本發明涉及教學設備制造技術領域，尤其涉及一種可移動式光伏光熱一體化實驗實訓系統。

背景技術：

在我國“十三五”規劃中明確提出要進一步發展我國的新能源產業，教育部《高等職業教育創新發展行動計劃（2015-2018年）》提出要著重專科、本科層次的職業教育。而各類高等職業院校所開展的新能源專業剛剛起步，課程發展尚不成熟，尤其是實訓課程中專業設備尚不完善，嚴重影響新能源專業發展與新能源人才培養。因此開展新能源教學實訓課程對職業教育十分重要。在現有的新能源實驗實訓設備中，太陽能發電實訓設備有一定的數量，太陽能熱利用設備則少之又少，而針對光伏光熱一體化方向更是沒有相關的實驗實訓系統。中華人民共和國國家知識產權局于2014 年02 月26 日公開了公開號為CN103606325A 的專利文獻，名稱是一種太陽能光伏發電綜合實驗平臺，但是其無法用于光熱應用方面的教學和研究；國家知識產權局于2015 年01 月14 日授權了授權公告號為CN204102444U 的專利文獻，名稱是太陽能光熱實驗平臺，但是其無法用于光伏發電方面的教學和研究。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種可移動式光伏光熱一體化實驗實訓系統，更適用于新能源專業學生日常的實訓教學與創新實驗，在沒有任何外接電源的情況下用于實際光伏光熱實驗。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：

一種可移動式光伏光熱一體化實驗實訓系統，包括移動框架以及安裝在所述移動框架上的光熱應用裝置和光伏供電裝置；所述光熱應用裝置包括第一模擬光源、水箱以及太陽能平板集熱器；所述第一模擬光源傾斜固定在所述移動框架上，所述太陽能平板集熱器設置在所述第一模擬光源的下部并與所述移動框架固定，所述水箱固定在所述移動框架中；所述太陽能平板集熱器上設有進水管和出水管，所述進水管與所述水箱的進水口連通，所述進水管上安裝有電磁閥；所述出水管與所述水箱的出水口連通，所述出水管上依次安裝有直流水泵、超聲波熱量表、手動閥門，所述超聲波熱量表與所述手動閥門之間設有泄水口；所述光伏供電裝置包括第二模擬光源、光伏組件以及量角器，所述第二模擬光源位于所述光伏組件上方并安裝在第二模擬光源架支撐桿上，所述第二模擬光源架支撐桿固定在所述移動框架上；所述光伏組件固定在光伏組件橫向支撐桿上，所述光伏組件橫向支撐桿安裝在光伏組件旋轉桿上，所述光伏組件旋轉桿與光伏組件豎向支撐桿上部鉸接，所述光伏組件豎向支撐桿固定在所述移動框架上，所述量角器安裝在所述光伏組件豎向支撐桿與所述光伏組件旋轉桿之間，所述光伏組件豎向支撐桿與所述光伏組件旋轉桿之間設有調節支架。

優選地，所述水箱中設有電加熱器。

優選地，所述水箱中設有液位傳感器。

優選地，所述移動框架上設有光熱控制柜；所述光熱控制柜由整流橋、變壓器、空氣開關組、轉換模塊、光熱I/O采集板、交流接觸器、指示燈、第一繼電器、第二繼電器組成；在室內進行模擬光伏光熱一體化實驗實訓時，220V交流電經開關盒為第一模擬光源、電加熱器供電，220V交流電經過空氣開關到達變壓器和整流橋變為24V直流電，為I/O采集板、繼電器線圈、超聲波熱量表、液位傳感器、轉換模塊、光熱觸摸屏供電。

優選地，所述光熱I/O采集板用于采集所述液位傳感器、超聲波熱量表的數據，反饋給光熱觸摸屏，并通過繼電器分別控制所述電磁閥和直流水泵，通過所述交流接觸器控制所述電加熱器，實現對太陽能熱利用的監控，光熱觸摸屏用于實時監測各項數據并控制和切換各種狀態。

優選地，所述超聲波熱量表使用M-BUS總線，而光熱I/O采集板使用RS-485總線，通過轉換模塊轉換，再和光熱I/O采集板通信。

優選地，所述移動框架上安裝有光伏控制柜以及蓄電池組。

優選地，所述光伏控制柜包括熔斷器、端子排、空氣開關、繼電器、逆變器、直流電流傳感器以及光伏I/O采集板；光伏組件受光照產生電能流入光伏控制柜，經端子排、空氣開關、繼電器分別對蓄電池組和負載供電，該過程中直流電流傳感器獲得光伏發電電流值，在光伏I/O采集板中進行數據采集，反饋在光伏觸摸屏上，光伏觸摸屏可用于顯示并調節供電狀態。

