PVSYST软件在光伏发电技术课程设计中的应用

来源: 发布时间:2019-09-16 08:57:20

  摘要:本文以家用光伏发电系统设计为例就应用PVSYST软件进行光伏发电技术课程设计进行了探讨,指出在光伏发电技术课程设计中应用该软件能够提高设计效率和质量,设计过程更接近于工作实际,为学生走向工作岗位打下良好的基础。

  关键词:光伏发电技术;课程设计;PVSYST

  光伏发电技术课程设计是我校新能源科学与工程专业的核心课程,是在完成本专业工程光学、半导体物理与器件、电工电子技术、太阳能电池原理与组件工艺等基础课程之后,通过实践性教学培养学生综合运用本专业课程的基本知识去解决某一设计任务的能力,是学习光伏发电技术设计的基础知识、培养学生光伏发电技术设计能力的重要教学环节。计算机辅助光伏发电系统设计已成为光伏发电系统设计的基本手段,有效的利用光伏发电系统模拟软件进行光伏发电系统设计工作可极大的提高工作效率[1-4]。PVSYST软件是一款专用于光伏系统设计的计算机辅助设计软件,根据光伏发电系统类型及光伏电池种类的不同,可以通过各种参数对光伏发电系统进行发电量模拟计算及阴影分析[1-3]。该软件安全可靠、运行稳定,并存储了世界上大部分重点城市的参数,如地理坐标、太阳轨迹、水平太阳辐照值等[1-3],在基础研究与应用开发等方面均可使用,所以将其用于光伏发电技术课程设计的教学中是比较适合的。本文结合家用光伏发电系统设计实例讨论PVSYST软件在光伏发电技术课程设计中的应用。

  1模拟实例—家用光伏发电系统设计

  光伏发电技术课程设计课程设置了家用光伏发电系统、太阳能路灯以及大型光伏电站等工程项目,该课程设计主要包括实际光伏系统设计方案的分析比较、设计计算、材料选取等内容。现结合工程设计实例讨论PVSYST软件在光伏发电技术课程设计中的应用。设计任务:根据学生自家地理位置、用电情况、房屋情况等设计一款适合自家家用的光伏发电系统。主要内容:了解设计地点地理位置、用电情况、房屋情况;光伏发电系统设计(设定光伏发电系统发电方式、元器件的设计及选型、损失因素配置、仿真报告分析等)。这里以重庆永川地区某学生家的用电情况、房屋情况为例,采用PVSYST软件对家用光伏发电系统进行设计。

  1.1设计参数选取

  重庆永川地区所在的经纬度为北纬29o45′、东经105 o91′,海拔高度为360米,平均日照小时数1218.7 h,年均气温18.2-15.4oC。用户负载包括:1台150 W电视机,平均日用小时数3 h;1台100 W电冰箱,平均日用小时数24 h;1台1200 W洗衣机,平均日用小时数1 h;1台300 W电脑,平均日用小时数1 h;10个12 W照明灯,平均日用小时数4 h。通过对用户负载的分析,该用户日均用电量为4.83 kWh。

  基于PVSYST软件,根据能量损失最小确定最佳倾斜角度为14o,系统的方位角设定为0,如图1所示。

  图1 光伏方阵方位角和倾斜角

  1.2光伏发电系统设计

  1.2.1发电方式设计

  根据用户所在地辐照情况及用户用电量可确定该设计系统的装机容量为5 kW[3]。所设计的容量相比于当地的变压器容量小,该光伏发电系统发电功率比该区域负载功率小,所发电量自行消耗使用,不需要将多余电量并入上级电网,不足时可由上级电网补充,所以在这里选用并网光伏发电系统,不使用蓄电池。

  1.2.2元器件的设计及选型

  根据装机容量的要求,考虑到用户空间、成本等,可选用300Wp30V的多晶硅电池组件,通过计算至少需要17块才能满足装机容量的需求[3],为了安装方便,同时考虑到系统损耗,设定为18块,9块为一串,共两串。电池组件确定以后,根据参数的设置,可选择2台2.5 kW的逆变器。每个光伏子阵列串联9个光伏组件,采用3行3列串联对应一台2.5 kW的逆变器。光伏组件与逆变器配置如图2所示。

  图2 光伏组件与逆变器配置

  1.2.3损失因素配置

  光伏组件效率会受到外界因素以及自身特性的影响,在设计光伏发电系统时必须考虑这些因素所引起的损耗。通过PVSYST软件计算可得到本系统的损失为:7.7%的光学损失、5.2%的阵列损失、2.0%的匹配度、电阻线路等损失及4.3%的逆变器转换过程中造成的损失。

  1.2.4仿真报告分析

  系统所有参数设置完毕后,在Run Simulation中完成仿真分析,并输出设计报告,整个系统所需屋顶的面积为10.82 m2。该光伏发电系统每年能够产生电量4025 kWh,系统能量利用率为82.9%,如图3所示。

  图3 仿真设计结果

  2课程设计应用效果

  随着光伏产业的快速发展,光伏系统的设计与搭建等相关行业越来越离不开计算机工程模拟。PVSYST是一款专业的光伏系统设计软件,在基础研究与应用开发等方面均可使用,在国内外得到了广泛的应用。在这里将PVSYST软件应用于光伏发电技术课程设计的光伏发电系统设计中,作为光伏发电技术课程设计实践教学的一种有益尝试,一方面减少了学生手工计算及手绘画图等工作量,提高了学生设计的效率和质量,缩短了设计时间,可增加设计任务。另一方面,课程设计过程更接近于工作实际,培养了学生的工程意识,通过课程设计锻炼了学生的专业和职业技能,为学生走向工作岗位打下良好的基础。

  使用PVSYST软件可能会造成学生手工计算及手绘画图等能力的弱化,甚至不了解计算原理,鉴于此,可采用手工计算及手绘画图相结合的方式来完成。另一方面,电脑数据便于转存和拷贝,有可能使部分学生窃取他人劳动成果,不便监管,因此加大教学监管力度,补充新的教学内容,杜绝拷贝等现象的存在是非常必要的。

  [1] 刘文富, 齐兴华, 李建功, et al. PVSYST软件在应用光伏学双语课程教学中的应用[J]. 科技展望, 2015, 25(34).

  [2] 李铁钢. 基于PVSYST的家庭独立光伏发电系统设计[J]. 沈阳工程学院学报(自然科学版), 2013, 32(2):15-16.

  [3] 王东. 分布式光伏发电建筑一体化系统设计与研究[D].华北电力大学,2017.

  [4] 向鹏, 姜礼华, 肖婷. 《光伏发电系统课程设计》课程教学模式初探[J]. 课程教育研究, 2018(6).


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