太陽能光伏發(fā)電技術(shù)課程改革初探

張巧杰　白連平　楊秀媛

摘要：本文從太陽能光伏發(fā)電技術(shù)課程改革的意義、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)課程存在的問題及課程改革的主要內(nèi)容等三個方面入手，重點(diǎn)討論了教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容選擇及更新、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、教學(xué)方法、教師隊(duì)伍建設(shè)等方面，在電氣2011級上課過程中進(jìn)行了課程改革實(shí)踐，實(shí)踐結(jié)果表明，該課程改革效果較好。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；課程改革

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）49-0131-02

面臨21世紀(jì)能源短缺和環(huán)境問題，國家將新能源產(chǎn)業(yè)列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。北京市中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2008—2020）科技發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)之一是新能源利用。2012年，財(cái)政部、科技部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)“金太陽”政策及“金屋頂”政策，兩大政策均支持分布式光伏發(fā)電示范項(xiàng)目。太陽能是能源領(lǐng)域的新興重點(diǎn)發(fā)展方向，開設(shè)太陽能發(fā)電技術(shù)課程對提高學(xué)生的就業(yè)機(jī)會，增強(qiáng)學(xué)生服務(wù)社會的能力有非常重要的作用。北京信息科技大學(xué)2012級培養(yǎng)計(jì)劃將電氣工程及其自動化專業(yè)特色定位于新能源及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用。新能源特色系列課程主要有《太陽能發(fā)電技術(shù)》等5門課，其中1門必修課，3門選修課及1門實(shí)踐課，《太陽能發(fā)電技術(shù)》是必修課和重要特色課，要發(fā)揮特色課程的作用，非常有必要進(jìn)行課程改革。

一、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)課程改革的意義

目前，國家需要大量的光伏發(fā)電相關(guān)的技術(shù)型人才和研究型人才，人才缺口較大。北京市重視“太陽能”學(xué)科點(diǎn)建設(shè)和人才培養(yǎng)，建議有條件的院校建立太陽能培訓(xùn)試驗(yàn)中心，以培養(yǎng)一大批能勝任太陽能開發(fā)需要的中高級專業(yè)技術(shù)人才和管理人才。在此形勢下，開設(shè)《太陽能發(fā)電技術(shù)》課程，講述國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電基本理論和基本概念，從實(shí)際應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)角度，分析裝置、系統(tǒng)和應(yīng)用，介紹太陽能光伏發(fā)電的最新技術(shù)、最新成果，為學(xué)生以后從事太陽能電池研究、光伏技術(shù)應(yīng)用、光伏電站建設(shè)與管理，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。加強(qiáng)《太陽能發(fā)電技術(shù)》課程改革，對培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課的能力，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)機(jī)會，提高學(xué)生服務(wù)于社會的能力具有十分重要的作用。《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)》共計(jì)32學(xué)時(shí)，其中講課24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)。該課程屬于專業(yè)課，必修課。本課程教學(xué)目的是使學(xué)生掌握太陽能光伏發(fā)電的基本理論和方法。通過對該門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解太陽能資源的狀況，理解太陽能光伏發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構(gòu)成，掌握光伏電池、蓄電池、充放電控制器、逆變器及相關(guān)電力電子變換電路的工作原理及控制方法，熟悉最大功率跟蹤的概念及常用算法，最后介紹典型小光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

二、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)課程存在的問題

1.教材問題。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用越來越多，需要大量的應(yīng)用技術(shù)型人才和研究型人才，但人才培養(yǎng)需要有針對性的教材和相關(guān)的參考書。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一門新技術(shù)，其知識內(nèi)容更新速度非?？?。目前這方面的書籍很多，但實(shí)用教材卻很少，有些書針對光伏發(fā)電的某一點(diǎn)，過于專業(yè)，有些書只是簡單的科普，多數(shù)不適合作高校教材。

