風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)
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中人教儀廠 -FGH01 風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)
一、項(xiàng)目基礎(chǔ)簡(jiǎn)介
風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)為科研創(chuàng)新理念與實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)型相集合的集風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電、制氫系統(tǒng)、氫燃料電池發(fā)電、數(shù)值收集等多元化"風(fēng)、光、氫混合型新能源實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)"。
風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池組、風(fēng)力及光伏控制系統(tǒng)、氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、主控系統(tǒng)構(gòu)成的微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
其作業(yè)原理是風(fēng)力、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，并由電池儲(chǔ)能，DC/AC逆變成交流AC電，驅(qū)動(dòng)電解水設(shè)備制氫。氫氣經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)物，并驅(qū)動(dòng)燃料電池電堆發(fā)電。
此外，DC/AC模型塊自帶旁路功能，旁路端直接與市電連接，完成市電和逆變間的自動(dòng)變換，在蓄電池所儲(chǔ)電能不夠用時(shí)，自動(dòng)變換至市電供電，保證持續(xù)制氫功能正常運(yùn)行。在本方案設(shè)計(jì)中主要體現(xiàn)在氫燃料電池系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)的部分。
1.1系統(tǒng)拓?fù)鋱D
圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D
1.2 功能特別點(diǎn)
整套系統(tǒng)的各個(gè)模型塊預(yù)留了CANRS485RS232USBTCPIP通訊連接口，可以經(jīng)過(guò)該通訊連接口對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)模型塊實(shí)行監(jiān)控，方便未來(lái)項(xiàng)目研發(fā)使用。
系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括了室內(nèi)溫/濕度儀，風(fēng)速測(cè)量、光照度測(cè)量系統(tǒng)，讓使用者實(shí)操起來(lái)更直觀；
系統(tǒng)DC-AC并網(wǎng)同步電源，應(yīng)用高頻脈沖調(diào)制技術(shù)，設(shè)定有小體積、高效率及高功率（W）因數(shù)輸出；
系統(tǒng)操作面板上應(yīng)用直觀的數(shù)字表和液晶顯露，讓用戶理解當(dāng)前系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)；
系統(tǒng)上的離網(wǎng)電源可以為用戶提供交流AC110V/220V純正弦波交流AC電能；
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以讓實(shí)驗(yàn)學(xué)生自行拆卸裝配位移，使用簡(jiǎn)便、無(wú)噪音、無(wú)污染；
系統(tǒng)多加市電與風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電變換模型塊，讓實(shí)驗(yàn)更具實(shí)操性；
多加分布式供電原理與實(shí)驗(yàn)電子回路，讓學(xué)生多加對(duì)新知識(shí)的理解；
增設(shè)直線DC母線單元，便利系統(tǒng)各模型塊之間連接及實(shí)驗(yàn)；
單獨(dú)的后備膠體蓄電池及充放電管理單元；
燃料電池運(yùn)行過(guò)程中，只排除水和熱量，不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)及噪音；
燃料電池較之傳統(tǒng)電源方案，其運(yùn)行安全可靠、壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，降低了維護(hù)成本。
二、方案功能數(shù)值基礎(chǔ)簡(jiǎn)介
2.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成
風(fēng)力發(fā)電機(jī)是運(yùn)用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)、變換為機(jī)械功，機(jī)械功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終輸出交流AC電的電力設(shè)備。是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的核心部位件。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由一臺(tái)5KW垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、尾翼、葉片、風(fēng)機(jī)控制器塔架等構(gòu)成。
廣義地說(shuō)，風(fēng)能也是太陽(yáng)能，所以也可以說(shuō)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是一種以太陽(yáng)為熱源，以大氣為作業(yè)介質(zhì)的熱能運(yùn)用發(fā)電機(jī)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)功能數(shù)值：
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規(guī)格限定功率（W） |
5KW |
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最大功率（W） |
6KW |
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規(guī)格限定電壓（V） |
48V |
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啟動(dòng)風(fēng)速 |
2.5m/s |
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規(guī)格限定風(fēng)速 |
18m/s |
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最大風(fēng)速 |
45m/s |
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風(fēng)機(jī)凈重 |
185kg |
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風(fēng)輪直徑 |
2.0M |
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塔架高度 |
9M |
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葉片高度 |
3.6M |
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葉片數(shù)量 |
3片 |
