SB-TZH01碳中和小屋光熱-光伏-儲能耦合實驗系統(tǒng)
一、概述
碳中和小屋光熱-光伏-儲能耦合實驗系統(tǒng),隨著"雙碳"戰(zhàn)略的深入推進，建筑領(lǐng)域作為能源消耗與碳排放的主要來源之一，其低碳化轉(zhuǎn)型已成為實現(xiàn)碳中和目標的關(guān)鍵路徑。建筑可再生能源利用與儲能技術(shù)是建筑節(jié)能減碳的核心支撐，如何將太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱利用與相變儲能技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)建筑用能系統(tǒng)的零碳化運行，已成為新能源與建筑節(jié)能領(lǐng)域的重要研究方向。
碳中和小屋光熱-光伏-儲能耦合實驗系統(tǒng)面向"碳中和小屋"場景，專為《儲能創(chuàng)客A》課程實驗教學(xué)打造，模擬零碳小屋太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱集熱、相變儲熱、建筑冷熱負荷的完整能源鏈路-。系統(tǒng)集成光伏發(fā)電單元、太陽能光熱單元、相變儲熱單元、建筑模擬負荷單元、多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及能量管理軟件六大模塊，以模塊化臺式柜體為載體，AC220V供電，覆蓋"光-電-熱-儲-用"全能量轉(zhuǎn)換與利用鏈條。
參數(shù)圖
碳中和小屋光熱-光伏-儲能耦合實驗系統(tǒng)旨在服務(wù)本科生課程實驗、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目及畢業(yè)設(shè)計，可用于碳中和小屋能源方案驗證、光熱-光伏協(xié)同輸出特性測試、相變儲能充放熱特性研究、建筑冷熱負荷模擬與能源利用效率測算等教學(xué)與科研場景，兼具教學(xué)實訓(xùn)與基礎(chǔ)科研雙重功能-。各單元采用獨立模塊化設(shè)計，既可獨立運行開展單項原理實驗，也可聯(lián)動組成完整的小屋能源系統(tǒng)進行綜合實驗，實驗條件可控、數(shù)據(jù)可復(fù)現(xiàn)，幫助學(xué)生建立建筑零碳能源供給系統(tǒng)的整體認知，掌握光伏發(fā)電、光熱利用、相變儲能、負荷模擬與能量調(diào)度等核心技能。
二、項目簡介
本項目為"碳中和小屋光熱-光伏-儲能耦合實驗系統(tǒng)"教學(xué)設(shè)備建設(shè)項目，以模擬零碳小屋的完整能源鏈路為核心目標，系統(tǒng)由以下七大功能模塊組成：
（一）光伏發(fā)電單元：采用高精度太陽能電池模擬器，額定功率800W，可精準模擬不同光照強度下的光伏陣列輸出特性，替代室外光伏陣列開展實驗，不受天氣與季節(jié)制約，為系統(tǒng)提供可控的直流電力輸入。
（二）太陽能光熱單元：采用平板型太陽能集熱器，采光面積2m?，吸收率≥95%，配套水循環(huán)管路與太陽模擬光源，可模擬不同輻照條件下的光熱轉(zhuǎn)換過程，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。
（三）相變儲熱單元：采用復(fù)合相變材料儲熱模塊，溫度控制范圍25-85℃，具備主動儲熱與被動儲熱雙模式，實現(xiàn)熱能的存儲與釋放，是系統(tǒng)"光-熱-儲"鏈路的核心環(huán)節(jié)。
（四）建筑模擬負荷單元：模擬碳中和小屋的采暖負荷、熱水負荷、照明負荷等多類冷熱用電負載，通過可調(diào)電阻負載、電加熱負載與模擬燈具組合，再現(xiàn)建筑典型用能場景。
（五）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：集成溫度傳感器、流量傳感器、電壓電流傳感器、輻照度傳感器等多類型傳感設(shè)備，實現(xiàn)多路物理量同步采集，采樣頻率可配置，支持實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)記錄。
（六）能量管理軟件：基于工業(yè)組態(tài)平臺開發(fā)，實時監(jiān)測系統(tǒng)能量流，自動計算光電轉(zhuǎn)換效率與光熱轉(zhuǎn)換效率，支持數(shù)據(jù)導(dǎo)出與分析報表生成，具備遠程監(jiān)控功能。
（七）安全保護與結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)具備過載保護、超溫保護、漏電保護等多重安全機制，采用模塊化臺式柜體設(shè)計，AC220V供電，布局緊湊、部署靈活。
