ZM2121 Equipamento de Formação para Geração de Energia Eólica e Solar | Equipamento Didático | Equipamento para Educação Profissional | Equipamento para Formação em Energias Renováveis

I. Visão Geral do Equipamento
1 Introdução
1.1 Visão Geral
Este sistema de formação simula o processo de geração de eletricidade por energia eólica e solar, permitindo aos alunos aprender a gerar eletricidade através de energia eólica e solar. O gerador eólico é acionado por um ventilador, e o painel de energia solar é acionado por uma lâmpada de iodetos metálicos de alta potência. Este equipamento de formação desenvolve a capacidade prática dos alunos e é adequado para universidades de engenharia, institutos de formação e escolas técnicas.
1.2 Características
(1) Este equipamento utiliza uma estrutura de coluna em alumínio, com medidores internos integrados e rodas universais na base, facilitando a deslocação.
(2) Permite a realização de diversos circuitos e componentes experimentais, que os alunos podem combinar para criar diferentes circuitos e realizar diferentes experiências e conteúdos de treino.
(3) Bancada de formação com sistema de proteção de segurança.
2. Parâmetros de desempenho
(1) Conjunto de geração de energia eólica: o conjunto de geração de energia eólica é composto por uma unidade de ventilador e uma unidade de soprador de ar, adota uma estrutura de perfil de alumínio, a base do equipamento possui rodas universais, as dimensões da unidade de ventilador são 800 mm * 800 mm * 1500 mm (comprimento × largura × altura), as dimensões do soprador de ar são 800 mm * 800 mm * 1500 mm (comprimento × largura × altura).
(2) Dispositivo de geração de energia solar: estrutura totalmente em alumínio, painel fotovoltaico ajustável, dimensões de 800 mm * 800 mm * 1200 mm (comprimento × largura × altura).
(3) Unidade de caixa de energia: estrutura de perfil em alumínio, caixa suspensa em alumínio, dimensões de 1080 mm × 300 mm × 740 mm (comprimento × largura × altura).
(4) Placa de célula solar individual:
Potência nominal de pico: 20 Wp
Corrente de curto-circuito: 1,9 A
Corrente de pico: 1,7 A
Tensão de circuito aberto: 18,5 V
(5) Especificações técnicas do ventilador:
Tipo de ventilador: direção horizontal
Velocidade inicial: 2,5 metros/segundo
Velocidade nominal do ventilador: 10 metros/segundo
Velocidade máxima contra o vento: 40 metros/segundo
Potência nominal: 200-500 W
Ajuste da direção do vento: ajuste automático
(6) Especificações técnicas da bateria:
Tensão: 12 V
Capacidade: 12 Ah
Perda de energia da bateria: 10 V ± 1 V
Norma executiva: GB/T 9535
Humidade relativa: 35~85% HR (sem condensação)
(7) Condições de Funcionamento:
Temperatura -10 a +40℃
Temperatura ≤ 80℃
Ar ambiente: ar sem corrosivos, sem combustível, sem grande quantidade de poeiras condutoras
(8) Potência:
Consumo: ≤ 5000 W,
Potência de trabalho: AC 220 ± 5%, DC 12 V/24 V
Modo de trabalho: contínuo
Alimentação: ligar em série ou em paralelo
Modo de trabalho: contínuo
3. Introdução ao Sistema
Este sistema é composto por quatro partes: sistema de energia eólica, sistema de geração de energia fotovoltaica, sistema de controlo e sistema inversor. O sistema de energia eólica é composto por um soprador de ar, um gerador e uma bateria. O sistema de energia fotovoltaica é composto por um painel de células fotovoltaicas e uma bateria. O sistema de controlo é composto por um controlador de geração de energia eólica e solar. O sistema inversor é composto por um inversor de frequência e uma unidade de carga.
O gerador de energia eólica simulado utiliza um gerador síncrono de íman permanente de eixo horizontal e um soprador de ar para simular o vento natural. O soprador de ar pode selecionar três velocidades de vento, e o sistema simula a mudança de direção e potência do vento, alterando a velocidade e a posição do soprador. Assim, é possível detetar o efeito de geração nas condições correspondentes. O gerador de energia eólica simulado é apresentado abaixo.
