光伏發電技術課程設計研究

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摘要:本文以家用光伏發電系統設計為例就應用PVSYST軟件進行光伏發電技術課程設計進行了探討，指出在光伏發電技術課程設計中應用該軟件能夠提高設計效率和質量，設計過程更接近于工作實際，為學生走向工作崗位打下良好的基礎。

關鍵詞:光伏發電技術;課程設計;PVSYST

光伏發電技術課程設計是我校新能源科學與工程專業的核心課程，是在完成本專業工程光學、半導體物理與器件、電工電子技術、太陽能電池原理與組件工藝等基礎課程之后，通過實踐性教學培養學生綜合運用本專業課程的基本知識去解決某一設計任務的能力，是學習光伏發電技術設計的基礎知識、培養學生光伏發電技術設計能力的重要教學環節。計算機輔助光伏發電系統設計已成為光伏發電系統設計的基本手段，有效的利用光伏發電系統模擬軟件進行光伏發電系統設計工作可極大的提高工作效率。［1-4］PVSYST軟件是一款專用于光伏系統設計的計算機輔助設計軟件，根據光伏發電系統類型及光伏電池種類的不同，可以通過各種參數對光伏發電系統進行發電量模擬計算及陰影分析。［1-3］該軟件安全可靠、運行穩定，并存儲了世界上大部分重點城市的參數，如地理坐標、太陽軌跡、水平太陽輻照值等，［1-3］在基礎研究與應用開發等方面均可使用，所以將其用于光伏發電技術課程設計的教學中是比較適合的。本文結合家用光伏發電系統設計實例討論PVSYST軟件在光伏發電技術課程設計中的應用。

1模擬實例—家用光伏發電系統設計

光伏發電技術課程設計課程設置了家用光伏發電系統、太陽能路燈以及大型光伏電站等工程項目，該課程設計主要包括實際光伏系統設計方案的分析比較、設計計算、材料選取等內容。現結合工程設計實例討論PVSYST軟件在光伏發電技術課程設計中的應用。設計任務:根據學生自家地理位置、用電情況、房屋情況等設計一款適合自家家用的光伏發電系統。主要內容:了解設計地點地理位置、用電情況、房屋情況;光伏發電系統設計(設定光伏發電系統發電方式、元器件的設計及選型、損失因素配置、仿真報告分析等)。這里以重慶永川地區某學生家的用電情況、房屋情況為例，采用PVSYST軟件對家用光伏發電系統進行設計。1．1設計參數選取。重慶永川地區所在的經緯度為北緯29o45'、東經105o91'，海拔高度為360米，平均日照小時數1218．7h，年均氣溫18．2～15．4oC。用戶負載包括:1臺150W電視機，平均日用小時數3h;1臺100W電冰箱，平均日用小時數24h;1臺1200W洗衣機，平均日用小時數1h;1臺300W電腦，平均日用小時數1h;10個12W照明燈，平均日用小時數4h。通過對用戶負載的分析，該用戶日均用電量為4．83kWh。基于PVSYST軟件，根據能量損失最小確定最佳傾斜角度為14o，系統的方位角設定為0，如圖1所示。圖1．2光伏發電系統設計。1．2．1發電方式設計。根據用戶所在地輻照情況及用戶用電量可確定該設計系統的裝機容量為5kW。［3］所設計的容量相比于當地的變壓器容量小，該光伏發電系統發電功率比該區域負載功率小，所發電量自行消耗使用，不需要將多余電量并入上級電網，不足時可由上級電網補充，所以在這里選用并網光伏發電系統，不使用蓄電池。1．2．2元器件的設計及選型根據裝機容量的要求，考慮到用戶空間、成本等，可選用300Wp30V的多晶硅電池組件，通過計算至少需要17塊才能滿足裝機容量的需求，［3］為了安裝方便，同時考慮到系統損耗，設定為18塊，9塊為一串，共兩串。電池組件確定以后，根據參數的設置，可選擇2臺2．5kW的逆變器。每個光伏子陣列串聯9個光伏組件，采用3行3列串聯對應一臺2．5kW的逆變器。光伏組件與逆變器配置如圖2所示。1．2．3損失因素配置。光伏組件效率會受到外界因素以及自身特性的影響，在設計光伏發電系統時必須考慮這些因素所引起的損耗。通過PVSYST軟件計算可得到本系統的損失為:7．7%的光學損失、5．2%的陣列損失、2．0%的匹配度、電阻線路等損失及4．3%的逆變器轉換過程中造成的損失。1．2．4仿真報告分析。系統所有參數設置完畢后，在RunSimulation中完成仿真分析，并輸出設計報告，整個系統所需屋頂的面積為10．82m2。該光伏發電系統每年能夠產生電量4025kWh，系統能量利用率為82．9%，如圖3所示。

2課程設計應用效果

隨著光伏產業的快速發展，光伏系統的設計與搭建等相關行業越來越離不開計算機工程模擬。PVSYST是一款專業的光伏系統設計軟件，在基礎研究與應用開發等方面均可使用，在國內外得到了廣泛的應用。在這里將PVSYST軟件應用于光伏發電技術課程設計的光伏發電系統設計中，作為光伏發電技術課程設計實踐教學的一種有益嘗試，一方面減少了學生手工計算及手繪畫圖等工作量，提高了學生設計的效率和質量，縮短了設計時間，可增加設計任務。另一方面，課程設計過程更接近于工作實際，培養了學生的工程意識，通過課程設計鍛煉了學生的專業和職業技能，為學生走向工作崗位打下良好的基礎。使用PVSYST軟件可能會造成學生手工計算及手繪畫圖等能力的弱化，甚至不了解計算原理，鑒于此，可采用手工計算及手繪畫圖相結合的方式來完成。另一方面，電腦數據便于轉存和拷貝，有可能使部分學生竊取他人勞動成果，不便監管，因此加大教學監管力度，補充新的教學內容，杜絕拷貝等現象的存在是非常必要的。

參考文獻:

［1］劉文富，齊興華，李建功，等．PVSYST軟件在應用光伏學雙語課程教學中的應用［J］．科技展望，2015，25(34)．

［2］李鐵鋼．基于PVSYST的家庭獨立光伏發電系統設計［J］．沈陽工程學院學報(自然科學版)，2013，32(2):15-16．

［3］王東．分布式光伏發電建筑一體化系統設計與研究［D］．華北電力大學，2017．

［4］向鵬，姜禮華，肖婷．《光伏發電系統課程設計》課程教學模式初探［J］．課程教育研究，2018(6)．

作者:王林青 王軍軍 單位:重慶理工大學