威海職業(yè)學(xué)院　王黎明

光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

威海職業(yè)學(xué)院王黎明

光伏行業(yè)的發(fā)展加大了行業(yè)對光伏人才的需求，運(yùn)用光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器進(jìn)行專業(yè)教學(xué)，能使教學(xué)效果事半功倍。本文主要討論的內(nèi)容是如何設(shè)計(jì)一款教學(xué)儀器以及如何將其應(yīng)用到教學(xué)中去。

光伏發(fā)電技術(shù)；儀器；設(shè)計(jì)與應(yīng)用；效果

引言

光伏技術(shù)的發(fā)展帶來了光伏行業(yè)的發(fā)展，光伏行業(yè)的發(fā)展又急需光伏人才的儲備，所以光伏人才的教育培養(yǎng)成為職業(yè)教育的重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一。顯而易見，設(shè)計(jì)與制作一款能應(yīng)用于光伏專業(yè)教學(xué)的教學(xué)儀器，能使得教學(xué)效果事半功倍。

1　光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器的設(shè)計(jì)思想是通過模擬獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，制作一臺麻雀雖小但五臟俱全的、具有操控臺的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺，能夠完成光伏發(fā)電驅(qū)動交直流負(fù)載的功能。該教學(xué)儀器實(shí)訓(xùn)臺設(shè)計(jì)圖紙如圖1所示。

圖1　光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)臺設(shè)計(jì)圖紙

該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺采用鋁合金材料制作，桌面采用防水、防火、耐磨的高密度板制作，整個(gè)操控臺結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，造形美觀大方；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺左側(cè)面設(shè)置一個(gè)支架，該支架可用于支撐電腦顯示器。

該系統(tǒng)由光伏供電裝置、電源控制單元、光伏供電控制單元、光伏系統(tǒng)輸出顯示單元、控制器、S7-200PLC、觸摸屏、逆變與負(fù)載系統(tǒng)組成。

（1）光伏供電裝置

該供電裝置由投射燈、太陽能電池組件、支架、擺桿、交流電動機(jī)、水平俯仰直流電動機(jī)、擺桿減速箱、光線傳感器、接近開關(guān)、限位器等部件組成。

（2）電源控制單元

（3）電源控制單元由斷路器、220V交流電源、+24V開關(guān)電源、指示燈、接線端子排和插座組成。

（4）光伏供電控制單元

該單元由各種控制按鈕和指示燈組成，主要用于手動自動選擇、光伏組件的控制、投射燈的控制等。

（5）光伏系統(tǒng)輸出顯示單元

由直流電壓表、直流電流表、通信端口組成，用于顯示光伏組件的輸出電壓和輸出電流。

（6）控制器

可采用智能型控制器，能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行智能充電，即在太陽電池板和所發(fā)出的電能超過蓄電池存儲容量時(shí)，將多余的能量消耗掉，從而保證最佳的蓄電池充電特性；還具有完善的保護(hù)功能，包括防雷、太陽能防反充、過電壓自動剎車、蓄電池反接和開路保護(hù)等。

（7）S7-200PLC

選用S7-200 CPU226型號的PLC，該P(yáng)LC輸入和輸出量分別為24點(diǎn)和16點(diǎn)。

（8）觸摸屏

采用MGS觸摸顯示屏，用于顯示光伏組件實(shí)際的輸出電流和電壓、模擬光伏系統(tǒng)實(shí)際的充電過程。

（9）逆變與負(fù)載系統(tǒng)

該模塊由離網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)逆變器、直流負(fù)載（LED循環(huán)彩燈、燈泡）、交流負(fù)載（風(fēng)機(jī)）組成。

2　光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器的安裝與使用方法

2.1儀器的安裝

安裝人員必須是具有一定電氣理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，安裝時(shí)要嚴(yán)格按照說明書規(guī)定的步驟和方式進(jìn)行。在光伏電池板各部件安裝完畢、外電路施工完工后，應(yīng)按照蓄電池→電池板→負(fù)載的順序（嚴(yán)禁顛倒）進(jìn)行安全可靠的連接和操作。

安裝時(shí)的注意事項(xiàng)：

（1）安裝控制器時(shí)，要注意保留一定的空間，以保證控制器的正常散熱。

（2）使用多股銅芯絕緣導(dǎo)線，按要求選擇導(dǎo)線規(guī)格，并能根據(jù)各連接部件之間的距離和位置，確定導(dǎo)線長度，以便盡可能減少電損耗。

（3）防止蓄電池反接。

（4）安裝光伏組件時(shí)，要注意正負(fù)極的連接，并且要保證板面的清潔。

（5）將光線傳感器安裝在光伏電池方陣中央，然后將光伏電池方陣安裝在水平方向和俯仰方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)的支架上，再將光線傳感控制盒裝在底座支架上，要求緊固件不松動。

（6）將電源線、信號線和控制線接在相應(yīng)的接插座中，接插座端的引出線使用管型端子和接線標(biāo)號。

（7）仔細(xì)檢查各連接線是否牢固無松動。

2.2使用方法

（1）接通實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺的電源；

（2）打開電腦，編制PLC程序，下載到PLC中去；

（3）打開投射燈，可通過旋轉(zhuǎn)按鈕調(diào)節(jié)光源的強(qiáng)弱；

（4）在光伏供電控制單元選擇相應(yīng)的手動自動程序；

（5）選擇相應(yīng)的交直流負(fù)載；

（6）觀察直流電壓表、直流電流表的顯示；

（7）可通過MGS觸摸屏控制光伏組件的移動，觀察充電曲線。

3　光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器的應(yīng)用效果

該教學(xué)儀器可以應(yīng)用到多門課程的教學(xué)中，比如《光伏發(fā)電技術(shù)》《光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)例》《逆變器及逆變技術(shù)》《光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝》以及實(shí)訓(xùn)課程等等。該系統(tǒng)可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)包括：太陽能電池組件逐日系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、太陽能電池的I-U特性測試、光伏組件MPPT跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)、蓄電池的性能測試、逆變器的安裝與調(diào)試、光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、組態(tài)軟件在光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等等。

經(jīng)實(shí)踐教學(xué)證明，本光伏發(fā)電系統(tǒng)教學(xué)儀器在教學(xué)中能到達(dá)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，讓學(xué)生從枯燥無味的理論學(xué)習(xí)中解放出來，能夠直觀地面對實(shí)物，提出問題、思考問題以及解決問題，從而增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性。

[1]劉佐濂,楊汝,何清平,崔海霞.光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011.10.