Gerador de energia eólica simulado
Como mostrado acima, a imagem da esquerda representa o gerador de energia eólica. A saída do gerador de energia eólica é trifásica de 12V CA, e o terminal de saída liga-se à caixa de ligação localizada na parte inferior do equipamento. A imagem da direita mostra a unidade de soprador de ar, cuja alimentação é monofásica de 220V CA, 50Hz. Quando em funcionamento, as bases das duas peças estão ligadas através de uma haste de ligação perfilada, como se mostra abaixo.
Modo de ligação do gerador de energia eólica simulado
2. Sistema de geração de energia fotovoltaica simulado: este sistema utiliza três painéis solares de 18V e 20W, que podem ser ligados em série ou em paralelo de acordo com a tensão do sistema. Simula a incidência da luz solar através do ajuste da posição relativa dos painéis fotovoltaicos, facilitando a simulação de diversas condições de luz solar. O gerador de energia fotovoltaica simulado é apresentado abaixo.
A saída do painel de células fotovoltaicas está ligada à caixa de ligação localizada na parte traseira do dispositivo, através de um terminal de segurança. A tensão nominal de saída de um único painel de células fotovoltaicas é de 18V. Os três painéis podem operar individualmente ou em paralelo.
Simulação de gerador de energia fotovoltaica
3.º Conjunto de baterias: é constituído por duas baterias de 12V/12AH isentas de manutenção, que podem ser ligadas em paralelo como um sistema de 12V/200AH ou em série como um sistema de 24V/100AH. Isto facilita a compreensão das ligações em série e em paralelo das baterias. As baterias estão integradas internamente na caixa de alimentação, e os seus terminais de saída ligam-se ao painel da caixa. Na imagem, 1 e 2 representam as saídas das baterias, ligadas pelos terminais vermelho e preto, respetivamente.
Bateria da caixa de alimentação
4. Caixa de controlo suspensa: esta caixa de controlo utiliza um controlador de carga industrial, capaz de controlar a energia elétrica gerada pelo gerador eólico ou pelo painel fotovoltaico para carregar a bateria. O painel possui um indicador luminoso que exibe o estado de funcionamento do controlador, permitindo verificar os parâmetros de funcionamento do sistema. O operador pode configurar os parâmetros conforme desejar, e a caixa tem proteção completa contra sobrecarga e sobrecorrente. A caixa de controlo suspensa é mostrada abaixo.
Na imagem, os terminais 1 e 2 são as entradas da bateria. As baterias podem ser ligadas em série ou em paralelo. A tensão de entrada é de 12 V ou 24 V.
Os terminais 3 e 6 são fusíveis. Os terminais 4 e 5 são as saídas do controlador (atenção: as saídas do controlador não devem ser ligadas a máquinas elétricas de alta potência).
O terminal 7 é a entrada do painel fotovoltaico e o terminal 8 é a entrada do gerador eólico.
Caixa de fixação do controlador
(1) Precauções e cuidados durante o funcionamento do controlador
a. É estritamente proibido ligar o módulo fotovoltaico e a bateria invertidas.
b. É estritamente proibido curto-circuitar diretamente o módulo fotovoltaico e a bateria.
c. É estritamente proibido utilizar motores elétricos, motores CC, fontes de alimentação comutada ou outros meios para simular o gerador eólico e realizar a deteção do efeito de carregamento. Caso isso cause danos ao controlador, o fabricante não se responsabiliza.
d. Antes de ligar à bateria, meça a tensão da bateria utilizando um multímetro para garantir que a tensão excede 80% da tensão nominal. Se a tensão for inferior a 80% da tensão nominal, o controlador pode ser danificado.
e. Se for um sistema de 12 V, a tensão da bateria não deve ser inferior a 9 V.
f. Se for um sistema de 24 V, a tensão da bateria não deve ser inferior a 18 V.
g. A tensão de circuito aberto do módulo fotovoltaico não deve ser superior ao dobro da tensão de regulação da bateria.
h. A tensão de funcionamento do módulo fotovoltaico não deve ser inferior a 1,5 vezes a tensão da bateria.