系統(tǒng)各單元參數(shù)對標工業(yè)真機，控制邏輯貼合工程實際，既支持單部件結(jié)構(gòu)認知、原理驗證、性能測試等基礎(chǔ)實訓(xùn)，也可開展系統(tǒng)集成、能量調(diào)度、故障排查等綜合實訓(xùn)，是構(gòu)建碳中和小屋能源系統(tǒng)教學(xué)與科研平臺的核心載體。
三、各單元部件作用及詳細技術(shù)參數(shù)
3.1 光伏發(fā)電單元
3.1.1 單元功能
光伏發(fā)電單元是碳中和小屋能源系統(tǒng)的核心電力輸入模塊，負責(zé)將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，為系統(tǒng)各負載及儲能單元供電。本單元采用高精度太陽能電池模擬器，可精準復(fù)現(xiàn)真實光伏組件在不同光照強度和溫度條件下的I-V/P-V輸出特性。
采用模擬器替代真實光伏陣列開展實驗，可有效解決室外光伏發(fā)電受晝夜、天氣、季節(jié)等自然條件制約、實驗條件不可控、數(shù)據(jù)不可復(fù)現(xiàn)的教學(xué)痛點。通過調(diào)節(jié)模擬器的輸出參數(shù)，可在實驗室內(nèi)穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)晴天、多云、陰天、陰影遮擋等多種工況下的光伏輸出特性，為光伏發(fā)電原理驗證、MPPT算法測試、系統(tǒng)能量調(diào)度實驗提供穩(wěn)定、可控、可重復(fù)的光伏電源。
3.1.2 詳細技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
額定輸出功率 | 800W（0℃～40℃環(huán)境） |
輸出電壓范圍 | 0～150V DC |
輸出電流范圍 | 0～10A |
電壓設(shè)定精度 | ±(0.01%讀數(shù)+10mV)（25±5℃） |
電流設(shè)定精度 | ±(0.1%讀數(shù)+10mA)（25±5℃） |
電壓紋波噪聲 | ≤50mVpp |
電流紋波噪聲 | ≤15mArms |
動態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間 | ≤5ms |
空載上升時間 | ≤300ms |
滿載上升時間 | ≤1s |
顯示方式 | 5位數(shù)字電壓、電流獨立顯示 |
通訊接口 | 標配RS232、RS485，支持SCPI指令集、MODBUS-RTU協(xié)議 |
數(shù)據(jù)存儲 | 內(nèi)置300組數(shù)據(jù)存儲調(diào)用功能 |
保護功能 | 過載保護、極性接反保護、過壓保護、過流保護、過溫保護 |
供電電源 | AC 176V～264V（滿載），47Hz～63Hz |
工作環(huán)境溫度 | 0～40℃ |
相對濕度 | ≤80% |
3.1.3 功能特點
本單元支持輸出I-V曲線、P-V曲線的實時顯示與繪制，可模擬不同光照強度（100-1200W/m）、不同溫度（-10～50℃）條件下的光伏輸出特性；內(nèi)置300組數(shù)據(jù)存儲調(diào)用功能，可快速調(diào)用預(yù)設(shè)的不同工況特性曲線；標配RS232/RS485通訊接口，支持與上位機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無縫對接。
3.2 太陽能光熱單元
3.2.1 單元功能
太陽能光熱單元是碳中和小屋能源系統(tǒng)的熱能輸入模塊，負責(zé)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，為建筑供暖與生活熱水提供熱源。本單元采用平板型太陽能集熱器，配套水循環(huán)管路與可控輻照熱源，可在實驗室內(nèi)模擬不同太陽輻照條件下的光熱轉(zhuǎn)換過程。
光熱單元與光伏單元共同構(gòu)成碳中和小屋的"光-電"與"光-熱"雙路太陽能利用通道，是開展光熱-光伏協(xié)同輸出特性實驗、光熱轉(zhuǎn)換效率測試、集熱器性能對比等教學(xué)實驗的核心設(shè)備。
3.2.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（一）平板型太陽能集熱器
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