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葉片材料 |
鋁制 |
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發(fā)電機(jī) |
三相交流AC永磁同步發(fā)電機(jī) |
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塔架類型 |
單獨(dú)塔架 |
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保護(hù) |
風(fēng)機(jī)自我轉(zhuǎn)數(shù)保護(hù)/電磁限制動(dòng)作 |
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作業(yè)溫度（℃） |
-40℃-80℃ |
裝配場(chǎng)地選用
選用土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的平地作為裝配場(chǎng)地，裝配風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組位置應(yīng)該至少遠(yuǎn)離房屋及人員活動(dòng)場(chǎng)所50米，務(wù)必在選定裝配場(chǎng)地時(shí)考慮到風(fēng)葉的光影影響及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音影響（正常作業(yè)時(shí)噪音約為65dbA）。同時(shí)避免周圍有高大的樹木、建筑物等影響風(fēng)速風(fēng)向的障礙物。
禁止裝配在松軟的沙地、高低不平的場(chǎng)地、有下陷或塌方可能的場(chǎng)地、洼地及其他容易受氣候影響而發(fā)生地質(zhì)改變的場(chǎng)地。同時(shí)需要考慮從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電機(jī)部分到您的蓄電池組的距離，距離越短，所用傳輸電纜越短，因而傳輸過(guò)程中的耗能也越少，如果必須得有較長(zhǎng)的距離,則盡量選用粗些的標(biāo)準(zhǔn)電纜。
風(fēng)力發(fā)電控制器
專為風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制和蓄電池充電而設(shè)計(jì)， 能有效提升風(fēng)力發(fā)電的效能。風(fēng)能充電控制器，能有效防止風(fēng)速過(guò)快時(shí)的失控，和發(fā)生強(qiáng)風(fēng)時(shí)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的危險(xiǎn)。
風(fēng)力發(fā)電控制器是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的電能實(shí)行調(diào)動(dòng)和控制，一方面把調(diào)節(jié)后的能量送往直線DC負(fù)載或交流AC負(fù)載，另一方面把多余的能量按蓄電池的特性彎曲線對(duì)蓄電池組實(shí)行充電，當(dāng)所發(fā)的電不能適用負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過(guò)充。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)物的電能放完時(shí)，控制器要控制蓄電池不被過(guò)放電，保護(hù)蓄電池。
控制器應(yīng)用PWM無(wú)級(jí)卸載方法控制風(fēng)機(jī)對(duì)蓄電池實(shí)行智能充電。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能超過(guò)蓄電池存儲(chǔ)量時(shí)，控制系統(tǒng)必須將多余的能量消耗掉。在正常卸載現(xiàn)象下，可保證蓄電池電壓（V）始終平穩(wěn)在浮充電壓（V）點(diǎn)，而只是將多余的電能釋放到卸荷器上。從而保證了最佳的蓄電池充電特性，使得電能得到充分運(yùn)用。
風(fēng)力發(fā)電控制器功能數(shù)值：
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作業(yè)電壓（V）： |
48VDC |
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充電功率（W）： |
5000W |
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風(fēng)機(jī)功率（W）： |
5000W |
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充電方法： |
PWM脈寬調(diào)制 |
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充電最大電流（A） |
116A |
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過(guò)放保護(hù)電壓（V） |
41.5V |
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過(guò)放恢復(fù)電壓（V） |
52.2V |
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輸出保護(hù)電壓（V） |
59V |
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卸載開始電壓（V）（出廠值） |
60.5V |
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卸載開始電流（A）（出廠值） |
86A |
2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)
10KW太陽(yáng)能電池結(jié)合套件分為兩部分，其中一個(gè)5KW應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)鋼構(gòu)造件固定在C型專制鋼件上，呈40度正面朝向正南方，整體支撐架系統(tǒng)放置在在面或者屋頂；另一個(gè)5KW應(yīng)用雙軸自動(dòng)跟蹤，經(jīng)電纜輸送至室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可完成分布式屋頂發(fā)電相關(guān)實(shí)驗(yàn)，所發(fā)電能與風(fēng)力發(fā)電相集合，經(jīng)DC-AC逆變成正弦波220V交流AC電，可供制氫系統(tǒng)使用、多余電能經(jīng)儲(chǔ)能逆變器送入電網(wǎng)。
全部系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配與實(shí)際工程一樣，可在老師的指導(dǎo)下做為學(xué)生練習(xí)拆卸、組裝實(shí)習(xí)樣機(jī)來(lái)用。
太陽(yáng)能光電池組
太陽(yáng)能電池組是本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的核心構(gòu)成部分亦是光伏發(fā)電系統(tǒng)不可或缺的核心部位件，是將光能變換為電能并經(jīng)過(guò)光伏控制系統(tǒng)儲(chǔ)物在儲(chǔ)能電池當(dāng)中做為直線DC總線電源供給DC-AC并網(wǎng)同步電源。
太陽(yáng)能電池組為多晶硅或單晶硅，是由高效晶體硅太陽(yáng)能電池片、超白布紋鋼化玻璃、EVA、透明TPT背板以及鋁制邊框構(gòu)成。
其規(guī)格如下：
單晶硅太陽(yáng)能電池規(guī)格
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結(jié)合套件尺寸(L*W*H) |
1650*992*35mm |
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最佳功率（W） |
260W |
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最佳作業(yè)電壓（V） |
