行红绿灯控制。

步骤S10，单片机11判断传送带方向为向前或向后，如果向前，则控制电机正传，如果向后，则控制电机反转。

本实用新型实施例的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，可以实现以下实验内容：光伏发电系统设计实验、光伏照明系统设计实验、光伏风扇设计实验、光伏自动交通指示灯设计实验、光伏室外LED显示装置设计实验、光伏自动传动装置设计实验、光伏交流系统设计实验、光伏自动升降窗帘创新性实验、室外光伏自动时控草坪洒水创新性实验、光伏自动安保系统设计性实验、光伏系统电路设计、光伏系统自动控制设计实验。

在本实用新型的一个实施例中，单片机11、光伏控制模块3、组件输入电压检测电路5、充电电压检测电路6、充电电流检测电路7、储能模块8、逆变模块9和负载模块10均安装于机柜内。其中，机柜为支架形式，可以选用19”(19寸)机柜，配备网孔板，每个部件连接必须配置漏电保护、断路器、断路开关、保护开关。

根据本实用新型实施例的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，是一种以负载为主体的光伏发电教学实验平台，此平台可为学生提供一种全新的光伏实训平台。学生可通过该平台能够掌握光伏应用小系统的设计与电气设计方法，独立完成一个光伏离网系统的设计与优化。具体地，本实用新型可以提供10种负载模式，学生选择一种负载进行相关实验，根据这种负载的耗电量、电压、电流的方式选择光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器与监控方式，整个过程可充分发挥学生的主动性，使学生能够对每种光伏器件的性能有充分的了解，从而完成这个供电系统的设计。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (8)

1.一种智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，包括：

蓄电池；

光伏组件模块，所述光伏组件模块包括多个光伏组件单元，其中所述多个光伏组件单元包括单晶光伏组件和多晶光伏组件；

光伏控制模块，所述光伏控制模块与所述光伏组件模块相连，其中，所述光伏控制模块包括多个光伏控制器、最大功率点跟踪MPPT调压控制器、脉冲宽度调制PWM控制器；

充电主电路，所述充电主电路与所述光伏组件模块相连；

组件输入电压检测电路，所述组件输入电压检测电路的输入端与所述充电主电路的输出端相连并输出光生电压；

蓄电电压及充电电压检测电路，所述蓄电电压及充电电压检测电路与所述蓄电池相连以检测所述蓄电池的充电电压；

充电电流检测电路，所述充电电流检测电路与蓄电池相连以检测所述蓄电池的充电电流；

储能模块，所述储能模块包括胶体电池和磷酸铁锂电池；

逆变模块，所述逆变模块包括正弦脉宽调制工频逆变器；

负载模块；

单片机，所述单片机与所述光伏控制模块、所述组件输入电压检测电路、所述充电电压检测电路、所述充电电流检测电路、所述储能模块、所述逆变模块和所述负载模块相连；

机柜，所述单片机、所述光伏控制模块、所述组件输入电压检测电路、所述充电电压检测电路、所述充电电流检测电路、所述储能模块、所述逆变模块和所述负载模块均安装于所述机柜内，其中，所述机柜配置有网孔板。

2.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，

所述单晶光伏组件包括功率为5W、10W或20W，输入电压为12V的单晶光伏组件；

所述多晶光伏组件包括功率为5W、10W或20W，输入电压为12V的多晶光伏组件。

3.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，所述多个光伏控制器包括12V光伏控制器和24V光伏控制器。

4.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，所述充电主电路包括：

第一和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述光伏组件模块的正极端相连，所述第一电阻的另一端接所述第二电阻的一端；

第一场效应管，所述第一场效应管的栅极与所述光伏组件模块的负极端相连，源级与所述第二电阻的另一端相连，漏极与所述第一电阻的另一端相连；

第一稳压二极管和第一电容，所述第一稳压二极管、第一电容、第二电阻相互并联；

第一和第二电解电容，所述第一和第二电解电容的正极端与所述第一电阻的一端相连，所述第一和第二电解电容的另一端接地；

第二场效应管，所述第二场效应管的漏极接所述第一和第二电解电容的负极端；

第一和第二二极管，其中，所述第一二极管的正极端接所述第二场效应管的源级，第一二极管的负极端接所述第二二极管的负极端和第一电感的一端，所述第二二极管的正极端与所述第一和第二电解电容的负极端相连；

第三至第五电解电容，所述第三至第五电解电容的正极端与所述第一电感的另一端相连，负极端与所述第二二极管的正极端相连；

第三二极管，所述第三二极管的正极端与所述第五电解电容并联，所述第三二极管的正极端接地；

保险丝，所述保险丝的一端与所述第三二极管的一端相连，另一端接蓄电池。

5.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，所述组件输入电压检测电路包括：

第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的反向端与所述充电主电路输出的光伏组件模块的光伏输出电压，正向端接地；

第一双运输放大器，所述双运输放大器的正向输入端通过电阻接所述第二稳压二极管的反向端，所述第一双运算放大器的负向输入端通过电阻接所述第二稳压二极管的正向端，所述第一双运输放大器的输出端连接至负向输入端，且所述第一双运输放大器的输出端输出光生电压至所述单片机。

6.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，所述蓄电电压及充电电压检测电路包括：

第三稳压二极管，所述第三稳压二极管的反向端与所述蓄电池相连以接入所述蓄电池的充电电压，正向端接地；

第二双运输放大器，所述第二双运输放大器的正向输入端通过电阻接所述第三稳压二极管的反向端，所述第二双运算放大器的负向输入端通过电阻接所述第三稳压二极管的正向端，所述第二双运输放大器的输出端连接至负向输入端，且所述第二双运输放大器的输出端输出光生电压至所述单片机。

7.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，所述充电电流检测电路包括：

第一和第二集成运算放大器，所述第一集成运算放大器的正向输入端接所述蓄电池的充电电流，所述第一集成运算放大器的输出端与负向输入端，所述第二集成运算放大器的输出端的通过精密电阻连接至所述第二集成运算放大器的正向输入端，所述第二集成运算放大器的输出端与负向输入端，所述第二集成运算放大器的输出端输出充电电流检测结果至所述单片机。

8.如权利要求1所述的智能太阳能光伏创新教学实验平台设备，其特征在于，所述负载模块包括：LED指示灯、直流可调速风扇、直流交通灯、直流LED显示屏、直流电机传动装置、交流光源、交流LED显示屏、自动升降窗帘、自动时控草坪洒水装置和光伏自动安保系统。