集熱器類型 | 平板型太陽能集熱器 |
輪廓面積/采光面積 | 2m2 |
外形尺寸 | 約2000×1000×80mm- |
吸收率 | ≥95% |
發(fā)射率 | ≤6%- |
板芯材質(zhì) | 全銅板芯，選擇性吸收涂層- |
蓋板材質(zhì) | 高透光率鋼化玻璃 |
保溫層 | 玻璃纖維保溫棉 |
最大工作壓力 | ≥0.6MPa- |
瞬時熱效率 | ≥70%（標準工況） |
（二）水循環(huán)管路系統(tǒng)
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
循環(huán)泵功率 | ≤300W |
循環(huán)泵供電 | AC220V |
管路材質(zhì) | PEX保溫管 |
閥門配置 | 球閥、排氣閥、排污閥 |
保溫措施 | 橡塑保溫管套 |
工作介質(zhì) | 水或防凍液（依環(huán)境溫度選用） |
流量調(diào)節(jié) | 手動閥調(diào)節(jié)，可配合變頻控制 |
（三）可控輻照熱源（選配）
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
光源類型 | 鹵素?zé)絷嚵?紅外輻射燈 |
輻照面積 | ≥2m2（匹配集熱器面積） |
輻照強度范圍 | 400～1200W/m2（可調(diào)） |
控制方式 | 無級調(diào)光 |
燈管壽命 | ≥5000h |
供電電源 | AC380V/AC220V |
3.2.3 功能特點
本單元可開展集熱器穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能測試、不同輻照強度與流量條件下的集熱效率對比實驗、集熱器時間常數(shù)與熱損失系數(shù)測定等實驗項目。水循環(huán)管路采用透明或半透明管段設(shè)計，便于學(xué)生觀察水流狀態(tài)與氣泡排除過程。
3.3 相變儲熱單元
3.3.1 單元功能
相變儲熱單元是碳中和小屋能源系統(tǒng)的熱能存儲與調(diào)度核心模塊，負責(zé)將光熱單元收集的多余熱能儲存起來，在建筑需要熱量時釋放，解決太陽能供給與建筑熱需求在時間上的不匹配問題。
相變儲能是一種以相變儲能材料為基礎(chǔ)的儲能技術(shù)，主要以儲熱為主，具有溫度恒定和儲能密度大的優(yōu)點，尤其適用于熱量供給不連續(xù)或供給與需求不協(xié)調(diào)的工況。本單元采用復(fù)合相變材料，溫度控制范圍25-85℃，具備主動儲熱和被動儲熱兩種控制模式。通過本單元的實驗教學(xué)，學(xué)生可深入理解相變儲熱的工作原理、儲放熱特性、固液相變界面演變等關(guān)鍵過程。
3.3.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（一）相變儲熱模塊
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
相變材料類型 | 石蠟 |
相變溫度范圍 | 25～85℃- |
工作溫度范圍 | 25～85℃（精確控溫） |
有效儲熱量 | ≥2.0kWh（@ΔT=40℃） |
儲熱密度 | ≥150kJ/kg |
儲能水箱 | PP材料400*400MM*400MM，可視化視窗直徑300MM |
保溫層 | 聚氨酯發(fā)泡/氣凝膠復(fù)合保溫，厚度≥30mm |
加熱方式 | 電加熱（PID精確控溫）+ 熱介質(zhì)循環(huán)儲熱 |
冷卻方式 | 水冷循環(huán)/自然冷卻- |
溫度控制精度 | ±0.5℃ |
熱響應(yīng)時間 | ≤10min（額定工況） |
（二）智能控制系統(tǒng)
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
控制模式 | 主動儲熱模式、被動儲熱模式 |
溫度控制 | PID精確控溫 |
人機界面 | LCD/LED顯示屏，可顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)、相變體各點溫度、相變體所處相態(tài) |
通訊接口 | RS485，支持遠程控制與數(shù)據(jù)通信 |
控制切換 | 主動/被動式控制模式可一鍵切換 |
安全保護 | 過溫保護、電能過載保護、漏電保護 |
3.3.3 功能特點
本單元支持相變材料恒溫加熱/放熱特性曲線測試、換熱器性能測試、相變材料自由放熱特性測試、恒功率相變材料加熱特性測試、相變儲熱及儲放熱策略研究等多種實驗項目。儲熱體支持電能儲熱（電加熱）和熱介質(zhì)循環(huán)儲熱兩種方式，支持熱能儲存與熱能釋放同時進行?？蛇x配透明視窗設(shè)計，便于學(xué)生觀察相變材料的固液相變過程。
