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文档简介
光伏发电系统规划与设计
教案
目录
一、教学概述........................................................1
(一)教学内容整体设计..........................................1
1.光伏发电系统规划与设计主要教学内容与要求.................1
2.光伏发电系统规划与设计教学学时分配.......................1
3.光伏发电系统规划与设计课程学习目标.......................2
(-)学情分析..................................................4
(三)教学资源..................................................5
1.教材.....................................................5
2.课程网络资源.............................................5
3.实习实训资源.............................................7
二、教学理念与方法..................................................8
(-)教学理念..................................................8
1.学生主体,教师主导.......................................8
2.节能低碳为本.............................................8
3.“做中学、做中教”构建教学设计...........................8
(-)教学策略..................................................8
(三)教学方法..................................................8
三、教案...........................................................10
(一)模块一光伏发电系统简介(4学时)........................10
1.光伏发电系统分类(2学时)...............................10
2.光伏发电系统基本组成(2学时)...........................12
(-)模块二光伏发电系统器件及选配因素(28学时)..............14
1.光伏组件的分类特点和性能参数(2学时)...................14
2.光伏组件的制作工艺和典型应用(2学时)...................17
3.充放电控制器的分类、组成结构和功能(2学时).............21
4.光伏控制器的性能参数、检测判断及选型方法(2学时).......23
5.蓄电池的分类、组成结构和特点(2学时)...................27
6.蓄电池的容量设计方法(2学时)...........................32
7.逆变器的分类、组成结构和特点(2学时)...................35
8.逆变器的选配方法(2学时)...............................40
9.汇流箱和配电柜的分类、组成结构和特点(2学时)...........43
10.变压器的分类、组成结构、功能和选型(2学时)............48
11.防雷与接地保护(2学时)................................51
12.光伏电站中的线缆(2学时)..............................55
13.光伏电站监控系统(2课时)..............................60
14.光伏电站的继电保护和自动化控制系统(2学时)............63
(三)模块三光伏电站选址(4学时)............................68
1.光资源概述(2学时).....................................68