32.05±0.5V |
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最佳作業(yè)電流（A） |
8.72±0.10A |
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短路電流（A） |
8.85±0.10A |
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開路電壓（V） |
42±0.5V |
1、抗鹽霧和氨腐蝕等國(guó)際權(quán)威測(cè)量試驗(yàn)；
2、可承受風(fēng)壓2400Pa,雪壓7200Pa；
3、優(yōu)秀的弱光環(huán)境發(fā)電功能，陰天也能發(fā)電；
4、輸出功率（W）年衰減率小于0.7%，第25年不低于結(jié)合套件初始功率（W）的80.70%
1. 結(jié)合套件型號(hào)：BY260P-29b 多晶
2. 最大功率（W）（W）：260
3. 開路電壓（V）（V）：35.9
4. 短路電流（A）（A）：7.27
5. 最大功率（W）點(diǎn)的作業(yè)電壓（V）（V）：28.1
6. 最大功率（W）點(diǎn)的作業(yè)電流（A）（Ａ）：6.7
7. 轉(zhuǎn)化效率：17.12%
8. 開路電壓（V）溫度（℃）系數(shù)：-0.292%/K
9. 短路電流（A）溫度（℃）系數(shù)：+0.045%/K
10. 功率（W）溫度（℃）系統(tǒng)：-0.408%/K
11. 最大系統(tǒng)電壓（V）（V）：1000
12. 結(jié)合套件尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1640×992×40mm
13. 重量（kg）：19.1kg
14. 框體結(jié)構(gòu)：陽(yáng)極氧化鋁
15. 玻璃：白色鋼化安全玻璃3.2mm
16. 電池片封裝：EVA
17. 背板：復(fù)合薄膜
18. 太陽(yáng)能電池片：6×10片多晶硅太陽(yáng)能電池片（156mm×156mm）
19. 接線盒
1) 6個(gè)旁路二極管
2) 絕緣材料：PPO
3) 防水浸等級(jí)：IP65
Ø 連接器
1) 常規(guī)規(guī)格限定電流（A）：30A
2) 耐電壓（V）：DC1000V
3) 接觸電阻：<2mΩ
4) 絕緣電阻：＞500MΩ
5) 適用單芯電纜截面：2.5-6mm2
6) 電纜外徑界限：Φ5mm～Φ 7mm
7) 環(huán)境溫度（℃）：-40℃～+ 105℃
8) 防護(hù)等級(jí)：IP67
9) 安全等級(jí)：Ⅱ
10) 殼體：PC料，黑色
11) 接觸件：紫銅CN，鍍錫SN
12) 接線方法：壓接 MC4
20. 電 纜
1) 長(zhǎng)度：450mm,
2) 規(guī)格：1×4mm²
3) 顏色：紅、黑
Ø 溫度（℃）界限系數(shù)：-40°C to+85°C
Ø 抗冰雹系數(shù)：最大直徑25mm,撞擊速度23m/s(51.2mph)
Ø 最大表面負(fù)荷：7200pa
5KW光伏儲(chǔ)能逆變器簡(jiǎn)介
設(shè)備主電子回路應(yīng)用雙向PWM逆變電子回路及相應(yīng)的控制電子回路、保護(hù)和監(jiān)控電子回路。直線DC側(cè)由緩沖電阻、防反二極管和直線DC接觸器構(gòu)成了直線DC側(cè)緩沖電子回路，當(dāng)初始連接各種電池時(shí)對(duì)直線DC母線電容實(shí)行緩沖。主電子回路電源可有交直兩用供電，以使系統(tǒng)在電池或電網(wǎng)有電時(shí)全部可以作業(yè)。
設(shè)備特別點(diǎn)
1）技術(shù)領(lǐng)先，全面適用電網(wǎng)或負(fù)荷的接入與控制要求
² 設(shè)定有并網(wǎng)充放電、單獨(dú)逆變功能，適合各種應(yīng)用場(chǎng)合
² 設(shè)定有并網(wǎng)和離網(wǎng)并聯(lián)功能，良好的擴(kuò)容性
² 可與多種蓄電池連接口，設(shè)定有多種充放電作業(yè)模式
² 可以就地實(shí)時(shí)接受系統(tǒng)調(diào)度指令和BMS指令，通訊方法有RS485、CAN、以太網(wǎng)
² 無(wú)功功率（W）可調(diào)，功率（W）因數(shù)界限超前0.9至滯后0.9
² 直線DC電壓（V）界限，支持低壓48V蓄電池寫入
² 110%規(guī)格限定輸出功率（W）可完成長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行
2）高效節(jié)能，更包括，更好的客戶體驗(yàn)
² 正面維護(hù)，可靠墻裝配，裝配維護(hù)更便利，降低維護(hù)成本
² 防護(hù)等級(jí)為IP21，設(shè)定有防滴水功能，具備防凝露功能
² 高效PWM調(diào)制算法，降低開關(guān)損耗
3）更多優(yōu)點(diǎn)
² 雙電源冗余供電方案提升系統(tǒng)可靠性
² 完善的保護(hù)及故障警報(bào)系統(tǒng)，更加安全可靠
² 應(yīng)用動(dòng)態(tài)圖形液晶界面，提供友好的實(shí)操體驗(yàn)
² -25℃~+55℃可連續(xù)滿功率（W）運(yùn)行
² 適應(yīng)高海拔惡劣環(huán)境，可長(zhǎng)期連續(xù)、可靠運(yùn)行
² 支持離網(wǎng)主動(dòng)運(yùn)行功能
² 適合共直線DC母線系統(tǒng)和共交流AC母線系統(tǒng)
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直線DC側(cè) |
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最大直線DC功率（W） |
5KW |
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最大直線DC電壓（V） |
580V |
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作業(yè)電壓（V）界限 |
125~550V |
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最低直線DC電壓（V） |
125V |
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最大直線DC電流（A） |
11A |
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交流AC側(cè) |
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規(guī)格限定功率（W） |
5KW |
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最大交流AC側(cè)功率（W） |
5.5kVA（長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行） |
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最大交流AC電流（A） |
20A |
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最大總諧波失真 |
<3%(規(guī)格限定功率（W）時(shí)) |
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規(guī)格限定電網(wǎng)電壓（V） |
220V |
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允許電網(wǎng)電壓（V）界限 |
180~265V |
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規(guī)格限定電網(wǎng)頻率 |
50/60Hz |
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允許電網(wǎng)頻率界限 |
47~52Hz/57~62Hz |
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規(guī)格限定功率（W）下的功率（W）因數(shù) |
>0.99 |