3.4 建筑模擬負荷單元
3.4.1 單元功能
建筑模擬負荷單元是碳中和小屋能源系統(tǒng)的用能終端模塊，負責(zé)模擬碳中和小屋的采暖、熱水、照明等多類冷熱用電負荷。通過可調(diào)電阻負載、電加熱負載與模擬燈具的組合，再現(xiàn)建筑典型用能場景，為系統(tǒng)能量調(diào)度與供需平衡實驗提供真實的負荷邊界條件。
3.4.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（一）熱泵儲能
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
負荷類型 | 空氣源熱泵空調(diào) 主機 1P 變頻 制冷量1500W 制熱量1500W |
熱水箱 | 30L |
冷水箱 | 30L |
風(fēng)機盤管 | 2個獨立供熱和供冷 |
水泵 | 2個100W |
控制方式 | 手動調(diào)節(jié)/程序控制 |
模擬對象 | 小屋采暖末端（散熱器/地暖） |
熱響應(yīng)時間 | ≤30s |
（三）照明模擬負荷
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
負荷類型 | LED燈具陣列 |
額定功率 | 0～100W（連續(xù)可調(diào)） |
色溫 | 3000～6500K可調(diào) |
調(diào)光方式 | PWM調(diào)光 |
模擬對象 | 小屋室內(nèi)照明 |
（四）綜合用電負荷
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
總功率范圍 | 0～1.5kW（組合可調(diào)） |
負載類型 | 阻性/感性/阻感混合- |
控制方式 | 獨立開關(guān)+程序時序控制 |
時序控制 | 支持24h負荷曲線編程 |
通訊接口 | RS485，支持上位機遠程控制 |
3.4.3 功能特點
本單元支持多類型負荷的獨立控制與組合運行，可通過編程設(shè)定24小時逐時負荷曲線，模擬碳中和小屋在不同季節(jié)、不同時段的典型用能模式；各負荷模塊功率連續(xù)可調(diào)，便于開展不同負荷水平下的系統(tǒng)響應(yīng)實驗；負荷狀態(tài)實時上傳至能量管理軟件，支持能量流向的實時監(jiān)測與記錄。
3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
3.5.1 單元功能
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個實驗平臺的"神經(jīng)末梢"，負責(zé)實時采集光伏發(fā)電、光熱集熱、相變儲熱、建筑負荷等各環(huán)節(jié)的物理量數(shù)據(jù)，為能量流監(jiān)測、效率計算與系統(tǒng)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)集成溫度、流量、電壓電流、輻照度等多類型傳感器，實現(xiàn)多路物理量的同步采集。
3.5.2 詳細技術(shù)參數(shù)
（一）溫度采集通道
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
通道數(shù) | ≥8路- |
傳感器類型 | Pt100鉑電阻（A級） |
測量范圍 | -20～150℃- |
測量精度 | ±0.1℃- |
分辨率 | 0.01℃ |
安裝方式 | 貼片式/浸入式/插入式 |
（二）流量采集通道
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
通道數(shù) | ≥2路 |
傳感器類型 | 渦輪流量計/超聲波流量計 |
測量范圍 | 0～50L/min |
測量精度 | ±1%讀數(shù) |
輸出信號 | 4～20mA/脈沖 |
（三）電壓電流采集通道
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
電壓采集通道 | ≥4路 |
電壓測量范圍 | 0～250V DC/AC |
電流采集通道 | ≥4路 |
電流測量范圍 | 0～20A DC/AC |
測量精度 | 0.5級 |
采樣頻率 | ≥1kHz（可配置） |
A/D轉(zhuǎn)換 | 32Bit |
（四）輻照度采集通道
