浅析提高太阳能光伏电站建设实训效率的教学方法

王建章

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【摘 要】在太阳能光伏发电实训过程中，为了在有限的时间内快速提升学生的综合能力，掌握光伏组件、蓄电池、控制器、逆变器等重要设备的设计和安装，根据实践教学发现，在实训过程中采用任务驱动的模式效果比较理想。

【关键词】光伏组件；蓄电池；控制器；逆变器

太阳能光伏发电技术在现代人类生活中被广泛运用，太阳能路灯，太阳能热水器，卫星太阳能电池板，太阳能汽车等产品早已深入到人们的生活中。我国的光伏产业作为一种新兴的高科技产业，它对人才的需求，相比其它传统的行业，尤其显得更加的迫切。因此，要求教师把理论教学和实践教学有机结合起来，将技能教学活动内容与我们生活中的需求结合起来，从而不断满足和解决人们对太阳能产品的生活需求。

在光伏发电实训过程中，为了在有限的时间内快速提升学生的综合能力，掌握光伏组件的选择及安装、蓄电池的选择及安装、控制器的选择及安装、逆变器的选择及安装、汇流箱的布置、防雷等重要项目的设计和安装，根据实践教学发现，在实训过程中采用任务驱动的模式效果比较理想。

以乐山职业技术学院（纬度：29.65，经度：103.74）楼顶光伏电站设计安装实训为例。实训时假设负载如下：6个直流负载（如手机、笔记本、LED灯），每个的工作电压为24V，功率每个为20W，每天每个负载工作时间3h；交流负载为二间教室的负载（如节能灯、电视、电风扇），共10个，每个负载假定额定电压为交流220V，功率为20W，采用输入电压为24V的逆变器，逆变效率为90%，每天每个负载工作时间为4小时。当地最长连续阴雨天为4天，太阳能电池选用某公司的组件TSM80D-12V，其基本参数为：开路电压21.6V，短路电流4.88A，峰值电压：18V，峰值电流4.44A，峰值功率80W，组件尺寸：1200*540*30MM。能提供的蓄电池为铅酸免维护蓄电池，浮充电压为12V±1V，容量为1001A·h。要求学生根据以上条件设计安装一套太阳电池的供电系统。为此，学生需要做好以下几个方面的设计工作：

1 收集当地有关的气象资料

例如，通过查询美国太空总署NASA 全球辐照数的方法进行气象数据的收集。

第一步：输入网址http：//eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi？email=zhenhuawan@gmail.com；第二步：输入项目安装地的经纬度 经纬度数值精确到小数点后两位；第三步：筛选主要参数，显示22年内的平均结果如表1。

2 计算负载的大小

每天的耗电量：交流日负载=10*20*4=800Wh由于采用输入电压为24V的逆变器，逆变效率为90%，因此以A·h安时数表示的直流日负载为=800÷24÷90%=371A·h Q=ΣA·h=6*（20*3/24）+37=15+37=52（A·h）。

3 选择蓄电池的容量（假设放电深度α=75%）

C=自给天数X日平均负载/（最大允许放电深度X温度修正因子）=4XQ/（α*η）=4*52/（75%*1）=277A·h（其中4为最大连续阴雨天数，乐山职业技术学院当地冬季气温很少低于0°C，温度修正因子可取1），根据提供的蓄电池规格，串联蓄电池数=负载标称电压/蓄电池标称电压=24/12=2（串），并联蓄电池数=系统蓄电池总容量/所选单个蓄电池的容量=277/100=2.77≈3（并），所以该光伏系统需要使用12V/100A·h的蓄电池个数为：2串*3并=6个。

4 决定方阵倾角

因乐山职业技术学院的当地纬度为Φ=29.65°，取β=Φ+10.35=40°（在这里，我们采用一种较近似的方法来确定方阵倾角。一般的方法是，在我国南方地区，方阵倾角可以比当地的纬度多10°～15°，在我国北方地区，方阵倾角可以比当地的纬度多5°～10°，纬度较大时，增加角度可小一些，同时为便于安装，常取整数。）

5 估算太阳电池方阵的输出电流

根据前文一中的气象数据，将22年内的平均日太阳直接辐射量代入公式，先求出平均日照时数：T=（HTWh/m2）÷1000W/m2=3.10kWh/m2/day÷1000W/m2=3.10（h/day）取蓄电池的充电效率为：η1=85%，方阵表面上的灰尘遮挡损耗为η2=0.9，算出方阵应该输出的电流为：

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

6 决定方阵工作电压

由于太阳能电池选用某公司的组件TSM80D-12V，其基本参数为：开路电压21.6V，短路电流4.88A，峰值电压：18V，峰值电流4.44A，峰值功率80W。因此，为满足能提供24V的蓄电池工作电压，加上线路的损耗，所需峰值电压为18V的TSM80D-12V的组件的串联数=24/12=2（串）。

7 确定光伏组件的功率

设太阳电池组件的最高温度为70°C，α为太阳电池功率的温度系数，对硅太阳电池，α一般取0.5%，tmax为组件最高的工作温度。根据公式，可计算出方阵所需要输出的功率为：P=IXV/[1-α（tmax-25）]=21.93*24/[1-0.5%（70-25）]=526.32/0.775=679W由于每块组件的峰值功率为80W，所需要的组件数=679/80=8.5，按照取整数与对称的设计原则，最后确定使用10块TSM80D-12V的组件。其并联数=总数/串联数=10/2=5（并）。至此，要求学生画出光伏发电系统安装示意图如图1。

8 太阳电池阵列的基础部分设计

由于乐山职业技术学院光伏电站的设计安装实训位置在楼顶，场地相对比较坚硬、开阔和平坦，符合光伏系统的基础建设要求。实训中提供的电源馈线绝缘程度好，穿管敷设容易，维修和更新的材料都很方便。