2.光伏电站站址选择(2课时)...............................71
(四)模块四离网光伏发电系统设计(6学时).....................73
1.离网光伏路灯系统设计(2学时)..........................73
2.家用离网光伏发电系统设计(4学时)......................78
(五)模块五并网光伏发电系统设计(18学时)...................81
L5kW家用屋顶光伏发电系统设计(4学时).....................81
2.60kW扶贫光伏电站系统设计(8学时)........................85
3.10MW光伏电站设计(6课时)...............................100
(六)模块六光伏发电系统规划与设计实训周(24学时)...........111
1.实例讲解邵阳102.51kW光伏发电系统图纸(4学时).........111
2.自行设计60~100kW光伏扶贫电站(4学时)................119
3.学生分组汇报自行设计的光伏电站方案(4学时)............120
4.实例讲解1MW用户侧并网光伏电站设计要点(2学时)......121
5.自行设计并绘制1MW用户侧并网光伏电站图(6学时)......125
6.学生分组汇报设计的1MW用户侧并网光伏电站图纸(4学时)....126
II
一、教学概述
(一)教学内容整体设计
1.光伏发电系统规划与设计主要教学内容与要求
本课程作为光伏发电技术与应用专业的专业核心课程,对接了光伏电站规划
与设计的工作任务完善了相应的教学内容与要求,具体如表1T所示。
表1-1主要教学内容与要求
1.电站选址勘察;
2.电站设备选型;
3.电站容量设计、串并联计算、成本与效益等分
典型工作任务描述析;
4.电站组件布置、串并联、支架排布、防雷接地、
系统电气等设计;
5.绘图光伏电站图纸、文档编制。
1.太阳能资源评估;
2.光伏电站现场勘察;
3.光伏并网与离网发电系统设备选型;
4.光伏并网与离网发电阵列系统的设计;
5.光伏并网与离网发电电气系统的设计;
主要教学内容与要求
6.光伏并网与离网发电安全系统的设计;
7.光伏并网与离网发电系统的安装与调试;
8.光伏并网与离网发电系统的检测与验收;
9.电力体制改革政策、光伏产业政策法规和技术
规范。
2.光伏发电系统规划与设计教学学时分配
本课程内容首先阐述光伏发电系统的分类、基本组成,随后详细介绍光伏发
电系统器件的工作原理、选配因素,再选取典型的离网光伏路灯、家用离网光伏
发电系统、5kW并网光伏发电系统、60kW扶贫光伏电站、10MW光伏电站为载体,
系统描述离网与并网光伏发电系统规划与设计整个流程,通过24学时的实践教
1
学周完成离网系统、lOOkM1MW光伏电站设计,并完成项目发电量核算,可行
性分析。具体内容如表1-2所示。
表1-2光伏发电系统规划与设计课程授课学时安排
模块项目授课学时
模块一光伏发电系统1.1光伏发电系统分类2
简介(4学时)1.2光伏发电系统基本组成2
2.1光伏组件4
2.2充放电控制器4
2.3蓄电池4
2.4逆变器4
模块二光伏发电系统
2.5汇流箱、配电柜2
器件及选配因素(28学
2.6变压器2
时)
2.7防雷与接地保护2
2.8光伏电站线缆2
2.9光伏电站监控系统2
2.10光伏电站继电保护和自动控制系统2
3.1光资源概述
模块三光伏电站选址
3.2大气环境对发电效率的影响4
(4学时)
3.3光伏电站站址选择
模块四离网光伏发电4.1离网路灯系统设计2
系统设计(6学时)4.2家用离网光伏发电系统设计4
5.15kW家用屋顶光伏发电系统设计4
模块五并网光伏发电
5.260kW扶贫光伏电站系统设计8
系统设计(18学时)
5.310MW光伏电站设计6
6.1绘制家用离网光伏发电系统图纸4
模块六光伏发电系统6.2绘制lOOkW屋顶光伏电站、地面光伏
10
规划与设计实训周(24电站图纸,出具可行性研究报告
学时)6.3绘制1MW用户侧并网光伏电站图纸,
10
出具可行性研究报告
通过本课程的学习和训练,学生可以系统掌握离网光伏电站的规划与设计、
并网光伏电站的规划与设计,并能够独立编制用户侧并网的可行性研究报告。
3.光伏发电系统规划与设计课程学习目标
学生通过84课时6个任务的学习,学生会光伏电站选址、能进行太阳能资
2
源分析、会组件选型、能进行方阵设计(包括角度设计和阵列排布设计),能进