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
通道數(shù) | 1～2路- |
傳感器類型 | 硅光電池輻照度傳感器 |
測量范圍 | 0～2000W/m2- |
測量精度 | ＜5%- |
顯示分辨率 | 1W/m2 |
光譜范圍 | 300～3000nm |
（五）數(shù)據(jù)采集主機
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
模擬輸入通道 | ≥16路 |
模擬輸入范圍 | ±5000mV |
模擬輸入精度 | ±(讀數(shù)×0.1%+偏移量) |
測量分辨率 | 0.48μV |
輸入采集通道 | 電壓、電流 |
脈沖通道 | ≥6路 |
通訊協(xié)議 | Modbus RTU、RS232/485 |
數(shù)據(jù)存儲 | 本地存儲+云端備份（可選） |
采樣頻率 | 1～1000Hz可配置 |
3.5.3 功能特點
本系統(tǒng)支持多通道同步采集，各通道采樣頻率獨立可配置；具備數(shù)據(jù)實時顯示、趨勢曲線繪制、歷史數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出功能；支持Excel/CSV格式數(shù)據(jù)導(dǎo)出，便于學(xué)生進行數(shù)據(jù)處理與效率計算；各傳感器采用標準工業(yè)接口，便于擴展與更換。
3.6 能量管理軟件
3.6.1 單元功能
能量管理軟件是整個實驗平臺的"大腦"，負責(zé)系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、能量流的可視化展示、光電/光熱轉(zhuǎn)換效率的自動計算以及實驗數(shù)據(jù)的存儲與分析。軟件以工業(yè)組態(tài)平臺為基礎(chǔ)開發(fā)，界面直觀、操作簡便，適合本科教學(xué)實驗場景。
3.6.2 詳細功能參數(shù)
（一）實時監(jiān)控功能
功能項 | 詳細說明 |
系統(tǒng)總覽 | 以能量流向圖形式展示光伏發(fā)電、光熱集熱、相變儲能、負荷用能的完整鏈路 |
光伏監(jiān)控 | 實時顯示光伏輸出電壓、電流、功率，繪制I-V/P-V曲線 |
光熱監(jiān)控 | 實時顯示集熱器進出口溫度、流量、集熱功率、累計集熱量 |
儲熱監(jiān)控 | 實時顯示相變儲熱模塊各測點溫度、儲熱量、充放熱功率、相變狀態(tài) |
負荷監(jiān)控 | 實時顯示各負荷功率、累計用電量 |
（二）效率計算功能
功能項 | 詳細說明 |
光電轉(zhuǎn)換效率 | 光伏發(fā)電量/入射太陽輻照能量 ×100%，自動計算與顯示 |
光熱轉(zhuǎn)換效率 | 集熱器得熱量/入射太陽輻照能量 ×100%，自動計算與顯示 |
儲熱效率 | 儲熱模塊釋放熱量/儲存熱量 ×100%，自動計算與顯示 |
綜合能源效率 | 系統(tǒng)有用輸出/總太陽能輸入 ×100% |
報表生成 | 自動生成實驗數(shù)據(jù)報表，包含效率曲線與統(tǒng)計圖表 |
（三）數(shù)據(jù)管理功能
功能項 | 詳細說明 |
數(shù)據(jù)記錄 | 自動記錄各通道實時數(shù)據(jù)，采樣間隔可設(shè)置（1s～3600s） |
數(shù)據(jù)查詢 | 按時間范圍、數(shù)據(jù)類型查詢歷史數(shù)據(jù) |
數(shù)據(jù)導(dǎo)出 | 支持Excel/CSV格式導(dǎo)出，便于學(xué)生進行數(shù)據(jù)處理與分析- |
曲線繪制 | 支持多參數(shù)疊加曲線繪制與對比分析 |
（四）系統(tǒng)配置功能
功能項 | 詳細說明 |
參數(shù)設(shè)置 | 傳感器量程、報警閾值、采樣頻率等參數(shù)可配置 |
用戶管理 | 支持多用戶賬戶與權(quán)限管理- |
通訊配置 | 支持RS485/Modbus/以太網(wǎng)等多種通訊協(xié)議配置 |
3.6.3 技術(shù)架構(gòu)
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
開發(fā)平臺 | 工業(yè)組態(tài)軟件（如MCGS/組態(tài)王） |
運行環(huán)境 | Windows 10/11 專業(yè)版 |
數(shù)據(jù)庫 | SQLite/MySQL |
通訊協(xié)議 | Modbus RTU/TCP、OPC-UA |
顯示終端 | 23.8英寸觸摸一體機/55英寸大屏（可選） |