2.實(shí)踐教學(xué)問題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對工科學(xué)生掌握所學(xué)課程的內(nèi)容，靈活運(yùn)用所學(xué)知識去解決實(shí)際問題的方法至關(guān)重要，太陽能發(fā)電技術(shù)更是如此。目前太陽能光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)裝置相對匱乏。國內(nèi)有一兩家教學(xué)儀器公司開發(fā)了太陽能光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)平臺，價(jià)格昂貴，能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)很少，且操作性差，對鍛煉學(xué)生的手動實(shí)操能力幫助不大。

3.教學(xué)案例太少，教學(xué)案例建設(shè)薄弱。工程實(shí)踐部門主要完成工程設(shè)計(jì)及施工，科研院所專注于技術(shù)提升與創(chuàng)新，能用于教學(xué)的工程案例資料很難查詢，即使能找到少許資料，技術(shù)資料也不完備，缺乏演示行和可復(fù)制性。

三、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)課程改革的主要內(nèi)容

1.教材建設(shè)。本課程沒有固定的教材，參考《太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用》、《太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電及其逆變控制》等章節(jié)內(nèi)容，有些內(nèi)容借鑒網(wǎng)上資源、科技文獻(xiàn)的資源，經(jīng)過加工整理，形成自編講義。

2.教學(xué)內(nèi)容更新。本課程內(nèi)容豐富，涉及面廣。涉及到光學(xué)、電工學(xué)、電力電子學(xué)、軟件工程、單片機(jī)等基礎(chǔ)知識，涵蓋了供配電技術(shù)、自動控制原理等基本理論。既包含太陽能電池、蓄電池、逆變器、控制器等組成部分的基本原理，又有包含系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用、安裝、檢查與試驗(yàn)等基本技能；既包含電力電子變換電路及控制電路等硬件內(nèi)容、也包含最大功率跟蹤等軟件內(nèi)容。隨著新技術(shù)新材料的出現(xiàn)，這些內(nèi)容會不斷更新，并將更新的內(nèi)容添加到課堂上。

3.實(shí)驗(yàn)裝置研制及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新。太陽能光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺主要由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器等組成，測試儀器主要用到萬用表、電流表、功率儀、溫度計(jì)、照度計(jì)、輻照計(jì)等儀表，能夠進(jìn)行太陽能電池板伏安特性實(shí)驗(yàn)、太陽能電池板不同入射角影響特性實(shí)驗(yàn)、太陽能電池板輸出功率與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)、最大功率跟蹤特性實(shí)驗(yàn)四個必做實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)平臺上還可以進(jìn)行太陽能電池板開路電壓和短路電流隨光強(qiáng)變換實(shí)驗(yàn)、太陽能電池板暗特性曲線實(shí)驗(yàn)、太陽能電池串并聯(lián)特性實(shí)驗(yàn)、太陽能電池板發(fā)電原理實(shí)驗(yàn)、太陽能控制器性能實(shí)驗(yàn)以及獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)凳選作實(shí)驗(yàn)。

4.教學(xué)方法改革。根據(jù)本課程的特點(diǎn)，上課時(shí)采用案例式教學(xué)、討論式教學(xué)以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)戰(zhàn)教學(xué)。上課過程中，講到一些基本理論后，舉一些相關(guān)的、具有一定前沿性和趣味性的例子，加深對基礎(chǔ)理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。講到太陽能最大功率跟蹤時(shí)，可以找些太陽能最大功率跟蹤的圖片，視頻。圖片是單軸跟蹤還是雙軸跟蹤？也可以讓學(xué)生思考，除了這兩種跟蹤方式，還有沒有別的跟蹤方式？結(jié)合電力電子技術(shù)和單片機(jī)等課程，啟發(fā)學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)太陽能最大功率跟蹤器。另外，在舉例講解時(shí)，也可以適當(dāng)介紹本研究領(lǐng)域的最新動態(tài)和最新發(fā)展成果。教科書出版周期長，往往不能及時(shí)介紹學(xué)科最新、最有價(jià)值的學(xué)術(shù)成果。教師把最前沿技術(shù)引入課堂，不僅擴(kuò)展了學(xué)生知識面，吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注本學(xué)科發(fā)展的習(xí)慣，同時(shí)也了解學(xué)生的發(fā)展?jié)摿?，以便選拔學(xué)生。討論式教學(xué)鼓勵學(xué)生積極參加課堂討論，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，同時(shí)也鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力，將學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒餐瑢W(xué)習(xí)、共同探索提高的過程。太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)戰(zhàn)教學(xué)是為某地區(qū)設(shè)計(jì)一套10kw太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，要求列出當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源狀況，光伏板的性能參數(shù)、連接方式、傾斜角，控制器的主要功能及實(shí)現(xiàn)功能的方案，逆變器工作原理及逆變電路，蓄電池容量等，最后給出系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)預(yù)算及經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)。