(2) Instruções dos botões do painel do controlador
Painel do controlador conforme mostrado abaixo:
A. Luz indicadora de carregamento da bateria: indica a condição de carregamento.
B. Luz indicadora de tensão da bateria: indica o estado da tensão da bateria e da falha do sistema.
C. Luz indicadora de saída da fonte de alimentação: indica o estado da fonte de alimentação de saída.
Imagem do painel do controlador

Explicação do estado da luz indicadora
Condição da luz indicadora Implicação
Luz LED
Verde Apagada Descarregada
Piscando Carregando
Luz LED
Vermelho Normalmente apagado Subtensão da bateria
Piscando Sobretensão da bateria
Apagada Tensão da bateria normal
Luz LED
Verde Normalmente acesa Possui saída de alimentação CC
Piscando Não possui saída de alimentação CC
Apagada Curto-circuito na carga ou sobrecarga de energia
(1) Ligação do controlador
Passo 1: ligar à bateria
Aviso:
A. Se os terminais dos elétrodos positivo e negativo da bateria e os cabos que os ligam entrarem em curto-circuito, poderá ocorrer um incêndio ou uma explosão. O equipamento deve ser operado com cuidado.
B. Se a tensão da bateria for inferior a 9V, é estritamente proibido a sua introdução no controlador. Uma tensão insuficiente ou uma bateria de baixa qualidade danificará o controlador. Se tal causar danos no produto devido ao motivo acima referido, o fabricante não se responsabiliza pela garantia de qualidade e pela responsabilidade solidária! Aviso:
A. Antes de ligar a bateria, meça a tensão da bateria utilizando um multímetro.
B. Para sistemas de 24 V, certifique-se de que a tensão da bateria não é inferior a 18 V.
C. Para sistemas de 12 V, certifique-se de que a tensão da bateria não é inferior a 9 V.
O controlador pode distinguir automaticamente entre sistemas de 12V e 24V de acordo com a tensão da bateria.
Atenção:
Se a tensão da bateria estiver entre 16V e 17V, esta tensão representa a zona morta de deteção do controlador, que não funcionará corretamente.
Certifique-se de que todas as ligações estão corretas e, em seguida, ligue-as à chave de segurança. Não ligue a chave de segurança antes de fazer a cablagem.
Passo 2: Ligar à carga
O terminal de carga do controlador pode ser ligado a um equipamento de alimentação CC cuja tensão nominal de funcionamento seja a mesma que a tensão nominal de funcionamento da bateria. O controlador irá alimentar a carga utilizando a tensão da bateria.
Ligue os polos positivo e negativo da carga ao terminal de ligação da carga. O terminal de carga pode estar energizado, por isso, ao fazer a cablagem, tenha cuidado para evitar curto-circuitos. Sugerimos ligar um dispositivo de segurança ao fio do elétrodo positivo ou ao fio do elétrodo negativo. Durante a instalação, não ligue ao dispositivo de segurança. Após a instalação, certifique-se de que toda a cablagem está correta e, em seguida, ligue ao dispositivo de segurança. Se a ligação da carga passar por um quadro de distribuição, cada circuito de carga deverá ter um dispositivo de segurança individual ligado. A corrente de toda a carga não deve ser superior à corrente nominal de 10A do controlador. A carga pode ser uma lâmpada de rua LED CC, equipamento de monitorização, etc.
Passo 3: Ligue o módulo fotovoltaico
Aviso:
A. O módulo fotovoltaico pode gerar uma tensão muito elevada. Ao fazer a cablagem, tenha cuidado e proteja-se contra a eletricidade.
B. O controlador pode utilizar módulos solares fora da rede de 12V e 24V. Também pode utilizar módulos ligados à rede, desde que a tensão em circuito aberto não seja superior à tensão máxima de entrada. A tensão do módulo solar do sistema não deve ser inferior à tensão do sistema.
Passo 4: Ligue o gerador eólico
A. Selecione e utilize um gerador eólico cuja tensão nominal (à velocidade nominal do vento) seja igual à tensão da bateria.
B. Se selecionar um ventilador de tiragem CC, os dois cabos dos elétrodos +/- podem ser ligados a qualquer um dos três terminais. Mas este ventilador de tiragem forçada tem um rectificador incorporado barato e de baixa qualidade, apresentando pouca estabilidade, elevada taxa de avarias, etc., pelo que não recomendamos a utilização deste tipo de ventilador. O nosso produto possui um módulo retificador incorporado de alta qualidade.