遠程訪問 | 支持Web端數(shù)據(jù)查看（可選） |
3.7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與安全保護
3.7.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)采用模塊化臺式柜體設(shè)計，各功能單元獨立成柜，布局緊湊、部署靈活：
參數(shù)項 | 技術(shù)指標 |
柜體形式 | 模塊化臺式/落地式柜體 |
柜體材質(zhì) | 冷軋鋼板，表面靜電噴塑 |
柜體尺寸 | 單柜約600×600×1200mm（可定制） |
模塊數(shù)量 | 4～6個獨立功能柜 |
供電方式 | AC220V/50Hz，總功率≤3kW |
散熱方式 | 自然對流+強制風(fēng)冷 |
移動方式 | 帶腳輪，可鎖定 |
3.7.2 安全保護
保護類型 | 技術(shù)指標 |
過載保護 | 各回路配備斷路器/熔斷器 |
超溫保護 | 相變儲熱模塊獨立溫控器+硬件超溫保護 |
漏電保護 | 總配電箱配備漏電保護器 |
過壓保護 | 光伏模擬器內(nèi)置過壓保護 |
過流保護 | 各負載回路配備過流保護 |
接地保護 | 系統(tǒng)整體可靠接地 |
緊急停機 | 配備急停按鈕，一鍵切斷所有電源 |
電氣隔離 | 強弱電分離布線，信號線屏蔽處理 |
四、可開展的實驗項目
本系統(tǒng)可支撐從基礎(chǔ)認知到綜合創(chuàng)新的多層次實驗教學(xué)，具體實驗項目設(shè)置如下：
實驗一：光伏陣列輸出特性模擬與測試實驗
實驗?zāi)康模赫莆仗柲茈姵啬M器的基本原理與操作方法，理解光伏陣列在不同光照、溫度條件下的I-V/P-V輸出特性。
主要內(nèi)容：通過太陽能電池模擬器設(shè)定不同光照強度（200～1200W/m?）和溫度參數(shù)，繪制光伏組件的I-V曲線和P-V曲線，觀測最大功率點（MPP）的變化規(guī)律；對比不同工況下的輸出特性差異，理解光照、溫度對光伏輸出的影響機制。
實驗二：平板型太陽能集熱器性能測試實驗
實驗?zāi)康模赫莆掌桨逍吞柲芗療崞鞯墓ぷ髟砼c性能測試方法，理解光熱轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律。
主要內(nèi)容：在不同輻照強度、不同入口水溫、不同流量條件下運行集熱器，測量進出口溫度、流量與得熱量，計算集熱效率；繪制集熱效率曲線（η vs. (T_in-T_a)/G）；分析輻照強度、流量對集熱效率的影響規(guī)律。
實驗三：相變儲熱材料充放熱特性實驗
實驗?zāi)康模赫莆障嘧儍岬幕驹砼c儲放熱特性測試方法，理解相變潛熱儲存與顯熱儲存的區(qū)別。
主要內(nèi)容：在恒定加熱功率下對相變儲熱模塊進行充熱，記錄各測點溫度隨時間的變化，繪制充熱溫度曲線；觀察相變材料固液相變過程，識別顯熱儲熱區(qū)與潛熱儲熱區(qū)；在自然冷卻和強制冷卻兩種條件下進行放熱實驗，對比放熱速率與放熱量；計算相變材料的有效儲熱密度與儲熱效率。
實驗四：光伏-光熱協(xié)同輸出特性實驗
實驗?zāi)康模豪斫馓柲芄夥l(fā)電與光熱利用的協(xié)同工作機理，掌握光-電與光-熱雙路能源輸出的測試方法。
主要內(nèi)容：在相同輻照條件下同時運行光伏單元與光熱單元，分別測量光電轉(zhuǎn)換效率與光熱轉(zhuǎn)換效率；分析光伏板工作溫度對發(fā)電效率的影響（可結(jié)合光熱單元的冷卻效果進行對比）；探討光伏-光熱一體化（PVT）的協(xié)同增效潛力。
實驗五：建筑冷熱負荷模擬與用能特性實驗
實驗?zāi)康模赫莆战ㄖ錈嶝摵傻哪M方法，理解碳中和小屋的典型用能模式。
主要內(nèi)容：通過建筑模擬負荷單元設(shè)定不同季節(jié)、不同時段的負荷曲線（采暖、熱水、照明），記錄系統(tǒng)供電與供熱需求；分析建筑負荷的日變化規(guī)律與季節(jié)性差異；計算不同負荷組合下的總用能量與負荷率。
實驗六：相變儲熱與建筑熱負荷供需匹配實驗
實驗?zāi)康模豪斫庀嘧儍嵩诮鉀Q太陽能供熱與建筑熱負荷時間不匹配問題中的作用。
主要內(nèi)容：設(shè)定典型日太陽輻照曲線與建筑熱負荷曲線，運行光熱單元與相變儲熱單元；觀測儲熱模塊在日間充熱、夜間放熱的完整循環(huán)過程；分析儲熱系統(tǒng)對建筑熱負荷的保障能力與時間平移效果；計算儲熱系統(tǒng)的日有用得熱量與熱利用效率。
實驗七：碳中和小屋能源系統(tǒng)綜合效率測算實驗
實驗?zāi)康模赫莆战ㄖ闾寄茉聪到y(tǒng)綜合能源利用效率的測算方法。