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隔離變壓器 |
具備 |
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直線DC電流（A）分量 |
<0.5%規(guī)格限定輸出電流（A） |
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功率（W）因數(shù)可調(diào)界限 |
0.9（超前）~0.9（滯后） |
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單獨(dú)逆變電壓（V）界限 |
230V |
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單獨(dú)逆變輸出電壓（V）失真度 |
<3%（線性負(fù)載） |
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帶不平衡負(fù)載能力 |
100% |
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單獨(dú)逆變電壓（V）過(guò)渡變動(dòng)界限 |
10％以內(nèi)（電阻負(fù)載0%⇔100%） |
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單獨(dú)逆變峰值系數(shù)(CF) |
3:1 |
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效率 |
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最大效率 |
97.6% |
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保護(hù) |
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直線DC側(cè)斷路設(shè)備 |
斷路器 |
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直線DC過(guò)壓保護(hù) |
具備 |
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極性反接保護(hù) |
具備 |
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絕緣阻抗偵測(cè) |
具備 |
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交流AC過(guò)壓保護(hù) |
具備 |
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孤島保護(hù) |
具備 |
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模型塊溫度（℃）保護(hù) |
具備 |
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常規(guī)數(shù)值 |
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體積（寬 / 高 / 厚） |
516 × 440 × 184 mm |
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重量（kg） |
30kg |
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運(yùn)行溫度（℃）界限 |
-25~+60℃ |
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停機(jī)自耗電 |
<5W |
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冷卻方法 |
自然對(duì)流 |
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防護(hù)等級(jí) |
IP65 |
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相對(duì)濕度 （無(wú)冷凝） |
0~95%，無(wú)冷凝 |
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最高海拔 |
2000m |
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顯露屏 |
LED&APP |
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BMS通訊方法 |
USB2.0、Wifi |
設(shè)備技術(shù)功能數(shù)值參考規(guī)格
作業(yè)邏輯架構(gòu)
a.——并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)備用功能
4) 電網(wǎng)供電時(shí)，儲(chǔ)能逆變器并網(wǎng)作業(yè)在恒壓模式，維持蓄電池SOC在一定水平，光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電
5) 微網(wǎng)供電時(shí)，儲(chǔ)能逆變器作業(yè)在單獨(dú)逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)作業(yè)，光伏發(fā)電大于負(fù)載時(shí)，光伏優(yōu)先供負(fù)載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)能和光伏一起合作為負(fù)載供電。
6) 可選用電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，按照選用的模式實(shí)行供電邏輯變換
7) 觸摸屏控制啟動(dòng)、停止和功能數(shù)值設(shè)定
b. ——電網(wǎng)（或柴油機(jī)）、微網(wǎng)變換功能
8) 電網(wǎng)供電時(shí)，當(dāng)電池組SOC超過(guò)設(shè)定值時(shí)，儲(chǔ)能逆變器和光伏逆變器不作業(yè)；當(dāng)電池組SOC不足時(shí)，儲(chǔ)能逆變器單獨(dú)逆變建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)作業(yè)，給電池組充電。
9) 微網(wǎng)供電時(shí)，儲(chǔ)能逆變器作業(yè)在單獨(dú)逆變模式建網(wǎng)，光伏逆變器并網(wǎng)作業(yè)，光伏發(fā)電大于負(fù)載時(shí)，光伏優(yōu)先供負(fù)載供電，剩余電力給電池充電；光伏發(fā)電小于負(fù)載時(shí)，儲(chǔ)能和光伏一起合作為負(fù)載供電。
10) 可選用電網(wǎng)優(yōu)先或微網(wǎng)優(yōu)先，按照選用的模式實(shí)行供電邏輯變換
11) 觸摸屏控制啟動(dòng)、停止和功能數(shù)值設(shè)定
儲(chǔ)能蓄電池
蓄電池的作用主要是儲(chǔ)物能量，在晚上或多云等氣候現(xiàn)象下，光伏陣列不能提供足夠的能量時(shí)，蓄電池供給負(fù)載，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
應(yīng)用磷酸鐵鋰電池， 安全性高適合長(zhǎng)期充放電循環(huán)模型塊化設(shè)計(jì)， 電壓（V）、容量（KV）按需配備。
系統(tǒng)由1個(gè)主控模型塊和多個(gè)電池模型塊構(gòu)成，經(jīng)過(guò) 48V電池模型塊串聯(lián)構(gòu)成不一樣電壓（V）等級(jí)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多個(gè)機(jī)儲(chǔ)物柜并聯(lián)， 可以在同一個(gè)電壓（V）平臺(tái)上拓展容量（KV）定制化電池管理系統(tǒng) （BMS） ， 就地實(shí)時(shí)實(shí)行數(shù)值收集、 狀態(tài)監(jiān)控及控制， 保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
