太陽能光伏發電應用于技工院校教育課程教學方式探討

聶兆連 張悅

摘 要：進入21世紀面臨化石燃料的短缺和生態環境嚴重污染的局面，太陽能發電能在一定程度上緩解這一問題。隨著光伏產業的蓬勃發展，培養光伏應用型技術人才勢在必行。在此情形下，太陽能光伏發電技術與技工院校教育的結合應運而生。本文介紹了太陽能光伏發電的基本原理和主要優勢，探討了光伏發電于技工院校教育課程的應用，從構建原則、能力分析、體系構建、教學方式等方面分析了光伏應用技術專業的課程體系，為技工院校教育提供參考。

關鍵詞：光伏發電 技工院校教育課程 教學方式

知識經濟化的時代，信息化的社會，終身教育理念和建立學習型社會等新觀念受到普遍的認同和推崇，已融入各國的教育領域，并在不斷實踐探索之中。中等職業教育也必然融入終身教育的體系之中。終身教育體系的教育目標與中等職業學校的教育目標是有機的統一。近年來，隨著光伏產業的蓬勃發展，光伏應用技術成為一門新專業進去各地區技工院校勢在必行。

一、現狀

（一）太陽能光伏發電的基本原理和主要優勢

1.光伏發電的基本原理

太陽能光伏發電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉換為電能的發電方式，而且隨著技術的不斷進步，光伏發電有可能成為最具有發展前景的發電技術之一。

光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器光伏發電三大部分組成。光伏發電利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能。技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。當太陽能電池受到太陽光（或其它光）的照射時，電池能吸收光能，產生“光生電子-空穴”對。光生電子和空穴由于受到電池內電場作用而被分離，在電池兩端積累起異號電荷，即產生電壓。

2.太陽能光伏發電的主要優勢

（1）普遍性：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，便于采集，且無須開采和運輸。

（2）無害性：開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔能源之一，在環境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。

（3）穩定性：光伏發電系統工作性能穩定可靠，使用壽命長。晶體硅太陽能電池壽命可長達20-35年。在光伏發電系統中，只要設計合理、選型適當，蓄電池的壽命也可長達10～15年。

（4）靈活性：太陽能電池組件結構簡單，體積小、重量輕，便于運輸和安裝。光伏發電系統建設周期短，而且根據用電負荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴容。

（5）豐富性：每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。

（6）可持續性：根據太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。

（二）技工院校的發展現狀

技工院校是人力資源和社會保障部門主管，以培養技術工人為主要目標的專門學校，是國民教育體系和人力資源開發的重要組成部分。經過60多年的發展，技工院校已經成為綜合性的技工教育和職業培訓基地、高技能人才培養的重要陣地、世界技能大賽主要集訓基地、與企業聯系緊密的辦學實體，形成了鮮明的辦學特色和獨特的技能人才培養優勢。截至2016年底，全國共有技工院校2526所，在校生超323.2萬人。

技工院校發展機遇與挑戰并存。一方面，黨和國家高度重視、從宏觀層面做出了戰略部署，技工院校面臨前所未有的發展機遇；經濟社會發展對技能人才不斷增長的強勁需求，為技工教育事業發展開辟了廣闊空間；職業能力建設事業的整體推進，為技工教育事業發展創造了有利條件。另一方面，法律法規缺失問題比較凸出，完善頂層設計的任務艱巨；技工院校投入不足、發展不平衡問題亟待解決；穩定招生規模、提高生源質量面臨較大挑戰。

二、光伏發電于技工院校教育課程的應用

（一）光伏應用技術專業

光伏應用技術專業主要面向太陽能光伏企業，培養德、智、體等全面發展，具有良好的職業素質，掌握光伏發電系統所涉及的相關基本理論知識及其實際操作能力，能夠從事光伏離網、并網發電系統的分析、設計、安裝、調試與技術管理、電能質量管理等崗位工作的高等應用型技術人才。

光伏應用技術專業所培養的職業人才需要掌握現代電能質量檢測技術、光伏發電系統的設計及其應用、光伏電池原理與能量存儲技術、PLC技術、單片機原理與應用、電機拖動、光伏電力電子技術、太陽能光伏系統概論、工廠電氣設備、傳感器技術應用、PLC技術實訓、光伏發電系統安裝與調試實訓等課程。

光伏應用技術專業所培養的職業人才能取得多種職業證書，包括《中級維修電工》證書、《全國CAD等級》認證、《CEAC電氣智能技術應用工程師》、《電子設計工程師》、《光伏組件技術工程師》等證書。

光伏應用技術專業所培養的職業人才主要是在光伏行業中從事光伏材料加工、光伏產品生產、檢測與質量控制，光伏發電系統的安裝調試、光伏發電系統的運行維護、光伏產品的銷售及售后服務、小型光伏系統集成、生產技術管理等工作。

