太陽能光伏發電技術課程改革初探

張巧杰　白連平　楊秀媛

摘要：本文從太陽能光伏發電技術課程改革的意義、太陽能光伏發電技術課程存在的問題及課程改革的主要內容等三個方面入手，重點討論了教材建設、教學內容選擇及更新、實驗裝置設計及實驗內容選擇、教學方法、教師隊伍建設等方面，在電氣2011級上課過程中進行了課程改革實踐，實踐結果表明，該課程改革效果較好。

關鍵詞：太陽能；光伏發電；課程改革

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

面臨21世紀能源短缺和環境問題，國家將新能源產業列入國家戰略性新興產業。北京市中長期科學和技術發展規劃綱要（2008—2020）科技發展重點任務之一是新能源利用。2012年，財政部、科技部、國家能源局聯合下發“金太陽”政策及“金屋頂”政策，兩大政策均支持分布式光伏發電示范項目。太陽能是能源領域的新興重點發展方向，開設太陽能發電技術課程對提高學生的就業機會，增強學生服務社會的能力有非常重要的作用。北京信息科技大學2012級培養計劃將電氣工程及其自動化專業特色定位于新能源及節能技術應用。新能源特色系列課程主要有《太陽能發電技術》等5門課，其中1門必修課，3門選修課及1門實踐課，《太陽能發電技術》是必修課和重要特色課，要發揮特色課程的作用，非常有必要進行課程改革。

一、太陽能光伏發電技術課程改革的意義

目前，國家需要大量的光伏發電相關的技術型人才和研究型人才，人才缺口較大。北京市重視“太陽能”學科點建設和人才培養，建議有條件的院校建立太陽能培訓試驗中心，以培養一大批能勝任太陽能開發需要的中高級專業技術人才和管理人才。在此形勢下，開設《太陽能發電技術》課程，講述國內外太陽能光伏發電基本理論和基本概念，從實際應用和工程設計角度，分析裝置、系統和應用，介紹太陽能光伏發電的最新技術、最新成果，為學生以后從事太陽能電池研究、光伏技術應用、光伏電站建設與管理，打下堅實的基礎。加強《太陽能發電技術》課程改革，對培養學生的專業素質，提高學生學習專業課的能力，增強學生的就業機會，提高學生服務于社會的能力具有十分重要的作用?！短柲芄夥l電技術》共計32學時，其中講課24學時，實驗8學時。該課程屬于專業課，必修課。本課程教學目的是使學生掌握太陽能光伏發電的基本理論和方法。通過對該門課程的學習，使學生了解太陽能資源的狀況，理解太陽能光伏發電的基本原理及系統的構成，掌握光伏電池、蓄電池、充放電控制器、逆變器及相關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電系統的設計。

二、太陽能光伏發電技術課程存在的問題

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

2.實踐教學問題。實驗教學對工科學生掌握所學課程的內容，靈活運用所學知識去解決實際問題的方法至關重要，太陽能發電技術更是如此。目前太陽能光伏發電實訓裝置相對匱乏。國內有一兩家教學儀器公司開發了太陽能光伏發電實訓平臺，價格昂貴，能開設的實驗很少，且操作性差，對鍛煉學生的手動實操能力幫助不大。

3.教學案例太少，教學案例建設薄弱。工程實踐部門主要完成工程設計及施工，科研院所專注于技術提升與創新，能用于教學的工程案例資料很難查詢，即使能找到少許資料，技術資料也不完備，缺乏演示行和可復制性。

三、太陽能光伏發電技術課程改革的主要內容

1.教材建設。本課程沒有固定的教材，參考《太陽能光伏發電及其應用》、《太陽能光伏并網發電及其逆變控制》等章節內容，有些內容借鑒網上資源、科技文獻的資源，經過加工整理，形成自編講義。

2.教學內容更新。本課程內容豐富，涉及面廣。涉及到光學、電工學、電力電子學、軟件工程、單片機等基礎知識，涵蓋了供配電技術、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，又有包含系統設計、應用、安裝、檢查與試驗等基本技能；既包含電力電子變換電路及控制電路等硬件內容、也包含最大功率跟蹤等軟件內容。隨著新技術新材料的出現，這些內容會不斷更新，并將更新的內容添加到課堂上。