優選地，在室外進行實際環境光伏光熱一體化實驗實訓時，拆卸模擬光源，同時電加熱器未工作，所述光伏供電裝置可為所述光熱應用裝置及其本身提供24V直流電源，滿足光伏光熱一體化實驗實訓系統的正常運行。

本發明的有益效果是: 相對于現有技術，本裝置具有以下優點：1.本專利系統是結合了光伏系統和光熱系統的獨創案例，形成一套獨立的不需外接電源的光伏光熱一體化系統；本專利系統裝有滾輪，并且模擬光源可拆卸，可以在室內進行模擬光伏光熱一體化系統的實驗，也可以移動到室外進行實際環境光伏光熱一體化系統的實驗；2. 本專利系統配備量角器和調節支架，可以精確調節光伏組件的傾角，便于學生比較不同地區最佳傾角下的光伏供電狀態，并在最佳傾角下進行光伏供電系統的實驗，與太陽最佳傾角的基本理論計算進行對比；3. 本專利系統具有模塊化、可拆卸等特點，可用于光伏供電裝置和光熱應用裝置的安裝、調試、運行、維護，學生可自主設計水系統和電氣系統并且完成連接； 4. 本專利系統具有能耗分析功能及數據采集功能，可反饋到監控系統終端觸摸屏，學生可自主設計監控系統； 5.本專利系統使用標準光伏組件和太陽能平板集熱器，完全體現實際光伏光熱一體化系統，可以用于光伏光熱一體化系統的演示過程，便于學生整體熟識實際工程中的光伏光熱一體化系統。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明的后視圖；

圖3是本發明中A-A方向剖視圖；

圖4是本發明中B-B方向剖視圖；

圖5是本發明的仰視圖；

圖6是本發明中太陽能平板集熱器的連接圖；

圖7是本發明中光熱應用裝置的電氣原理圖；

圖8是本發明中光伏供電裝置的電氣原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本發明的具體實施方式。如圖1和圖3和圖5和圖6所示，一種可移動式光伏光熱一體化實驗實訓系統，包括移動框架2以及安裝在所述移動框架上的光熱應用裝置和光伏供電裝置；所述光熱應用裝置包括第一模擬光源1、水箱3以及太陽能平板集熱器4；所述第一模擬光源傾斜固定在所述移動框架上，所述太陽能平板集熱器設置在所述第一模擬光源的下部并與所述移動框架固定，所述水箱固定在所述移動框架中；所述太陽能平板集熱器上設有進水管5和出水管6，所述進水管與所述水箱的進水口連通，所述進水管上安裝有電磁閥7，所述出水管與所述水箱的出水口連通，所述出水管上依次安裝有直流水泵8、超聲波熱量表9、手動閥門10，所述超聲波熱量表與所述手動閥門之間設有泄水口11。所述水箱中設有電加熱器12。所述水箱中設有液位傳感器13。所述移動框架上設有光熱控制柜14。移動框架上還安裝有開關盒15，開關盒和光熱控制柜用于太陽能熱利用系統的數據采集。

如圖7所示，所述光熱控制柜由整流橋16、變壓器17、空氣開關組18、轉換模塊19、光熱I/O采集板20、交流接觸器21、指示燈22、第一繼電器23、第二繼電器24組成；在室內進行模擬光伏光熱一體化實驗實訓時，220V交流電經開關盒為第一模擬光源、電加熱器供電，220V交流電經過空氣開關到達變壓器和整流橋變為24V直流電，為光熱I/O采集板、繼電器線圈、超聲波熱量表、液位傳感器、轉換模塊、觸摸屏供電。所述光熱I/O采集板用于采集所述液位傳感器、超聲波熱量表的數據，反饋給觸摸屏，并通過繼電器分別控制所述電磁閥和直流水泵，通過所述交流接觸器控制所述電加熱器，實現對太陽能熱利用的監控，觸摸屏用于實時監測各項數據并控制和切換各種狀態。所述超聲波熱量表使用M-BUS總線，而光熱I/O采集板使用RS-485總線，通過轉換模塊轉換，再和光熱I/O采集板通信。

水箱中的冷水經出水口流出水箱，經過手動閥門、超聲波熱量表、直流水泵到達太陽能平板集熱器。手動閥門為水系統總開關，超聲波熱量表采集流量與流入太陽能平板集熱器的水溫，直流水泵驅動太陽能熱利用系統的水循環。太陽光或者第一模擬光源將太陽能平板集熱器中的冷水加熱成熱水，從進水口回到水箱，超聲波熱量表采集流出太陽能平板集熱器的水溫。水箱中配備通風口，用于保證水箱中的壓力平衡。液位傳感器可以獲得水箱中的水位數據，該數據可以被光熱I/O采集板采集，當水量過少時可打開電磁閥從冷水補水口補水，當使用熱水時可以打開泄水口，當太陽光不足或第一模擬光源不足時，可以通過電加熱器進行輔助加熱。