規(guī)格功能數(shù)值：
|
類別 |
基礎(chǔ)功能數(shù)值 |
高壓直線DC儲(chǔ)能系統(tǒng) |
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標(biāo)稱功能數(shù)值 |
標(biāo)稱電壓（V）（V） |
48*N |
|
標(biāo)稱容量（KV）（AH） |
50 |
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構(gòu)造功能數(shù)值 |
電池模型塊尺寸（mm） |
440*410*89（W*D*H） |
|
電池模型塊重量（kg）（KG） |
24 |
|
主控模型塊尺寸（MM） |
440*350*132（W*D*H） |
|
主控模型塊重量（kg）（KG） |
6 |
|
電氣功能數(shù)值 |
放電電壓（V）（V) |
（54-45）*N |
|
充電電壓（V）（V) |
（52.5-54）*N |
|
規(guī)格限定放電電流（A）（A) |
25 |
|
規(guī)格限定充電電流（A）（A) |
25 |
2.3 氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
燃料電池應(yīng)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(shè)備，使電堆控制更簡(jiǎn)潔、可靠。燃料電池系統(tǒng)除了核心部分質(zhì)子交換膜燃料電池堆外，還需要一些輔助器件發(fā)電系統(tǒng)才能正常作業(yè)?？偟膩?lái)說(shuō)，一個(gè)完整的燃料電池系統(tǒng)大致上由燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，如圖2所示。其中，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)主要采用質(zhì)子交換膜燃料電池堆、氫氣供應(yīng)單元、氧氣或空氣供應(yīng)單元、DC/DC四部分構(gòu)成。而控制單元部分屬于控制系統(tǒng)。
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
燃料電池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成
1、燃料電池堆：
氫氣和氧氣在其內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)并釋放電能，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。
2、氫氣供應(yīng)單元（H2）
本系統(tǒng)指由制氫設(shè)備，儲(chǔ)氫系統(tǒng)及供氫管路構(gòu)成。制氫設(shè)備制氫，并由儲(chǔ)氫系統(tǒng)經(jīng)過(guò)管路向燃料電池堆提供特定壓力的氫氣。
3、空氣供應(yīng)單元：
不間斷地向燃料電池提供電化學(xué)反應(yīng)所需的氧氣，以保證質(zhì)子交換膜燃料電池完成連續(xù)平穩(wěn)的運(yùn)行發(fā)電。
4、DC/DC：
氫燃料電池所產(chǎn)生的電能為直線DC電，其輸出電壓（V）不僅受內(nèi)阻影響而而且隨著負(fù)載的改變而改變。因此，為保證供電功能的平穩(wěn)，在燃料電池系統(tǒng)輸出端，須配備功率（W）變換單元DC/DC，主要保證負(fù)載連續(xù)改變時(shí)，將輸出電壓（V）平穩(wěn)在合適的界限。
5、控制單元：
控制單元是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的核心，用來(lái)接收數(shù)值收集系統(tǒng)收集的數(shù)值，并對(duì)它們實(shí)行解析，按照解析的成果來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作。空冷自增濕燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制單元經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)、風(fēng)扇、電磁閥即可保證燃料電池正常作業(yè)。
燃料電池系統(tǒng)作業(yè)示意圖
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類型 |
基于PASH技術(shù)的空冷自增濕燃料電池 |
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功能 |
規(guī)格限定功率（W） |
2500W* |
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規(guī)格限定電壓（V） |
48V |
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規(guī)格限定電流（A） |
52.5A |
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電壓（V）界限 |
36-58V |
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燃料效率 |
≥50％ |
|
燃料 |
氫氣純度 |
≥99.95％ |
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氫氣作業(yè)壓力 |
0.5-0.6Bar |
|
氫氣消耗量 |
13.1L/min(規(guī)格限定功率（W）) |
|
氧化劑/冷卻劑 |
空氣 |
|
空氣壓力 |
常壓 |
|
物流特性 |
重量 |
6600g |
|
系統(tǒng)體積（長(zhǎng)寬高） |
850mm×900mm×860mm |
|
作業(yè)條件 |
環(huán)境溫度（℃） |
-5℃—40℃ |
|
環(huán)境濕度（RH） |
10％－95％ |
注：帶*的數(shù)值是在15℃-30℃的環(huán)境溫度（℃）界限和30 - 90%的環(huán)境濕度界限內(nèi)取得的。
3.6制氫系統(tǒng)
制氫系統(tǒng)的原理
工業(yè)軟水經(jīng)純水裝置制取純水，并送入原料水箱，經(jīng)補(bǔ)水泵寫入堿液系統(tǒng)，補(bǔ)充被電解消耗的水。電解槽中的水，在直線DC電的作用下被分解成H2與O2，并與循環(huán)電解液一起分別進(jìn)入框體結(jié)構(gòu)中的氫、氧分離洗滌器后實(shí)行氣液分離、洗滌、冷卻。分離后的電解液與補(bǔ)充的純水混合后，經(jīng)堿液冷卻器、堿液循環(huán)泵、過(guò)濾器送回電解槽循環(huán)，電解。調(diào)動(dòng)堿液冷卻器冷卻水流量，控制回流堿液的溫度（℃），來(lái)控制電解槽的作業(yè)溫度（℃），使系統(tǒng)安全運(yùn)行。分離后的氫氣由調(diào)動(dòng)閥控制輸出，送入氫氣儲(chǔ)罐，再經(jīng)緩沖減壓后，供用戶使用。
本項(xiàng)目中應(yīng)用的制氫系統(tǒng)其具體規(guī)格如下：
|
氫氣產(chǎn)量 |
800L/h（1atm） |
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氫氣純度 |
≥99.8% |
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氧氣純度 |
≥99.3% |
|
作業(yè)壓力 |
0.8MPa |
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直線DC電耗 |
＜5KWh/m3 |
制氫系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格
注：系統(tǒng)接入具備AC/DC模型塊，具備AC交流AC接入能力。
高純氫氣發(fā)生器
u 輸出流量 0～1000ml
u 功率（W） 510W
u 輸出壓力 0～1.1 MPa
u 電源電壓（V）
u 交流AC220V±10%； 50Hz±5%
u 作業(yè)條件
u 溫度（℃）：5～42℃
u 相對(duì)濕度：≤85%；