Passo 5: Verifique a ligação
Verifique novamente todas as ligações, certificando-se de que todos os elétrodos positivo e negativo de cada terminal estão corretos.
Passo 6: Confirmação de energia
A. Primeiro, ligue a chave da bateria e ligue o controlador.
B. Ligue o interruptor do módulo fotovoltaico e inicie o carregamento.
C. Ligue o interruptor do gerador eólico e inicie o carregamento.
D. Ligue o interruptor da carga (luz ou equipamento de monitorização); a carga começará a funcionar.
E. Interruptor de alimentação (se o equipamento não tiver interruptor de alimentação, ignore)
5. Caixa de suspensão do inversor: adota um inversor de frequência com identificação inteligente de tensão de 12V/24V, tensão de saída AC220V, potência contínua de 600W, potência de pico de 1000W, eficiência de transferência superior a 90%, alarme automático de baixa tensão, caixa de suspensão do inversor conforme mostrado abaixo.
Na imagem, 1 é o interruptor de controlo, 2 é o indicador luminoso (indicador de 12V, indicador de 24V, indicador de alimentação), 3 é o terminal de entrada CC (12V ou 24V), 4 é o terminal de saída AC 220V.
Caixa de suspensão do inversor
6. Caixa de suspensão do instrumento, que pode exibir em tempo real a tensão de geração, a corrente de geração, a tensão de carga, a corrente de carga, a tensão de inversão e a corrente de inversão.
Caixa suspensa para instrumentos
7. Caixa suspensa para carga terminal: inclui lâmpada incandescente, lâmpada economizadora de energia e ventilador de fluxo axial, podendo realizar diferentes tipos de experiências de carga para a corrente alternada de 220V transformada pelo inversor.
3.2 Painel de controlo de energia
(1) Indicador de tensão e corrente de saída
(3) Equipado com indicador de energia e terminal de saída de energia de segurança.
(4) Possui uma fonte de alimentação CA interna e uma função de proteção contra curto-circuitos. Os alunos podem observar a estrutura interna da caixa de energia através da janela transparente.
3.4 Componentes do equipamento
(1) Caixa de suspensão do controlador (1 unidade)
(2) Caixa de suspensão do inversor (1 unidade)
(3) Caixa de suspensão da caixa do contador (2 unidades)
(4) Caixa de suspensão da carga terminal (2 unidades)
(5) Cabo de ligação elétrica de segurança de 4 mm (40 unidades)
4 Lista de experiências
(1) Teste das características da bateria: 1) Parâmetros técnicos elétricos 2) Ligação da bateria em série e em paralelo
(2) Experiência do controlador de carga: 1) Experiência de proteção contra inversão de polaridade 2) Proteção do controlador contra sobrecarga da bateria 3) Experiência de proteção do controlador contra descarga excessiva da bateria 4) Experiência de anti-sobrecarga
(3) Experiência de simulação de sistema de geração de energia eólica
(4) Experiência de controlo de carregamento de energia eólica
(5) Experiência de teste de potência de trabalho do gerador
(6) Experiência de teste de tensão em circuito aberto da bateria fotovoltaica
(7) Experiência de teste de corrente de curto-circuito da bateria fotovoltaica
(8) Experiência de teste de potência de trabalho da bateria fotovoltaica
(9) Experiência de teste de potência máxima da bateria fotovoltaica sob diferentes condições de iluminação
(10) Experiência das características de saída da bateria fotovoltaica (11) Experiência sobre o princípio de controlo de carga das baterias fotovoltaicas
(12) Experiência de proteção contra sobrecarga de baterias fotovoltaicas
(13) Experiência de ligação de baterias fotovoltaicas em série e em paralelo
(14) Experiência sobre o princípio básico de um inversor
(15) Experiência de teste da forma de onda de saída de um inversor simples
(16) Experiência de ligação de baterias fotovoltaicas em série e em paralelo
(17) Experiência sobre o princípio básico de um inversor
(18) Experiência de teste da forma de onda de saída de um inversor simples
(19) Experiência de acionamento de carga CA por inversor
(20) Experiência de complementação de geradores eólicos e solares