行控制器、逆变器、配电柜等电气设备的选型,并能够出具光伏发电系统设计图。
具体教学目标表见表『3所示。
模块子项目教学目标
(1)掌握光伏发电系统的分类;
模块一光伏发电系统简介
(2)掌握离网与并网光伏发电系统的区别。
(1)熟悉晶硅组件的制作工艺流程;
(2)掌握单晶硅、多晶硅等光伏组件的性能参数;
光伏组件(3)能够分析热斑效应等因素给光伏电站效率带来的影
响;
(4)能够完成光伏组件的选型。
(1)了解各类充放电控制器的分类;
充放电控制器(2)熟悉充放电控制器的工作原理、特点;
(3)能够完成离网光伏发电系统充放电控制器的选型。
(1)了解各类常见蓄电池的分类;
蓄电池(2)熟悉铅酸蓄电池的性能;
(3)能够完成蓄电池组的容量设计。
(1)了解逆变器的分类;
模块二光伏逆变器(2)掌握逆变器的工作原理;
发电系统器件(3)掌握并网与离网逆变器的选配。
及选配因素汇流箱
(1)掌握汇流箱、配电柜的工作原理及选配方法。
配电柜
(1)熟悉变压器的分类,掌握变压器的选配方法及注意
变压器
事项。
防雷与接地保(1)掌握雷电对光伏系统的危害;
护(2)掌握光伏发电系统各类防雷电措施。
(1)熟悉光伏线缆分类;
光伏电站线缆
(2)能够熟练核算光伏电站线缆并进行选配。
光伏电站监控(1)熟悉光伏电站各类监控系统;
系统(2)熟悉各类监控系统的选型与配置。
光伏电站继电(1)熟悉继电保护的概念;
保护和自动控(2)熟悉光伏电站继电保护和自动控制系统的作用。
制系统
3
(1)熟悉太阳基本知识,掌握高度角、方位角、大气质
量等概念;
(2)掌握我国光资源分布情况,能够熟练进行年总辐射
模块三光伏电站选址
量、峰值平均日照时数当量之间的换算;
(3)掌握气象条件对光伏发电效率的影响;
(4)能够合理进行光伏电站选址。
(1)掌握离网光伏发电系统的设计流程;
模块四离网光伏发电系统设(2)能够熟练设计光伏路灯系统;
计(3)能够熟练设计家用离网光伏发电系统;
(4)能够绘制各类离网光伏发电系统设计图纸。
(1)能够完成5kW家用屋顶光伏发电系统设计;
模块五并网光伏发电系统设(2)能够完成60kW扶贫光伏电站系统设计;
计(3)掌握10MW光伏电站的设计流程。
(1)能够绘制家用离网光伏发电系统图纸;
(2)能够绘制100kW屋顶光伏电站、地面光伏电站图纸,
模块六光伏发电系统规划与
出具可行性研究报告;
设计(实训周、24课时)
(3)能够绘制1MW用户侧并网光伏电站图纸,出具可行
性研究报告。
表1-3光伏发电系统规划与设计课程学习目标
(二)学情分析
本课程授课对象为光伏发电技术与应用专业2019级全体学生,课程开设在
2020-2021学年第二学期。课程团队通过问卷调查、访谈和课前测试手段进行数
据分析,其中问卷调查共发放问卷152份,收到有效问卷140份,得出学情分析
如图1T所示。
有一定绘图能力缺乏光伏电站选址知识和技能
有一定的电工知识和光伏电站入门认识缺乏太阳能资源分析知识和技能
四四
强组件材料和工艺方面有一定认识弱缺乏方阵设计知识和技能
信息化学习能力强缺乏节能环保意识
图1-1学情分析图
4
(三)教学资源
1.教材
本课程使用“十三五”职业教育国家规划教材《光伏发电系统规划与设计》,
教材主编:黄建华、张要锋、段文杰,教材出版时间2019年10月,教材封面如
图1-2所示。
“十三五”职业敕育国家规划教材
“十三五”高等职业教苜傕源类专业规划教材
喳校企共国虢源类系列教材
光伏发电颍献呜设计
GUANGFUFAOIANXITDNGGUIHUAVU6MEJI
黄建华张要锋段文杰主城
李毅嫌主审
图1-2本课程所选取的教材
2.课程网络资源
依托光伏发电技术与应用专业省级资源库(图-3)、光伏光伏发电系统规
划与设计学银在线课程(图1-4),实现线上线下混合式教学,提升教育教学质
量。
5
e力业密逆工仆之
光伏爱心技术与应用
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图1-3光伏发电技术与应用省级教学资源库
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图1-4光伏发电技术与应用学银在线课程
6
3.实习实训资源
依托新能源大楼屋顶60kW并网光伏电站(如图1-5),新能源大楼北栋102
室1MW光伏发电系统电气设备、明理楼北栋402机房,可实现基座、组件、逆变
器、汇流箱、配电柜、变压器等设施设备的选型与设计,并绘制完整的光伏电站
设计图。
图1-560kW屋顶光伏电站
图「61MW光伏电站实训中心
7
二、教学理念与方法
(一)教学理念
