PVSYST軟件在光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王林青 王軍軍

摘?要：本文以家用光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例就應(yīng)用PVSYST軟件進(jìn)行光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，指出在光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用該軟件能夠提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，設(shè)計(jì)過(guò)程更接近于工作實(shí)際，為學(xué)生走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電技術(shù);課程設(shè)計(jì);PVSYST

光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)是我校新能源科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，是在完成本專業(yè)工程光學(xué)、半導(dǎo)體物理與器件、電工電子技術(shù)、太陽(yáng)能電池原理與組件工藝等基礎(chǔ)課程之后，通過(guò)實(shí)踐性教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本專業(yè)課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的能力，是學(xué)習(xí)光伏發(fā)電技術(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生光伏發(fā)電技術(shù)設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)輔助光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本手段，有效的利用光伏發(fā)電系統(tǒng)模擬軟件進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)類型及光伏電池種類的不同，可以通過(guò)各種參數(shù)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電量模擬計(jì)算及陰影分析。[1-3]該軟件安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，并存儲(chǔ)了世界上大部分重點(diǎn)城市的參數(shù)，如地理坐標(biāo)、太陽(yáng)軌跡、水平太陽(yáng)輻照值等，[1-3]在基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)等方面均可使用，所以將其用于光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)中是比較適合的。本文結(jié)合家用光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例討論P(yáng)VSYST軟件在光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 模擬實(shí)例—家用光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)置了家用光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能路燈以及大型光伏電站等工程項(xiàng)目，該課程設(shè)計(jì)主要包括實(shí)際光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、材料選取等內(nèi)容?，F(xiàn)結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例討論P(yáng)VSYST軟件在光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)學(xué)生自家地理位置、用電情況、房屋情況等設(shè)計(jì)一款適合自家家用的光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要內(nèi)容：了解設(shè)計(jì)地點(diǎn)地理位置、用電情況、房屋情況;光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)（設(shè)定光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電方式、元器件的設(shè)計(jì)及選型、損失因素配置、仿真報(bào)告分析等）。這里以重慶永川地區(qū)某學(xué)生家的用電情況、房屋情況為例，采用PVSYST軟件對(duì)家用光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)選取

重慶永川地區(qū)所在的經(jīng)緯度為北緯29o45′、東經(jīng)105 o91′，海拔高度為360米，平均日照小時(shí)數(shù)1218.7 h，年均氣溫18.2～15.4oC。用戶負(fù)載包括：1臺(tái)150 W電視機(jī)，平均日用小時(shí)數(shù)3 h;1臺(tái)100 W電冰箱，平均日用小時(shí)數(shù)24 h;1臺(tái)1200 W洗衣機(jī)，平均日用小時(shí)數(shù)1 h;1臺(tái)300 W電腦，平均日用小時(shí)數(shù)1 h;10個(gè)12 W照明燈，平均日用小時(shí)數(shù)4 h。通過(guò)對(duì)用戶負(fù)載的分析，該用戶日均用電量為4.83 kWh。

基于PVSYST軟件，根據(jù)能量損失最小確定最佳傾斜角度為14o，系統(tǒng)的方位角設(shè)定為0，如圖1所示。

1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 發(fā)電方式設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶所在地輻照情況及用戶用電量可確定該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的裝機(jī)容量為5 kW。[3]所設(shè)計(jì)的容量相比于當(dāng)?shù)氐淖儔浩魅萘啃。摴夥l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率比該區(qū)域負(fù)載功率小，所發(fā)電量自行消耗使用，不需要將多余電量并入上級(jí)電網(wǎng)，不足時(shí)可由上級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)充，所以在這里選用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，不使用蓄電池。

1.2.2 元器件的設(shè)計(jì)及選型

根據(jù)裝機(jī)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(guò)計(jì)算至少需要17塊才能滿足裝機(jī)容量的需求，[3]為了安裝方便，同時(shí)考慮到系統(tǒng)損耗，設(shè)定為18塊，9塊為一串，共兩串。電池組件確定以后，根據(jù)參數(shù)的設(shè)置，可選擇2臺(tái)2.5 kW的逆變器。每個(gè)光伏子陣列串聯(lián)9個(gè)光伏組件，采用3行3列串聯(lián)對(duì)應(yīng)一臺(tái)2.5 kW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(huì)受到外界因素以及自身特性的影響，在設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)必須考慮這些因素所引起的損耗。通過(guò)PVSYST軟件計(jì)算可得到本系統(tǒng)的損失為：7.7%的光學(xué)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(zhuǎn)換過(guò)程中造成的損失。

1.2.4 仿真報(bào)告分析

系統(tǒng)所有參數(shù)設(shè)置完畢后，在Run Simulation中完成仿真分析，并輸出設(shè)計(jì)報(bào)告，整個(gè)系統(tǒng)所需屋頂?shù)拿娣e為10.82 m2。該光伏發(fā)電系統(tǒng)每年能夠產(chǎn)生電量4025 kWh，系統(tǒng)能量利用率為82.9%，如圖3所示。

2 課程設(shè)計(jì)應(yīng)用效果

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建等相關(guān)行業(yè)越來(lái)越離不開計(jì)算機(jī)工程模擬。PVSYST是一款專業(yè)的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，在基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)等方面均可使用，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。在這里將PVSYST軟件應(yīng)用于光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，作為光伏發(fā)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)的一種有益嘗試，一方面減少了學(xué)生手工計(jì)算及手繪畫圖等工作量，提高了學(xué)生設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，可增加設(shè)計(jì)任務(wù)。另一方面，課程設(shè)計(jì)過(guò)程更接近于工作實(shí)際，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)鍛煉了學(xué)生的專業(yè)和職業(yè)技能，為學(xué)生走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

使用PVSYST軟件可能會(huì)造成學(xué)生手工計(jì)算及手繪畫圖等能力的弱化，甚至不了解計(jì)算原理，鑒于此，可采用手工計(jì)算及手繪畫圖相結(jié)合的方式來(lái)完成。另一方面，電腦數(shù)據(jù)便于轉(zhuǎn)存和拷貝，有可能使部分學(xué)生竊取他人勞動(dòng)成果，不便監(jiān)管，因此加大教學(xué)監(jiān)管力度，補(bǔ)充新的教學(xué)內(nèi)容，杜絕拷貝等現(xiàn)象的存在是非常必要的。

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