淺析提高太陽能光伏電站建設(shè)實(shí)訓(xùn)效率的教學(xué)方法

王建章

【摘 要】在太陽能光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)過程中，為了在有限的時間內(nèi)快速提升學(xué)生的綜合能力，掌握光伏組件、蓄電池、控制器、逆變器等重要設(shè)備的設(shè)計(jì)和安裝，根據(jù)實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)訓(xùn)過程中采用任務(wù)驅(qū)動的模式效果比較理想。

【關(guān)鍵詞】光伏組件；蓄電池；控制器；逆變器

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在現(xiàn)代人類生活中被廣泛運(yùn)用，太陽能路燈，太陽能熱水器，衛(wèi)星太陽能電池板，太陽能汽車等產(chǎn)品早已深入到人們的生活中。我國的光伏產(chǎn)業(yè)作為一種新興的高科技產(chǎn)業(yè)，它對人才的需求，相比其它傳統(tǒng)的行業(yè)，尤其顯得更加的迫切。因此，要求教師把理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，將技能教學(xué)活動內(nèi)容與我們生活中的需求結(jié)合起來，從而不斷滿足和解決人們對太陽能產(chǎn)品的生活需求。

在光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)過程中，為了在有限的時間內(nèi)快速提升學(xué)生的綜合能力，掌握光伏組件的選擇及安裝、蓄電池的選擇及安裝、控制器的選擇及安裝、逆變器的選擇及安裝、匯流箱的布置、防雷等重要項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和安裝，根據(jù)實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)訓(xùn)過程中采用任務(wù)驅(qū)動的模式效果比較理想。

以樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院（緯度：29.65，經(jīng)度：103.74）樓頂光伏電站設(shè)計(jì)安裝實(shí)訓(xùn)為例。實(shí)訓(xùn)時假設(shè)負(fù)載如下：6個直流負(fù)載（如手機(jī)、筆記本、LED燈），每個的工作電壓為24V，功率每個為20W，每天每個負(fù)載工作時間3h；交流負(fù)載為二間教室的負(fù)載（如節(jié)能燈、電視、電風(fēng)扇），共10個，每個負(fù)載假定額定電壓為交流220V，功率為20W，采用輸入電壓為24V的逆變器，逆變效率為90%，每天每個負(fù)載工作時間為4小時。當(dāng)?shù)刈铋L連續(xù)陰雨天為4天，太陽能電池選用某公司的組件TSM80D-12V，其基本參數(shù)為：開路電壓21.6V，短路電流4.88A，峰值電壓：18V，峰值電流4.44A，峰值功率80W，組件尺寸：1200*540*30MM。能提供的蓄電池為鉛酸免維護(hù)蓄電池，浮充電壓為12V±1V，容量為1001A·h。要求學(xué)生根據(jù)以上條件設(shè)計(jì)安裝一套太陽電池的供電系統(tǒng)。為此，學(xué)生需要做好以下幾個方面的設(shè)計(jì)工作：

1 收集當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)的氣象資料

例如，通過查詢美國太空總署NASA 全球輻照數(shù)的方法進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的收集。

第一步：輸入網(wǎng)址http：//eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi？email=zhenhuawan@gmail.com；第二步：輸入項(xiàng)目安裝地的經(jīng)緯度 經(jīng)緯度數(shù)值精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位；第三步：篩選主要參數(shù)，顯示22年內(nèi)的平均結(jié)果如表1。

2 計(jì)算負(fù)載的大小

每天的耗電量：交流日負(fù)載=10*20*4=800Wh由于采用輸入電壓為24V的逆變器，逆變效率為90%，因此以A·h安時數(shù)表示的直流日負(fù)載為=800÷24÷90%=371A·h Q=ΣA·h=6*（20*3/24）+37=15+37=52（A·h）。

3 選擇蓄電池的容量（假設(shè)放電深度α=75%）

C=自給天數(shù)X日平均負(fù)載/（最大允許放電深度X溫度修正因子）=4XQ/（α*η）=4*52/（75%*1）=277A·h（其中4為最大連續(xù)陰雨天數(shù)，樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院當(dāng)?shù)囟練鉁睾苌俚陀?°C，溫度修正因子可取1），根據(jù)提供的蓄電池規(guī)格，串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)=負(fù)載標(biāo)稱電壓/蓄電池標(biāo)稱電壓=24/12=2（串），并聯(lián)蓄電池?cái)?shù)=系統(tǒng)蓄電池總?cè)萘?所選單個蓄電池的容量=277/100=2.77≈3（并），所以該光伏系統(tǒng)需要使用12V/100A·h的蓄電池個數(shù)為：2串*3并=6個。

4 決定方陣傾角

因樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院的當(dāng)?shù)鼐暥葹棣?29.65°，取β=Φ+10.35=40°（在這里，我們采用一種較近似的方法來確定方陣傾角。一般的方法是，在我國南方地區(qū)，方陣傾角可以比當(dāng)?shù)氐木暥榷?0°～15°，在我國北方地區(qū)，方陣傾角可以比當(dāng)?shù)氐木暥榷?°～10°，緯度較大時，增加角度可小一些，同時為便于安裝，常取整數(shù)。）

5 估算太陽電池方陣的輸出電流

根據(jù)前文一中的氣象數(shù)據(jù)，將22年內(nèi)的平均日太陽直接輻射量代入公式，先求出平均日照時數(shù)：T=（HTWh/m2）÷1000W/m2=3.10kWh/m2/day÷1000W/m2=3.10（h/day）取蓄電池的充電效率為：η1=85%，方陣表面上的灰塵遮擋損耗為η2=0.9，算出方陣應(yīng)該輸出的電流為：

I=Q/（Tη1η2）=52A·h/（3.10hX0.85X0.9）=21.93A

6 決定方陣工作電壓

由于太陽能電池選用某公司的組件TSM80D-12V，其基本參數(shù)為：開路電壓21.6V，短路電流4.88A，峰值電壓：18V，峰值電流4.44A，峰值功率80W。因此，為滿足能提供24V的蓄電池工作電壓，加上線路的損耗，所需峰值電壓為18V的TSM80D-12V的組件的串聯(lián)數(shù)=24/12=2（串）。

7 確定光伏組件的功率

設(shè)太陽電池組件的最高溫度為70°C，α為太陽電池功率的溫度系數(shù)，對硅太陽電池，α一般取0.5%，tmax為組件最高的工作溫度。根據(jù)公式，可計(jì)算出方陣所需要輸出的功率為：P=IXV/[1-α（tmax-25）]=21.93*24/[1-0.5%（70-25）]=526.32/0.775=679W由于每塊組件的峰值功率為80W，所需要的組件數(shù)=679/80=8.5，按照取整數(shù)與對稱的設(shè)計(jì)原則，最后確定使用10塊TSM80D-12V的組件。其并聯(lián)數(shù)=總數(shù)/串聯(lián)數(shù)=10/2=5（并）。至此，要求學(xué)生畫出光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝示意圖如圖1。

8 太陽電池陣列的基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)

由于樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院光伏電站的設(shè)計(jì)安裝實(shí)訓(xùn)位置在樓頂，場地相對比較堅(jiān)硬、開闊和平坦，符合光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)要求。實(shí)訓(xùn)中提供的電源饋線絕緣程度好，穿管敷設(shè)容易，維修和更新的材料都很方便。