主要內(nèi)容：在完整工作日工況下運行系統(tǒng)各單元，記錄光伏發(fā)電量、光熱集熱量、儲熱充放熱量、負荷用電量與用熱量；計算光電轉(zhuǎn)換效率、光熱轉(zhuǎn)換效率、儲熱效率與系統(tǒng)綜合能源效率；分析各環(huán)節(jié)的能量損失分布與效率瓶頸。
實驗八：建筑側(cè)能量調(diào)度策略實驗
實驗?zāi)康模豪斫饨ㄖ闾寄茉垂┙o系統(tǒng)的能量調(diào)度邏輯與控制策略。
主要內(nèi)容：設(shè)定不同調(diào)度策略（光伏優(yōu)先、儲熱優(yōu)先、負荷跟隨等），觀測系統(tǒng)在各策略下的運行狀態(tài)與能量流向；對比不同策略下的能源利用效率與負荷滿足率；分析最優(yōu)調(diào)度策略的適用條件。
實驗九：不同儲能介質(zhì)儲熱性能對比實驗
實驗?zāi)康模赫莆詹煌瑑峤橘|(zhì)（相變儲熱 vs. 水儲熱）的性能差異與適用場景。
主要內(nèi)容：在相同輸入條件下，分別運行相變儲熱模塊與等量水儲熱模塊（可增設(shè)對比水箱）；對比兩者的儲熱量、儲熱密度、充放熱速率與熱損失；分析相變儲熱在溫度恒定與儲能密度方面的優(yōu)勢。
實驗十：碳中和小屋能源方案設(shè)計與驗證實驗
實驗?zāi)康模号囵B(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進行碳中和小屋能源方案設(shè)計的能力。
主要內(nèi)容：給定碳中和小屋的建筑參數(shù)與用能需求，學(xué)生自主設(shè)計光伏容量、光熱面積、儲熱容量等關(guān)鍵參數(shù)；在實驗平臺上搭建并運行設(shè)計方案，驗證其可行性；分析設(shè)計方案的能源自給率、經(jīng)濟性與碳減排效果；撰寫完整的能源方案設(shè)計報告。
3.8 55 英寸大屏顯示終端
屏幕規(guī)格：55 英寸高清工業(yè)顯示大屏
硬件配置：Intel Core i5-4650 處理器，預(yù)裝 Windows 10 操作系統(tǒng)
顯示功能：系統(tǒng)所有運行數(shù)據(jù)以物聯(lián)網(wǎng)形式投放在大屏上，支持分屏展示系統(tǒng)總覽、風(fēng)光發(fā)電參數(shù)、儲能狀態(tài)、制氫工況、熱泵運行數(shù)據(jù)、能量流向示意圖
展示效果：畫面清晰可視距離遠，適配實訓(xùn)室集體教學(xué)觀摩場景
連接方式：通過以太網(wǎng)對接 PLC 與組態(tài)系統(tǒng)，運行數(shù)據(jù)實時同步更新
3.9 仿真規(guī)劃軟件
基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發(fā)，采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風(fēng)力、地?zé)?、生物質(zhì)4種能源設(shè)計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。
（1）用戶管理功能：
注冊：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱和手機號碼注冊用戶
登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼
權(quán)限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學(xué)校、真實姓名、學(xué)號、上級用戶等
異地登錄：同一個賬號24小時內(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
（2）氣象數(shù)據(jù)庫
支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)，可自由設(shè)置日期進行查看。每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、最高最低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風(fēng)速、土地濕度攝氏度等。
（3）3D地圖功能
支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應(yīng)不同實際情況，最后可以根據(jù)學(xué)生完成情況進行相應(yīng)的評分。