在室內進行模擬光伏光熱一體化實驗實訓時。220V交流電通過開關盒進入光熱控制柜，分別經過空氣開關組、變壓器、整流橋轉換為24V直流電，24V直流電經光熱觸摸屏開關到達超聲波熱量表、轉換模塊、光熱觸摸屏、液位傳感器及光熱I/O采集板的24+\G-端口，為以上設備供電。220V交流電通過空氣開關組、交流接觸器為電加熱器供電。220V交流電通過光熱I/O采集板的DO5+\DO5-端口為交流接觸器和指示燈供電。24V直流電通過光熱I/O采集板的DO3+\DO3-端口為第一繼電器供電，形成自鎖并為電磁閥供電。24V直流電通過光熱I/O采集板的DO4+\DO4-端口為第二繼電器供電，形成自鎖并為直流水泵供電。

液位傳感器獲得的數據傳輸到光熱I/O采集板的AI1+\AI1-端口，當監測水量過少時可通過光熱I/O采集板的DO3+\DO3-端口控制第一繼電器閉合，形成自鎖為電磁閥供電，進行補水。當系統需要進行太陽能熱利用水循環時，可以通過光熱I/O采集板的DO4+\DO4-端口控制第二繼電器閉合，形成自鎖為直流水泵供電，形成水循環。超聲波熱量表獲得的數據經過轉換模塊的轉換（M-bus總線轉換為RS-485總線），傳輸到光熱I/O采集板的RS485端口。當流出太陽能平板集熱器的溫度過低時可以通過光熱I/O采集板的DO5+\DO5-端口控制交流接觸器閉合，同時指示燈亮，開啟電加熱器的加熱功能為水系統輔助加熱。

光熱I/O采集板采集到的以上數據可以通過RS485端口反饋到觸摸屏25，實現對本專利裝置的監控。

如圖1和圖2和圖4所示，所述光伏供電裝置包括第二模擬光源26、光伏組件27以及量角器28，所述第二模擬光源位于所述光伏組件上方并安裝在第二模擬光源架支撐桿29上，所述第二模擬光源架支撐桿固定在所述可移動底座上；所述光伏組件固定在光伏組件橫向支撐桿30上，所述光伏組件橫向支撐桿安裝在光伏組件旋轉桿31上，所述光伏組件旋轉桿與光伏組件豎向支撐桿32上部鉸接，所述光伏組件豎向支撐桿固定在所述可移動底座上，所述量角器安裝在所述光伏組件豎向支撐桿與所述光伏組件旋轉桿之間，所述光伏組件豎向支撐桿與所述光伏組件旋轉桿之間設有調節支架33。

所述可移動底座上安裝有光伏控制柜34以及蓄電池組35。所述蓄電池組分為兩組，每組由兩塊24V蓄電池并聯組成，一組常規工作，另一組備用。

所述光伏控制柜包括熔斷器、端子排、空氣開關、繼電器、逆變器、直流電流傳感器以及光伏I/O采集板；光伏組件受光照產生電能流入光伏控制柜，經端子排、空氣開關、繼電器分別對蓄電池組和負載供電，該過程中直流電流傳感器獲得光伏發電電流值，在光伏I/O采集板中進行數據采集，反饋在觸摸屏上，觸摸屏可用于顯示并調節供電狀態。該專利裝置的光伏I/O采集板自帶CPU，可根據觸摸屏指令或預設自動程序控制相關電氣元件。

蓄電池組分為兩組，每組由兩塊24V蓄電池并聯組成，一組常規工作，另一組備用，蓄電池可獲得光伏發電電能進行充電并為光熱應用裝置或負載供電，蓄電池電壓值也由I/O采集板進行數據采集。光伏發電電能與蓄電池放電電能經端子排到達空氣開關（單極），直接為光熱應用裝置供電，或繼續經繼電器、逆變器升壓逆變為220V交流電源給交流負載供電，該過程中由直流電流傳感器獲得放電電流值，在I/O采集板中進行數據采集，反饋在觸摸屏上，可用于顯示并調節充電狀態。光伏供電裝置I/O采集板自帶CPU，可根據觸摸屏指令或預設自動程序控制相關電氣元件。