1.学生主体,教师主导
本组课的核心理念是以学生者为中心,采用问题导向,小组讨论等教学方法,
培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
2.节能低碳为本
光伏电站设计过程中,节能低碳的理念贯穿始终。
3.“做中学、做中教”构建教学设计
信息化手段的使用实现了“做中学,做中教”,让学生由“学会”向“会学”
以及由知识向“技能”转变
(二)教学策略
方阵设计模块采用三段混合教学的线上线下模式。师生借助学银在线上的
《光伏发电系统规划与设计》精品在线课程和学校智慧教室及实训室,共同在课
前、课中、课后利用好教学资源,主要以任务驱动法为主,辅以讨论、实操等方
法,在不同空间环境下开展教与学,实施差异化教学评价;师生可以在教室里或
实验室开展讲解、操作、抢答等互动性线下教学活动,学生也可以根据自己时间、
空间,选择性去完成视频、讨论、作业等自主性、差异化的线下学习活动,保证
学生需掌握知识点、技能点、思政点的受益最大化。
(三)教学方法
本课在教学过程中,根据学生的学情和各任务要达成的教学目标,灵活运
用多种教学和学法。
教法
【问题教学法】
设置思考问题,以问题为线索,引导学生学会思考、学习和
创造。
8
【项目教学法】
引入实际工程项目驱动
以60kW光伏电站工程项目为载体
【任务驱动法】
布置任务,通过任务,驱动学生进行学习活动。探究解决学
习问题,形成组内合作,师生互动的探究式学习氛围。
【讨论法】
以学生为中心,针对项目中的难点和重点问题,通过组织学
生讨论,学生自主活动,活跃课堂气氛,同时增加学生的团
队协作能力。
【现场教学法】
去光伏实训基地结合实物,仪器进行现场教学,效果很好。
学法
【ppt讲解法】
学生自己搜集资料,进行ppt讲解分享,有助于提升学生分
析归纳的能力。
【小组探究法】
以学生为中心,针对教学重难点问题,利用思维导图,流程
图等工具,组织学生讨论,分组合作探讨设计方案,重点突
破教学难点。
【现场实操法】
以学生为中心,在组件参数测试中,学生进行现场实操测试,
使得现场实训更有仪式感和带入感,有助于学生对知识和技
能的吸收。
9
三、教案
(一)模块一光伏发电系统简介(4学时)
1.光伏发电系统分类(2学时)
授课时间:第一周星期三1、2节
授课地点
授课模块聊聊光伏发电系统的分类
知识目标:
1.能说出离网光伏发电系统和并网光伏发电系统的分类依据。
2.了解离网、并网光伏发电系统的细分类别。
3.掌握离网、并网光伏发电系统典型特点。
能力目标:
1.能绘制简易的光伏发电系统图。
教学目的及要求
2.针对典型的光伏发电系统图能辨别出属于哪一类型。
3.掌握常见光伏发电系统的应用场景。
素质目标:
1.帮助学生树立能源危机意识。
2.培养学生专业认同感和课程学习兴趣。
3.培养学生解决能源问题,立志技能报国的使命感。
本模块知识点:
1.光伏发电系统的类型。
2.光伏发电系统特点。
教学重点及解决重点的策略
教学重点:光伏发电系统的类型。
教学策略:为突出教学重点,通过系统框架图来帮助学生对各类型光伏发电系统形成整体认
识,配合提问、讨论、总结、反思等多种方法,加深学生印象。
教学难点及解决难点的策略
教学难点:光伏发电系统特点
教学策略:采用系统图解、讨论以及“大家来找茬”游戏化互动来帮助学生理解不同光伏发
电系统的特点及区别。
方法与手段:
教学方法:自主学习法、互动式教学法、专题教学法。
教学手段:多媒体+超星学习通。
教学内容与步骤:
一、问题引入(10分钟)
先提出问题,按照大家常识,谈谈光伏发电系统包括哪些?
二、知识点讲解:70分钟(与课件配合)
序号教学内容教学活动时间(m)
10
(1)光伏发电系统根据是否并入国家电网分为离网光
伏发电系统、并网光伏发电系统。
(2)离网光伏发电系统
////
宜流螭一七色凹_H宜流㈣课前任务
反馈检查
蓄电池
图1-1无蓄电池的直流光伏系统图1-2有蓄电池的直流光伏
系统
图1-3交流和交、直流混合光伏发电系统
1光伏发
电系统20
的类型
图1-4市电互补型光伏发电系统
(3)并网光伏发电系统
精讲
图1-5有逆流并网光伏发电系统
图1-6无逆流并网光伏发电系统
11
电度
入
交流电网—►表
///-7*
并网逆变器一
//
光伏组件蓄电池组应急负载交流负载
图1-7切换型并网光伏发电系统
讨论:光
(1)根据离网光伏发电系统和并网光伏发电系统图详
2光伏发伏发电系
细介绍各种光伏发电系统的特点。
电系统统发展趋20
(2)教师提问,由学生找出不同系统之间的异同。
特点势
(3)互动讨论:未来主流的光伏发电系统有哪些?