根據(jù)項目及學(xué)習(xí)任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計的區(qū)域面積大小，選擇對應(yīng)面積以及地形相似度高的區(qū)域，并定期更新可用的區(qū)域3d地圖、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設(shè)計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；
支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。
支持修改風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評分參數(shù)：整機效率、風(fēng)力波動（自定義風(fēng)速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機組隨著每小時風(fēng)速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時內(nèi)隨機波動的特點；）
支持修改地?zé)崮艿南嚓P(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價
命名：教師可以自行命名模型的名字
刪除：教師可以對模型進行刪除操作
（4）學(xué)生端功能
支持學(xué)生通過設(shè)置3D地圖上的各種能源搭配的方案來解答教師給出的學(xué)習(xí)任務(wù)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表
學(xué)生在3d地圖上，根據(jù)模擬的每小時用能數(shù)據(jù)，合理布局"光伏發(fā)電""風(fēng)力發(fā)電""生物質(zhì)發(fā)電""淺層地?zé)嵩O(shè)施"設(shè)置各種產(chǎn)能模塊的產(chǎn)能參數(shù)，滿足區(qū)域用能需求，以完成需求側(cè)區(qū)域能源規(guī)劃方案的設(shè)計；
使用光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)、地?zé)?種新能源并結(jié)合外部電力輸入以進行能源供應(yīng)模擬并能自動計算產(chǎn)能。
根據(jù)設(shè)施地區(qū)經(jīng)緯度與氣候參數(shù)，通過選擇不同型號規(guī)格的逆變器與光伏組件，來完成光伏組件方陣的設(shè)計，主要包含參數(shù)有：方陣行數(shù)、方陣列數(shù)、組件安裝方式設(shè)計、傾角設(shè)計、逆變器數(shù)量、組件間距設(shè)計、組串串并聯(lián)的數(shù)量等完成區(qū)域光伏電站設(shè)置。
根據(jù)每小時的用電情況，實現(xiàn)戶式/小型分布式光伏電站的模擬設(shè)計，并根據(jù)所選光伏組件與逆變器估算該電站的建設(shè)成本以及模擬該分布式電站與負載的合并運行情況可設(shè)置不同容量大小的風(fēng)機，模擬風(fēng)力發(fā)電功率
根據(jù)模擬時段內(nèi)的氣溫數(shù)據(jù)，判斷當日是否存在制冷制熱需求，并根據(jù)當日的冷熱程度模擬制冷制熱能耗情況。
根據(jù)逆變器、光伏組件的價格，風(fēng)機機組價格，地?zé)犭娬緝r格，生物質(zhì)電站價格對所設(shè)計的多能互補方案的建設(shè)總成本自動統(tǒng)計在初始化并部署完成后，展示整個區(qū)域能源狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值進行計算和輸出，根據(jù)輸出結(jié)果形成各類報表。包括總數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)；
能源數(shù)據(jù)報表中，通過模擬時間過程，以及設(shè)計好的方案，可以顯示各種能源的產(chǎn)能情況，包括：總產(chǎn)能、光伏發(fā)電量、風(fēng)力發(fā)電量、淺層地?zé)崮芰?、生物質(zhì)能發(fā)電量以及外部電力輸入等。
根據(jù)用能模塊預(yù)設(shè)的用能參數(shù)，模擬計算出用能情況實時曲線與各類產(chǎn)能設(shè)施的產(chǎn)能占比，并同步圖表顯示，包括總能耗、一般能耗、制冷制熱能耗等，有助于學(xué)生進行相應(yīng)能源的設(shè)計配比。
命名：學(xué)生可自行對設(shè)計方案進行命名或重命名
刪除：教師或?qū)W生可刪除方案