光伏觸摸屏可直觀地監控整個系統的運行。可以獲取光伏組件的發電電流值、蓄電池的充放電電流值和逆變器輸入端的電流值，同時可獲取蓄電池的充放電電壓值，進而獲得太陽能發電系統的實時發電量和累積發電量；也可以控制充放電的工作狀態。通過光伏觸摸屏顯示數據后，可以及時對可移動式太陽能發電實驗實訓裝置的系統參數進行調整。

所述光伏組件由兩塊多晶硅電池板并聯組成，每塊多晶硅電池板的最佳工作電壓31.5V，峰值功率250W。所述第二模擬光源由一組500W投射燈組成。

如圖8所示，由兩塊多晶硅電池板并聯組成的光伏組件分別經空氣開關QF1連接到繼電器K1，經空氣開關QF2連接到繼電器K2，該過程通過防反充二極管D進行保護，防止給光伏組件充電，繼電器K1、繼電器K2控制光伏組件的輸出，光伏組件輸出經空氣開關QF3、空氣開關QF4到蓄電池GB1、蓄電池GB2和蓄電池GB3、蓄電池GB4，蓄電池GB1、蓄電池GB2由空氣開關QF3控制充放電，蓄電池GB3、蓄電池GB4由空氣開關QF4控制充放電（備用）。光伏組件輸出與蓄電池放電可直接連接直流24V負載，或經空氣開關QF5、繼電器K3和熔斷器FU1連接到逆變器UI，逆變器UI將24V直流電變為220V交流電，經熔斷器FU2通過空氣開關QF6、空氣開關QF7給交流負載RL供電。熔斷器FU1用于保護供電端，熔斷器FU2用于保護交流負載。所述光伏供電裝置可為所述光熱應用裝置及其本身提供24V直流電源。

24V直流電源分別通過光伏I/O采集板DO1+\DO1-端口和光伏I/O采集板DO2+\DO2-為繼電器K1和繼電器K2供電，控制兩個多晶硅電池板并聯組成的光伏組件向外輸出電能。24V直流電源通過光伏I/O采集板DO3+\DO3-為繼電器K3供電，控制光伏組件輸出和蓄電池放電進入逆變器UI。24V直流電源通過觸摸屏開關SH為觸摸屏HMI和光伏I/O采集板的24+\G-端口供電。直流電流傳感器BHBM1、直流電流傳感器BHBM2由光伏I/O采集板FJ2端口供電。

直流電流傳感器BHBM1采集光伏輸出端電流傳輸到光伏I/O采集板AI1+\AI1-端口，直流電流傳感器BHBM2采集逆變器UI進入端電流到光伏I/O采集板AI3+\AI3-端口，光伏I/O采集板AI2+\AI2-端口采集蓄電池充放電電壓值。光伏I/O采集板通過DO1+\DO1-端口和DO2+\DO2-控制繼電器K1和繼電器K2供電，從而控制光伏組件輸出。光伏I/O采集板通過DO3+\DO13-端口控制繼電器K3供電，從而控制光伏組件輸出和蓄電池放電進入逆變器UI，為交流負載RL供電。光伏I/O采集板通過RS485端口將獲得的數據反饋給光伏觸摸屏HMI。

光伏觸摸屏HMI可直觀地監控整個系統的運行。可以獲取光伏組件的發電電流值、蓄電池的充放電電流值、逆變器輸入端的電流值和蓄電池的充放電電壓值并顯示，也可以控制蓄電池的充放電狀態。獲得顯示數據后，可以及時對可移動式太陽能發電實驗實訓裝置的系統參數進行調整，并進行相關實驗。

本系統可以在無任何外接電源的情況下，在室外進行實際光伏供電與光熱應用相關的實驗實訓。

通過本實驗實訓系統，可以進行以下實驗實訓項目：

1.光伏供電裝置光伏組件與支架，光熱應用裝置平板集熱器及水箱的安裝

2.光伏供電裝置和光熱應用裝置電氣系統的設計、安裝與調試

3.光伏供電裝置和光熱應用裝置監控系統的設計、編程與調試

4.光熱應用裝置水系統的設計、安裝與調試

5.光伏供電裝置蓄電池的充放電狀態調試

6.光伏供電裝置和光熱應用裝置的性能測試（包括光伏供電裝置的開路電壓、短路電流、伏安特性曲線、功率輸出曲線需外接電壓表與電阻箱，光熱應用裝置的溫度、熱量等）

7.實際光伏供電裝置和光熱應用裝置的工程演示

8.實際光伏供電裝置與模擬光伏供電裝置的對比測試

9.實際光熱應用裝置與模擬光熱應用裝置的對比測試

10.光伏光熱一體化系統的自主設計、安裝、編程與調試

11.不同地區理論與實際光伏供電裝置最佳傾角的對比實驗

12.光伏供電裝置的追日實驗

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。