2.4 超級(jí)電容及控制系統(tǒng)
此超級(jí)電容系統(tǒng)以48V165F模組為基礎(chǔ)單元，應(yīng)用3串的連接方法配組，配備裝備有iCMS管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由超級(jí)電容模組、BMS管理系統(tǒng)、5KW雙向DC-DC模型塊、信息顯露終端構(gòu)成。
1） 48V165F模組功能數(shù)值
1、容量（KV）：165F(0～20%)；
2、規(guī)格限定作業(yè)電壓（V）：48V；
3、等效直線DC內(nèi)阻（25℃）：不大于5mΩ；
4、最大持續(xù)電流（A）(ΔC=40℃)：150A；
5、漏電流（A）：不大于5.2mA(25℃，72小時(shí)后)；
6、最大存儲(chǔ)能量：52.8Wh；
7、作業(yè)溫度（℃）：-40℃~+65℃
8、儲(chǔ)物溫度（℃）：-40℃~+70℃
2） 整體系統(tǒng)主要技術(shù)功能
1、總電容量（KV）：55F(0～20%)；
2、電壓（V）界限：120V-135V;
3、最大持續(xù)電流（A）(ΔT=40℃)：150A；
4、瞬時(shí)電流（A）(1s內(nèi))：2000A
5、等效直線DC內(nèi)阻：不大于18mΩ；
6、通訊：應(yīng)用MOUS_RS485；
7、CMS功能：檢驗(yàn)測(cè)試單個(gè)模組電壓（V）、整體電壓（V）、單個(gè)模組溫度（℃）、作業(yè)電流（A），并經(jīng)過(guò)協(xié)議上傳及接受上位機(jī)命令；完成過(guò)壓報(bào)警、過(guò)溫報(bào)警、過(guò)流報(bào)警；系統(tǒng)過(guò)壓、過(guò)溫、過(guò)流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，管理系統(tǒng)可控制系統(tǒng)斷開，完成對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。
3） 超級(jí)電容使用環(huán)境及要求
1、環(huán)境溫度（℃）:-10℃至45℃；
2、最大濕度：90%(無(wú)凝露)；
3、防潮/防塵：符合SAE J2380技術(shù)規(guī)范；
4、使用海拔高度(m)：0～4000。
4） 信息顯露終端
經(jīng)過(guò)該信息終端與BMS系統(tǒng)、雙向DC-DC系統(tǒng)的集合，可以快速、便利的研發(fā)各種用來(lái)現(xiàn)場(chǎng)收集、數(shù)值處置整理和控制的設(shè)備。設(shè)定有可顯露、可配備系統(tǒng)的各種功能數(shù)值以及經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備間數(shù)值收集的同時(shí)完成對(duì)超級(jí)電容系統(tǒng)的有效管理。
5）雙向DC-DC電源模型塊
雙向DC-DC變換器(Bi-directional DC/DC Converter, BDC)是能夠按照能量的需要調(diào)動(dòng)能量雙向傳輸、是可雙象限運(yùn)行的直線DC-直線DC變換器。該變換器能夠按照實(shí)際需要調(diào)動(dòng)能量的流動(dòng)方向，在功能上相當(dāng)于兩個(gè)單向直線DC-直線DC變換器。
一．雙向DCDC變換器的作業(yè)模式
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作用在高壓側(cè) |
作用在低壓側(cè) |
作業(yè)
模式
類別 |
恒流輸出 |
高壓側(cè)恒流輸出 |
低壓側(cè)恒流輸出 |
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恒流寫入 |
高壓側(cè)恒流寫入 |
低壓側(cè)恒流寫入 |
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恒壓 |
高壓側(cè)恒壓 |
低壓側(cè)恒壓 |
|
MPPT寫入 |
高壓側(cè)MPPT寫入 |
低壓側(cè)MPPT寫入 |
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總線壓控電流（A）源 |
高壓側(cè)壓控電流（A）源 |
低壓側(cè)壓控電流（A）源 |
二．功能特別點(diǎn)
Ø 全數(shù)字化，各種功能數(shù)值及信號(hào)全部數(shù)字化處置整理，由數(shù)字處置整理器智能靈活地管理。功能和可控性均遠(yuǎn)優(yōu)于普通的模仿式雙向DC-DC變換器。
Ø 模型塊化設(shè)計(jì)，單模型塊規(guī)格限定輸出功率（W）5KW，可多臺(tái)雙向DC-DC變換器并聯(lián)運(yùn)行。
Ø 雙向變換全部應(yīng)用零電壓（V）變換軟開關(guān)控制，使得變換效率達(dá)到95%以上。
Ø 能作業(yè)于恒流、恒壓、MPPT和壓控電流（A）源等多種作業(yè)模式，并可在線快速頻繁地變換作業(yè)模式。
Ø 運(yùn)用多相交錯(cuò)技術(shù)，有效地抑制了紋波，減弱了大電流（A）了對(duì)器件的沖擊。
Ø 空載功耗低于20W，處于監(jiān)控待機(jī)狀態(tài)功耗低于12W。
Ø 雙向變換的電流（A）大小和方向，既可用數(shù)字方法設(shè)定，也可用模仿量方法控制。
Ø 高低電壓（V）側(cè)的作業(yè)電壓（V）可單獨(dú)設(shè)定。
Ø 高低電壓（V）側(cè)的過(guò)壓保護(hù)電壓（V）可單獨(dú)設(shè)定，保護(hù)兩側(cè)的設(shè)備不至于過(guò)壓損壞。
Ø 高低電壓（V）側(cè)的最低限壓也可單獨(dú)設(shè)定，保護(hù)兩側(cè)的電壓（V）不至于過(guò)放電。
Ø 高低電壓（V）任何一側(cè)加電，均可使模型塊啟動(dòng)。
Ø 開機(jī)軟啟動(dòng)，防止產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的電壓（V）電流（A）沖擊兩端的電源。
Ø 模型塊帶有LED顯露操作面板，可就地實(shí)時(shí)顯露兩側(cè)電流（A），電壓（V），設(shè)定兩側(cè)作業(yè)電流（A），最高限壓。
Ø 帶RS485串行口通信功能，遵循MOUS-RTU協(xié)議，便利計(jì)算機(jī)數(shù)值或監(jiān)控終端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和設(shè)定的功能數(shù)值和作業(yè)狀態(tài)。
Ø RS485串行口運(yùn)用光耦隔離，可以有效防止雷擊對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)值或者監(jiān)控終端的影響。
Ø 掉電狀態(tài)恢復(fù)功能：即使完全關(guān)斷雙向DC-DC變換器的供電，下次開機(jī)時(shí)也能恢復(fù)掉電前的設(shè)定和狀態(tài)。
Ø 寫入極性防反接功能，電源極性接反不會(huì)有電流（A）流過(guò)。
Ø 各種異常現(xiàn)象保護(hù)功能：帶有過(guò)壓，過(guò)流，過(guò)熱，短路保護(hù)功能，故障撤銷后自動(dòng)恢復(fù)作業(yè)。
Ø 小體積：外殼尺寸360mm X160mm X 94mm，模型塊尺寸295mm X142mm X 85mm。
Ø 帶外殼整機(jī)重量（kg）3.8Kg，模型塊重量（kg）為2.5Kg 。
三．電特性功能數(shù)值
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功能數(shù)值名稱 |
數(shù) 值 |
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型 號(hào) |
DC30DC200P5KW |
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高壓側(cè)功能數(shù)值 |
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優(yōu)化 寫入/輸出電壓（V） |
250V |
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寫入/輸出電壓（V）VOHV界限，誤差1% |