精讲
课程思政:
结合国家“碳达峰、碳中和”相关政策及光伏发展动
3发展光汇报:能
向,由学生分组讨论并汇报在我国发展光伏的必要性。
伏的必源危机调30
树立学生能源危机意识,培养学生把解决能源问题作
要性研分析
为自己的使命的责任意识,同时增强学生对本专业的
兴趣和认同感。
三、小结:7分钟
本讲内容主要是光伏发电系统类型及每种类型各自特点。
四、作业:3分钟。利用超星学习通布置作业。
最常见的光伏发电系统分为哪几种?孤岛上的光伏通信基站属于哪类光伏发电系统?
课后反思:
2.光伏发电系统基本组成(2学时)
授课时间:第一周星期四3、4节
授课地点
授课模块谈谈光伏发电系统基本组成
知识目标:
1.熟悉典型光伏发电系统。
2.熟悉光伏发电系统组成结构。
3.掌握各种光伏发电系统结构中关键设备的作用。
能力目标:
1.能理解光伏发电系统的结构,特别是大型光伏发电系统结构。
教学目的及要求
2.能描述光伏发电系统中关键设备的功能。
3.能根据系统类型选择合理的设备部件。
素质目标:
1.培养学生的规范意识。
2.培养学生的团结协作能力。
3.培养学生的创新意识。
12
本模块知识点:
1.大型光伏发电系统结构;
2.主要关键设备。
教学重点及解决重点的策略:
教学重点:大型光伏发电系统结构
教学策略:通过MG动画、教学视频增加学生学习兴趣,详细对比离网、并网光伏发电系统
结构组成,深化学生理解。
教学难点及解决难点的策略:
教学难点:主要关键设备
教学策略:介绍逆变器、配电柜、汇流箱等关键设备时,通过图片、实物等进行直观教学。
方法与手段:
教学方法:自主学习法、翻转课堂教学法.
教学手段:多媒体+超星学习通。
教学内容与步骤:
一、问题引入(10分钟)
先提出问题,按照大家常识,谈谈对光伏发电系统结构的认识?
13
④逆变器伏发电系
统中主要
(2)并网光伏发电系统中关键设备及功能
设备的核
光伏方阵、汇流箱、配电柜、逆变器、升压系统、监
心设备
控系统等。
学生根据所学知识,通过查找相关资料,在学习通上回复任务布15
3.互动解决能源问题、应对能源危机的可能措施或方法。置:应对
讨论教师根据学生的回答做简要点评。能源危机
措施方案
三、小结:7分钟
本章内容主要是大中小三种光伏发电系统结构及每种类型下主要关键设备。
四、利用超星学习通布置作业:3分钟
结合自身家庭情况,拟在自家屋顶建设离网与并网光伏电站,请根据实际情况列出离网
与并网光伏电站的各器件。
课后反思:
(二)模块二光伏发电系统器件及选配因素(28学时)
1.光伏组件的分类特点和性能参数(2学时)
授课时间:第二周星期三1、2节
授课地点
授课模块谈谈光伏组件的分类特点和性能参数
知识目标:
1.描述光伏组件的类型;
2.阐述各种类型光伏组件的特点;
3.归纳和总结衡量光伏组件性能优劣的参数指标。
能力目标:
L能依据实际光伏组件的实物图辨认出光伏组件的类型;
2.能根据检测流程正确检测出光伏组件的电压、电流和效率等性能参数;
教学目标3.能依据检测出来的性能参数判断出光伏组件的性能优劣。
素质目标:
1.安全规范操作素质:依据光伏组件检测规范和仪器设备的安全操作规
程正确检测光伏组件的性能参数;
2.团对合作精神:团队成员互相帮助以有效完成光伏组件的识别和检测
任务;
3.职业道德意识:根据所学的光伏组件相关知识及光伏组件检测岗位的
要求正确检测和判别光伏组件的性能优劣。
本模块知识点:
14
1.光伏组件的分类与特点;
2.光伏组件的性能参数。
教学重点及解决重点的策略:
教学重点:光伏组件的类型,各种类型光伏组件的特点。
