光伏发电系统教学仪器的设计与应用

威海职业学院　王黎明

光伏发电系统教学仪器的设计与应用

威海职业学院王黎明

光伏行业的发展加大了行业对光伏人才的需求，运用光伏发电系统教学仪器进行专业教学，能使教学效果事半功倍。本文主要讨论的内容是如何设计一款教学仪器以及如何将其应用到教学中去。

光伏发电技术；仪器；设计与应用；效果

引言

光伏技术的发展带来了光伏行业的发展，光伏行业的发展又急需光伏人才的储备，所以光伏人才的教育培养成为职业教育的重点研究项目之一。显而易见，设计与制作一款能应用于光伏专业教学的教学仪器，能使得教学效果事半功倍。

1　光伏发电系统教学仪器的设计与组成

光伏发电系统教学仪器的设计思想是通过模拟独立式光伏发电系统，采用模块化结构，制作一台麻雀虽小但五脏俱全的、具有操控台的实验实训台，能够完成光伏发电驱动交直流负载的功能。该教学仪器实训台设计图纸如图1所示。

图1　光伏发电系统实训台设计图纸

该系统的实验实训台采用铝合金材料制作，桌面采用防水、防火、耐磨的高密度板制作，整个操控台结构坚固，造形美观大方；实验实训台左侧面设置一个支架，该支架可用于支撑电脑显示器。

该系统由光伏供电装置、电源控制单元、光伏供电控制单元、光伏系统输出显示单元、控制器、S7-200PLC、触摸屏、逆变与负载系统组成。

（1）光伏供电装置

该供电装置由投射灯、太阳能电池组件、支架、摆杆、交流电动机、水平俯仰直流电动机、摆杆减速箱、光线传感器、接近开关、限位器等部件组成。

（2）电源控制单元

（3）电源控制单元由断路器、220V交流电源、+24V开关电源、指示灯、接线端子排和插座组成。

（4）光伏供电控制单元

该单元由各种控制按钮和指示灯组成，主要用于手动自动选择、光伏组件的控制、投射灯的控制等。

（5）光伏系统输出显示单元

由直流电压表、直流电流表、通信端口组成，用于显示光伏组件的输出电压和输出电流。

（6）控制器

可采用智能型控制器，能够对蓄电池进行智能充电，即在太阳电池板和所发出的电能超过蓄电池存储容量时，将多余的能量消耗掉，从而保证最佳的蓄电池充电特性；还具有完善的保护功能，包括防雷、太阳能防反充、过电压自动刹车、蓄电池反接和开路保护等。

（7）S7-200PLC

选用S7-200 CPU226型号的PLC，该PLC输入和输出量分别为24点和16点。

（8）触摸屏

采用MGS触摸显示屏，用于显示光伏组件实际的输出电流和电压、模拟光伏系统实际的充电过程。

（9）逆变与负载系统

该模块由离网逆变器、并网逆变器、直流负载（LED循环彩灯、灯泡）、交流负载（风机）组成。

2　光伏发电系统教学仪器的安装与使用方法

2.1仪器的安装

安装人员必须是具有一定电气理论知识和实践经验的技术人员，安装时要严格按照说明书规定的步骤和方式进行。在光伏电池板各部件安装完毕、外电路施工完工后，应按照蓄电池→电池板→负载的顺序（严禁颠倒）进行安全可靠的连接和操作。

安装时的注意事项：

（1）安装控制器时，要注意保留一定的空间，以保证控制器的正常散热。

（2）使用多股铜芯绝缘导线，按要求选择导线规格，并能根据各连接部件之间的距离和位置，确定导线长度，以便尽可能减少电损耗。

（3）防止蓄电池反接。

（4）安装光伏组件时，要注意正负极的连接，并且要保证板面的清洁。

（5）将光线传感器安装在光伏电池方阵中央，然后将光伏电池方阵安装在水平方向和俯仰方向运动机构的支架上，再将光线传感控制盒装在底座支架上，要求紧固件不松动。

（6）将电源线、信号线和控制线接在相应的接插座中，接插座端的引出线使用管型端子和接线标号。

（7）仔细检查各连接线是否牢固无松动。

2.2使用方法

（1）接通实验实训台的电源；

（2）打开电脑，编制PLC程序，下载到PLC中去；

（3）打开投射灯，可通过旋转按钮调节光源的强弱；

（4）在光伏供电控制单元选择相应的手动自动程序；

（5）选择相应的交直流负载；

（6）观察直流电压表、直流电流表的显示；

（7）可通过MGS触摸屏控制光伏组件的移动，观察充电曲线。

3　光伏发电系统教学仪器的应用效果

该教学仪器可以应用到多门课程的教学中，比如《光伏发电技术》《光伏发电系统实例》《逆变器及逆变技术》《光伏发电系统设计与安装》以及实训课程等等。该系统可以进行的实验实训包括：太阳能电池组件逐日系统的安装与调试、太阳能电池的I-U特性测试、光伏组件MPPT跟踪系统设计、蓄电池的性能测试、逆变器的安装与调试、光伏发电系统的安装与调试、组态软件在光伏发电监控系统中的设计与应用等等。

经实践教学证明，本光伏发电系统教学仪器在教学中能到达预期的教学目标，能够激发学生的学习动力，让学生从枯燥无味的理论学习中解放出来，能够直观地面对实物，提出问题、思考问题以及解决问题，从而增强了学习的趣味性。

[1]刘佐濂,杨汝,何清平,崔海霞.光伏并网发电实验系统设计[J].实验技术与管理,2011.10.