40V–250V |
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最高限壓OVHV調(diào)動(dòng)界限，誤差1% |
0V–265V |
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最低限壓UVHV調(diào)動(dòng)界限，誤差1% |
0V–260V |
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高壓側(cè)輸出電流（A）設(shè)定界限，誤差1% |
3 - 30A |
|
外寫入壓控電流（A）增益 |
0.1-6 A/V |
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寫入/輸出電流（A）過(guò)流/短路保護(hù)點(diǎn) |
60A |
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低壓側(cè)功能數(shù)值 |
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優(yōu)化 寫入/輸出電壓（V） |
48V |
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寫入/輸出作業(yè)電壓（V） VOLV界限，誤差1% |
30V–120V |
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最高限壓OVLV 調(diào)動(dòng)界限，誤差1% |
35V–130V |
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最低限壓UVLV 調(diào)動(dòng)界限，誤差1% |
0V–110V |
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低壓側(cè)輸出電流（A）設(shè)定界限，誤差1% |
3 - 50A |
|
外寫入壓控電流（A）增益 |
0.1-12 A/V |
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寫入/輸出電流（A） 過(guò)流/短路 保護(hù)點(diǎn) |
60A |
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高低壓兩側(cè)交互功能數(shù)值 |
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電壓（V）變比界限（高壓/低壓） |
1.2 – 5.0 |
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模式控制功能數(shù)值 |
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模式變換時(shí)間 |
< 1mS |
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變換模式到滿載輸出響應(yīng)時(shí)間 |
< 1S |
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整機(jī)系統(tǒng)功能數(shù)值 |
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規(guī)格限定輸出功率（W） |
5KW(VOLV≥60V時(shí)) |
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最大瞬時(shí)輸出功率（W） |
5KW |
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變換效率 |
> 92% |
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負(fù)載調(diào)節(jié)率 |
< 2% |
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待機(jī)功耗 |
< 12W |
|
空載功耗 |
< 20W |
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冷卻方法 |
溫控風(fēng)冷 |
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允許環(huán)境溫度（℃） |
-25℃ - 60℃ |
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溫度（℃）過(guò)熱保護(hù)點(diǎn) |
80℃ |
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寫入/輸出 反接保護(hù) |
√ |
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保護(hù)撤銷后恢復(fù)作業(yè)時(shí)間 |
5S |
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開機(jī)啟動(dòng)時(shí)間 |
< 5S |
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紋波電壓（V） |
< 0.5V |
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通信功能數(shù)值 |
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通信方法 |
RS485 |
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通信協(xié)議 |
MOUS-RTU |
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RS485通信波特率 |
1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 |
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RS485通信隔離耐壓 |
1500V |
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均流功能數(shù)值 |
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最大并聯(lián)模型塊數(shù)量 |
64 |
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模型塊電流（A）不平均度 |
< 10% |
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均流控制方法 |
主從控制 |
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均流信號(hào)傳輸方法 |
RS485數(shù)字通信 |
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RS485通信波特率 |
768K bps |
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通信協(xié)議 |
自定義 |
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均流通信線最大長(zhǎng)度 |
< 160 m |
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顯露功能數(shù)值 |
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顯露方法 |
4位LED數(shù)碼管 |
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顯露內(nèi)容 |
兩側(cè)電流（A），電壓（V），設(shè)定兩側(cè)作業(yè)電流（A）