5.學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)。開放實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，能夠調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，提高其創(chuàng)新實(shí)踐的能力。每年選拔對太陽能光伏發(fā)電技術(shù)有濃厚興趣的學(xué)生參加。在興趣驅(qū)動下，在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)過程，參與計(jì)劃項(xiàng)目的學(xué)生要自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主完成實(shí)驗(yàn)、自主管理實(shí)驗(yàn)。先后完成太陽能節(jié)能灑水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、太陽能多功能休閑椅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于太陽能的教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)、太陽能智能溫濕度控制器等開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

6.教師隊(duì)伍建設(shè)?！敖處熡幸煌八拍芙o學(xué)生一杯水”，說的是教師要有豐富的知識，練就一身過硬的功夫，才能把課上好。教師要不斷學(xué)習(xí)，提高自身的素質(zhì)和儲備知識，特別是科學(xué)知識迅速發(fā)展的今天，學(xué)生獲取知識的途徑很多，知識面較寬廣，對教師的要求也就越來越高，這就需要老師要不斷的擴(kuò)展自身的業(yè)務(wù)水平，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)，才能在講臺上站穩(wěn)。近年來，電氣工程系每年都派老師參加教學(xué)能力提高項(xiàng)目、國內(nèi)訪問學(xué)者項(xiàng)目，到重點(diǎn)大學(xué)進(jìn)行進(jìn)修學(xué)習(xí)、交流，每年參加教學(xué)會議。通過與國內(nèi)高校教師的交流學(xué)習(xí)，找到了差距，少走了彎路，增強(qiáng)了信心，鍛煉了溝通交流能力，更加注重團(tuán)結(jié)協(xié)作，主動參與社會活動，勇于承擔(dān)責(zé)任。通過交流與合作能獲得心理支持，共同分享成功，分擔(dān)問題；通過交流與合作獲取教學(xué)信息和靈感，產(chǎn)生新的想法；教師在合作過程中，潛移默化地影響著學(xué)生，用無聲的語言告訴學(xué)生合作很有益，教師也在身體力行他們所倡導(dǎo)的信念。課程組定期組織教研活動，就教材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、授課內(nèi)容、考核方式、教學(xué)方法和手段等問題進(jìn)行探討。

四、結(jié)論

《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)》是近年來發(fā)展起來的一門新課程，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，本著多學(xué)習(xí)多探索的原則，本文從教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容選擇及更新、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新、教學(xué)方法改革、開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)、教師隊(duì)伍建設(shè)等方面進(jìn)行了改革初探，并將這些改革應(yīng)用到電氣工程教學(xué)實(shí)踐中，收到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖志剛，蔣瑤，尹紹全，何嵐.“太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用”課程改革研究[J].樂山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013：61-64.

[2]汪義旺.Matlab仿真在光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（7）：177-179.

[3]張發(fā)云，李水根，李玲，等.光伏專業(yè)太陽電池多晶硅絨面創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].新余學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，15（5）：73-75.

[4]鄧遲.光伏材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程體系建設(shè)[J].廣西教育，2012，（5）：45-46.

[5]陳爽，蘇育志，趙建華，等.地方高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（3）：1-4.