解决策略:为突破重点内容,创设学习环境并过布置各种工程上常用的光伏组件,以直观展
现不同类型的光伏组件及其特点。
教学难点及解决策略
教学难点:光伏组件性能参数的检测方法和性能优劣的判别技能。
解决策略:为突破难点内容,依据光伏组件生产企业检测岗位的真实工作环境和条件创设光
伏组件的检测环境,以直观展现不同类型的光伏组件的检测和判断方法。
方法与手段:
教学方法:情景教学法(使用工程上真实的光伏组件)、角色扮演法(扮演光伏组件检测技
I)O
教学手段:多媒体+超星学习通。
教学内容与步骤:
一、微视频引入(10分钟)
通过播放一段10分钟的包涵各种类型的光伏组件的光伏电站视频,以展现下图所示的
光伏组件的实际应用案例,以激发学生的学习热情。
单晶吊架件
9J%一
第一代,吐系九伐组件
多£珪组件
—丝带珪巾也
1冰-
第一代,薄段光伏组件
弟=代《当电化学电泡、染料叙化光伏与包
「第匹代;纳米晶、茹产清黄心电部
二、知识点讲解:70分钟(与课件配合)
时间
序号教学内容教学活动
(M)
1.按太阳电池的材料分类课前任务反馈检
①晶体硅太阳电池组件;②薄膜太阳电池组件。查:以提问的方式
2.按封装类型分类检查课前的预习
1.光
①刚性太阳电池组件;②柔性太阳电池组件:③半情况和预习的效
伏组
刚性太阳电池组件。率。20
件类
3.按透光度分类问题一:光伏组件
型
①透光型太阳电池组件;②不透光性太阳电池组的类型有哪些?
件。问题二:各种类型
4.按与建筑物结合的方式分类的光伏组件的各
15
①屋顶太阳电池组件;②窗檐太阳电池组件;③玻有什么特点?
璃幕墙太阳电池组件:④建筑一体化材料。问题三:从实训室
分别拿出不同类
型的光伏组件让
学生判断其类型
精讲:根据回答问
题的情况有针对
性地讲解晶硅类
光伏组件和薄膜
类光伏组件的特
点和区分方法。
光伏组件的性能参数主要有:短路电流、开路课前任务反馈检
电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子查:以提问的方式
和转换效率等。检查课前的预习
情况和预习的效
(1)短路电流Is
率。
(2)开路电压U。
问题一:光伏组件
(3)峰值电流Im的性能检测参数
(4)峰值电压Um有哪些?
问题二:性能检测
(5)峰值功率Pm
工具有哪些,如何
(6)填充因子检测?
2.光p,„问题三:请不同的
FF=一
伏组1u学生根据光伏组
件性件不同参数的检
能参(7)转换效率:测方法和检测流
数检P,n*1仅)%i„y„,程分别检测晶硅50
(电池组件有效面积加(单彳
测和pinA)xP和薄膜组件的电
22
优劣其中P.1,1=KXX)W/m=1(X)/MW/cm压、电流和功率等
的判参数,并计算出光
14-r
断50口二R大可eS3SW伏组件的FF及转
品侔一中
tII.换效率
状$总IT"用4一f出差3.B2A
融口q”rr5-..i47TV精讲:根据回答问
二十地JJLXU日寓考”P.ISA
题及实际检测操
门门北审工产制宸1CX—IJX
货电反IQgVDC20A作情况有针对性
地讲解并总结归
里券二二文绢r正三券配
弓注短±话吩:WM益”庐其。W纳晶硅类和薄膜
毛件尺7T百七丁介电65次WV类光伏组件性能
最仕„心淡
工:,一|斤4120皿n□々tlL眼75V参数的检测和性
SlriltT:1?rrm赳汕济I.VSA能优劣的判别方
不件用》“3%工n■不宜/
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