一、系统概述
5KW光伏储能发电教学系统是为电气工程、建筑电气与智能化专业设计的综合性实践平台，集教学、科研、能源供应于一体。系统利用校园建筑屋顶空间部署5kWp光伏阵列与10kWh储能系统，旨在通过真实场景操作，帮助学生掌握光伏发电、储能管理、微电网控制等核心技术，同时为实验室提供清洁电力，降低市电依赖，年减排CO₂约5-6吨，兼具教学价值与环保示范意义。
二、系统架构与核心组件
光伏子系统
组件配置：20块265Wp多晶硅组件（10串2并），总容量5.3kWp，开路电压380V，适配逆变器输入范围（125-550V）。
日发电能力：峰值日照4h下日均发电约21.2kWh（5.3kW×4h×80%效率），满足白天实验室负载（约3kW×8h=24kWh）。
汇流箱：4路输入，防雷、拉弧保护，IP65防护，支持室外安装。
储能子系统
电池配置：16串3.2V 100Ah磷酸铁锂电芯（总电压51.2V，容量10kWh），支持最大放电电流100A（1C），晚间2小时供电（负载≤4kW时SOC从100%降至20%）。
BMS管理：三级架构（Tray/Rack/System BMS），实时监控电芯电压、温度，均衡管理，过充/过放保护，循环寿命＞6000次（0.5C充放电）。
储能逆变器（SW5048D-ES）
功能：离/并网切换，最大效率97.6%，支持5kW额定输出，110%超载运行。
保护机制：孤岛保护、极性反接、直流拉弧检测，适应-25℃~60℃环境。
电网接入与能量管理
运行模式：
白天：光伏优先供电，余电储能；不足时储能补电。
夜间：储能供电，SOC低于阈值自动切换市电。
离网模式：电网故障时，光储联合供电。
智能调度：支持电网充电功率/时间调节，EMS动态优化能源分配。
三、教学与实训功能
基础实验模块
光伏特性实验：I-V曲线测试、MPPT算法验证、组件串并联影响分析。
储能管理实验：电池充放电效率测算、SOC估算、BMS均衡策略调试。
系统集成实验：离/并网切换、微电网黑启动、防雷接地设计。
高级应用实训
故障模拟：电网故障孤岛运行、组件遮挡发电效率分析、电池过放保护触发。
数据分析：利用监控软件分析发电/负载曲线，优化储能调度策略。
多能互补设计：通过仿真软件模拟光伏、风电、地热协同供电，优化能源结构。
配套教学工具
分布式光伏仿真软件：基于Unity3D开发，支持500+组件型号、40+逆变器数据，模拟全国32城市气候，实现能源供需动态匹配。
新能源教学仿真系统：覆盖硅材料提纯、电池片生产、组件封装全流程，集成3D动画与语音讲解，辅助理论教学。
四、智能监控与安全管理
监控平台
实时数据：发电功率、SOC、环境参数（辐照度、温湿度）、故障报警（过压、过温等）。
远程控制：通过PC/APP调整逆变器参数，一键切换供电模式，支持历史数据回溯（存储20年）。
能效分析：生成日/月/年发电报表、CO₂减排统计，可视化展示能源流向。
安全防护
电气安全：汇流箱防雷、直流拉弧检测、短路保护（响应时间500μs）。
电池安全：六重防护（安全阀、熔丝、OSD过充保护），IP65机箱防尘防水。
实验室安全：智能电源管理系统支持过流、漏电、功率限定保护，故障锁定防止误操作。
五、系统配置与扩展性
核心设备清单
| 设备名称 | 型号/规格 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 光伏组件 | 265Wp多晶硅 | 20块 | 10串2并，总5.3kWp |
| 磷酸铁锂电池系统 | 48V 200Ah | 1组 | 含BMS，支持10kWh储能 |
| 储能逆变器 | SW5048D-ES | 1台 | 5kW输出，离/并网双模式 |
| 环境监测仪 | 含辐照、温湿度传感器 | 1套 | RS485通讯，支持数据集成 |
扩展能力
容量扩展：光伏可增至10kWp，储能支持并联扩容至20kWh。
功能扩展：接入风力发电机、氢能模块，构建综合微电网。
科研支持：开放BMS/EMS通信接口（CAN/RS485），支持二次开发。
六、应用价值
教学价值
覆盖从原理到运维的全链条实践，培养学生系统设计、故障诊断、能效优化能力。
通过仿真软件与真实数据对比，深化对新能源技术的理解。
经济效益
年发电量约7500kWh，节省电费约4500元（按0.6元/kWh计），投资回收期约8-10年。
降低实验室市电依赖，峰值负荷时可减少电网压力。
社会效益
年减排CO₂约5吨，等效植树250棵，助力校园碳中和目标。
作为绿色技术示范点，推动低碳理念在师生中的普及。