最低限壓，最高限壓 |
2.5 顯露單元
系統(tǒng)配備有方陣電壓（V）、電流（A）；逆變電壓（V）、電流（A）、功率（W）；實(shí)驗(yàn)室溫度（℃）和濕度、實(shí)驗(yàn)記時(shí)時(shí)鐘、逆向電量計(jì)量表等。便利在沒有與PC機(jī)聯(lián)機(jī)狀況下查看系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)和各項(xiàng)功能數(shù)值。
可以經(jīng)過(guò)教師機(jī)實(shí)行信息共享至大屏幕，完成教室內(nèi)局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)值數(shù)值交換與共享。
2.6 主控系統(tǒng)
主控系統(tǒng)是整個(gè)微網(wǎng)的監(jiān)測(cè)、控制核心單元。經(jīng)過(guò)內(nèi)置的數(shù)值收集、通訊傳輸?shù)饶Ｐ蛪K，完成對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的可視化監(jiān)測(cè)及控制。
主要功能特別點(diǎn)
1、教師機(jī)：廣播教學(xué)、語(yǔ)音教學(xué)、語(yǔ)音對(duì)講、學(xué)生演示、監(jiān)控轉(zhuǎn)播、文件分發(fā)、電子教鞭、班級(jí)模型、系統(tǒng)設(shè)定、遠(yuǎn)程命令、遠(yuǎn)程設(shè)定、遠(yuǎn)程消息、分組教學(xué)、語(yǔ)音討論、文件收集、查看學(xué)生屬性。
2、學(xué)生機(jī)：電子舉手、遠(yuǎn)程消息、窗口接收廣播、可選窗口顯露模式。
3、實(shí)驗(yàn)室功能特別點(diǎn)
(1)、本實(shí)驗(yàn)室風(fēng)光互補(bǔ)上位機(jī)系統(tǒng)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)值或教師機(jī)上實(shí)行實(shí)操。
(2)、教師廣播教學(xué)：將教師機(jī)的電腦屏幕畫面和語(yǔ)音等多媒體信息就地實(shí)時(shí)廣播給全體、群體或單個(gè)學(xué)生。并同時(shí)提供電子教鞭等功能。語(yǔ)音教學(xué)時(shí)：經(jīng)過(guò)話筒和耳機(jī)實(shí)行語(yǔ)音傳播，完成教師與學(xué)生之間的自由的語(yǔ)音交談和討論。允許學(xué)生發(fā)言，并可便利地變換發(fā)言學(xué)生；可隨時(shí)便利地使一組學(xué)生加入或退出教學(xué)行列。
(3)、文件分發(fā)功能強(qiáng)大而且界面相當(dāng)易用，可以定義宏目錄，如教師把收集數(shù)值可以同時(shí)分發(fā)給教室里的全部學(xué)生。您可以將一個(gè)或多個(gè)文件一次性的傳輸?shù)街付ǖ膶W(xué)生機(jī)上。這樣就可以做到網(wǎng)上分發(fā)試卷或演示文件等。您真的可以體會(huì)互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的輕松與寫意。
(4)、文件提供并上交功能可以收集學(xué)生所做的作業(yè)、程序文件等提供并上交給老師，便利老師實(shí)操。
(5)、電子點(diǎn)名功能便利老師統(tǒng)計(jì)學(xué)生上課考勤現(xiàn)象。
* 一、多媒體教學(xué)系統(tǒng)及主要功能
1、經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)掌控把握太陽(yáng)能光伏硅材料、電池片、光伏結(jié)合套件、光伏結(jié)合套件附屬材料、光伏應(yīng)用設(shè)備等全部系列光伏知識(shí)內(nèi)容。
2、配備裝備文字與動(dòng)畫展示并簡(jiǎn)介從原材料至成品含有概括中間環(huán)節(jié)加工工序技藝等與使用方法。
3、多媒體系統(tǒng)自帶語(yǔ)音講解，圖、文、聲并茂展示講解、與系統(tǒng)所述文字同步播放，提升學(xué)生對(duì)新能源專業(yè)知識(shí)快速掌控把握和快速學(xué)習(xí)掌控把握。
* 二、展示與講解內(nèi)容目錄（圖、文、聲并茂）：
2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備簡(jiǎn)介
2.1.1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)：
2.1.2 家用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)直線DC系統(tǒng)多媒體電視機(jī)
2.1.3 太陽(yáng)能便攜電源：
2.1.4 太陽(yáng)能殺蟲燈
2.1.5 太陽(yáng)能警示燈
2.1.6 太陽(yáng)能野營(yíng)燈
2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電基礎(chǔ)原理
2.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分簡(jiǎn)介
2.4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
2.5 太陽(yáng)能光伏電站施工建造設(shè)計(jì)方法
2.5.1、項(xiàng)目前期考察
2.5.2、項(xiàng)目建造設(shè)計(jì)前期圖紙文檔實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書及批復(fù)文件
第一階段：可研階段
第二階段：獲取省級(jí)/市級(jí)相關(guān)部門的批復(fù)文件
第三階段：獲取開工許可
2.5.3、項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)
2.5.4、項(xiàng)目實(shí)施建造設(shè)計(jì)
2.5.5、帶電前的必備條件
2.6太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電站簡(jiǎn)介
2.6.1、光伏并網(wǎng)電站簡(jiǎn)要描述
2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設(shè)備構(gòu)成
2.6.2、光伏并網(wǎng)電站設(shè)備功能
2.7 家用型太陽(yáng)能電站建造設(shè)計(jì)方案
2.7.1、項(xiàng)目基礎(chǔ)簡(jiǎn)介
2.7.2、方案設(shè)計(jì) （附詳細(xì)方案設(shè)計(jì)）
（一）用戶負(fù)載信息
（二）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
（三）效益計(jì)算：
2.8 逆變器基礎(chǔ)原理簡(jiǎn)介
2.9 控制器基礎(chǔ)原理簡(jiǎn)介
常見問(wèn)題：
1、如果我要購(gòu)買風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)，是否有安裝、培訓(xùn)服務(wù)呢？
答：我們的設(shè)備如果沒有特別注明“不含安裝”“裸機(jī)價(jià)”“出廠”等字樣的，都是提供安裝、培訓(xùn)服務(wù)的。
2、你們的風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)是否能開增值稅專用發(fā)票？
答：可以的，我們是正規(guī)企業(yè)，并且已經(jīng)升級(jí)到一般納稅人，可以開具增值稅專用發(fā)票，如果您需要開風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)票，您需要提供開票資料。
3、你們的風(fēng)光氫及超級(jí)電容混合發(fā)電系統(tǒng)都是自己生產(chǎn)的嗎？都有什么產(chǎn)品資質(zhì)？
答：我們公司是專業(yè)生產(chǎn)教學(xué)設(shè)備的企業(yè)，完全自主生產(chǎn)，并通過(guò)了最新版ISO9001認(rèn)證，擁有多項(xiàng)專利與著作權(quán)。
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