3.實驗裝置研制及實驗內容更新。太陽能光伏發電實驗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、照度計、輻照計等儀表，能夠進行太陽能電池板伏安特性實驗、太陽能電池板不同入射角影響特性實驗、太陽能電池板輸出功率與負載特性實驗、最大功率跟蹤特性實驗四個必做實驗。該實驗平臺上還可以進行太陽能電池板開路電壓和短路電流隨光強變換實驗、太陽能電池板暗特性曲線實驗、太陽能電池串并聯特性實驗、太陽能電池板發電原理實驗、太陽能控制器性能實驗以及獨立光伏發電系統實驗凳選作實驗。

4.教學方法改革。根據本課程的特點，上課時采用案例式教學、討論式教學以及太陽能發電系統設計等實戰教學。上課過程中，講到一些基本理論后，舉一些相關的、具有一定前沿性和趣味性的例子，加深對基礎理論的理解，激發學生的學習興趣。講到太陽能最大功率跟蹤時，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？也可以讓學生思考，除了這兩種跟蹤方式，還有沒有別的跟蹤方式？結合電力電子技術和單片機等課程，啟發學生思考如何設計太陽能最大功率跟蹤器。另外，在舉例講解時，也可以適當介紹本研究領域的最新動態和最新發展成果。教科書出版周期長，往往不能及時介紹學科最新、最有價值的學術成果。教師把最前沿技術引入課堂，不僅擴展了學生知識面，吸引學生學習興趣，培養學生關注本學科發展的習慣，同時也了解學生的發展潛力，以便選拔學生。討論式教學鼓勵學生積極參加課堂討論，幫助學生建立系統的知識結構，同時也鍛煉學生的語言表達能力，將學習過程轉變為師生共同學習、共同探索提高的過程。太陽能發電系統設計等實戰教學是為某地區設計一套10kw太陽能光伏發電系統，要求列出當地的太陽能資源狀況，光伏板的性能參數、連接方式、傾斜角，控制器的主要功能及實現功能的方案，逆變器工作原理及逆變電路，蓄電池容量等，最后給出系統的經濟預算及經濟效益評價。

5.學生開放實驗。開放實驗是以學生為主體的創新性實驗，能夠調動學生的主動性、積極性和創造性，激發學生的創新思維和創新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，提高其創新實踐的能力。每年選拔對太陽能光伏發電技術有濃厚興趣的學生參加。在興趣驅動下，在導師指導下完成實驗過程，參與計劃項目的學生要自主設計實驗、自主完成實驗、自主管理實驗。先后完成太陽能節能灑水控制系統設計、太陽能多功能休閑椅控制系統設計、基于太陽能的教室燈光節能控制系統、太陽能智能溫濕度控制器等開放實驗項目。

6.教師隊伍建設。“教師有一桶水，才能給學生一杯水”，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。教師要不斷學習，提高自身的素質和儲備知識，特別是科學知識迅速發展的今天，學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展自身的業務水平，提高業務素質，才能在講臺上站穩。近年來，電氣工程系每年都派老師參加教學能力提高項目、國內訪問學者項目，到重點大學進行進修學習、交流，每年參加教學會議。通過與國內高校教師的交流學習，找到了差距，少走了彎路，增強了信心，鍛煉了溝通交流能力，更加注重團結協作，主動參與社會活動，勇于承擔責任。通過交流與合作能獲得心理支持，共同分享成功，分擔問題；通過交流與合作獲取教學信息和靈感，產生新的想法；教師在合作過程中，潛移默化地影響著學生，用無聲的語言告訴學生合作很有益，教師也在身體力行他們所倡導的信念。課程組定期組織教研活動，就教材、實驗內容、授課內容、考核方式、教學方法和手段等問題進行探討。

四、結論

《太陽能光伏發電技術》是近年來發展起來的一門新課程，沒有現成的經驗可以借鑒，本著多學習多探索的原則，本文從教材建設、教學內容選擇及更新、實驗裝置設計及實驗內容更新、教學方法改革、開設開放實驗、教師隊伍建設等方面進行了改革初探，并將這些改革應用到電氣工程教學實踐中，收到了良好的效果。

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