（二）關于光伏應用技術專業課程結構的設計

1.課程體系構建原則

全面貫徹落實科學發展觀，遵循國家的教育方針，與地方經濟社會的發展主動結合，以提高質量為核心，以突出特色為重點，以合作辦學、合作育人、合作就業、合作發展為主線，創新體制機制，推進產教結合，促進專業與產業對接、課程內容與職業標準對接、教學過程與生產過程對接、學歷證書與職業資格證書對接、職業教育與終身學習對接。

堅持主動適應區域經濟和社會發展需求的原則，準確把握專業定位和發展方向，深入行業或企業一線，培養適應社會經濟發展和現代產業體系建設的特色人才；堅持工學結合、校企合作共育人才的原則，深化人才培養模式改革，共同開發專業課程和教學資源，突出人才培養的針對性、靈活性和開放性；堅持能力與素質并重，知識、技能與素質協調發展的原則，全面提高學生的核心競爭力；堅持理論與實踐結合、“教學做”一體多元化教學模式改革的原則，重視教學過程的實踐性、開放性和職業性，構建“以培養職業能力為核心”的崗位認識實習、情境式仿真實訓、綜合性生產實訓、就業式頂崗實習等能力遞進的實踐教學體系。

2.職業崗位能力分析

該課程圍繞專業培養目標構建體系，以職業的核心能力為主線，以行業職業資格為標準，以生產崗位典型工作任務為載體，同時結合專業定位，在與企業共同開發的過程中建立系統化課程體系。以處于光伏產業下游的光伏電站建設與光伏應用產品企業為例：

光伏電站建設的主要工作崗位有電站建設前期調研、工程設計、工程項目申報、工程施工、入網調試、電站運行維護與檢修等。光伏應用產品生產的主要工作崗位有單體電池檢測、特種組件生產、組件檢測、控制器制作、系統集成與檢測、系統維護與技術服務等。

3.課程體系構建

高職教育的目標是培養高素質技能型人才，所以在建設光伏應用技術專業課程體系時必須抓住區域產業、企業、學生三個要素，在保證學生專業技能的同時，具備應有的素質。不僅加強學生職業技能的提高，同時加強原屬于文化素質課的公共基礎課程，讓公共基礎課程知識不止是浮于表面，而是要讓學生真正具備應有的文化素質和交叉學科能力，能更好地適應社會需求。

在構建專業課程平臺時，主要包括基礎理論課程與職業能力課程。基礎理論課程顧名思義，是讓學生掌握基礎理論知識和基本實踐技能的課程。在基礎理論課程中主要有《電工基礎》、《工程制圖與CAD》、《太陽能電池材料制備工藝》、《電子線路制圖與制板》、《光伏電子產品制作》、《電力系統基礎》等課程。在課程體系中，日常的教學課程應注重學生的技能培養，基礎理論課程與職業能力課程的實踐教學比重應占50%以上。當然，也要關注學生在學科系統理論學習上存在的缺失，設置《光伏發電技術》等回顧總結性課程，讓學生知其然，也知其所以然，使學生掌握學科的完整性，有利于學生的可持續發展。職業能力課程則是培養職業崗位能力的關鍵課程，是根據技術領域和職業崗位任職的要求，參照相關職業資格標準而設置。在此部分課程體系中開設《光伏電池制造工藝》、《光伏電氣設備檢修與電站維修》、《光伏逆變技術》、《光伏發電系統集成與設計》、《光伏發電系統施工與入網調試》、《智能光伏產品制作》等職業核心課程。

在構建獨立綜合實訓平臺時，針對多門專業課程的綜合實訓，開設除了軍事課、畢業論文、頂崗實習等實踐環節外，還有《光伏認識實習》、《光伏電子產品生產綜合實訓》和《光伏電站安裝與維護綜合實訓》等課程。

在專業建設過程中，課程體系建設、專業課程建設、實踐基地建設、教學團隊建設、質量評價管理體系建設等內容都是決定專業服務水平提升的主要因素。由于光伏應用技術專業是近幾年興起的新專業，專業建設需要在實踐探索過程中不斷發展，不斷完善。

4.實踐課程教學方式

創建一項與太陽能產業公司合作開展的創新的、互動式的跨學科實操學習項目。該項目可以融合藝術、科學和環保的創意，學生利用太陽能產業公司提供的太陽能工具包，自行收集材料（如使用過的易拉罐、包裝盒、廢舊的電器等）創造和設計太陽能藝術作品。

針對初級班：工具包有太陽能發電的LED照明裝置和其他可循環材料，學生可以用此制作和裝飾手持燈籠。

針對中級班：工具包有小型太陽能光伏發電板、LED燈、齒輪馬達、電池和其它必要的電子元件，主要讓學生設計制作出一個以太陽能為動力的照明項目。

針對高級班：工具包則更為復雜，包括太陽能光伏發電板組件、帶有多個傳感器的微型控制器、LED照明裝置和齒輪馬達等。來自不同學科的學生需將所有組件結合在一起，制作一個由太陽能驅動的交互式設計項目。

學生設計的太陽能藝術作品將會在每個學校展覽，挑選其中若干件設置不同獎項，最好的作品將被收集起來，向公眾開放展覽。

結語

隨著社會的進步，終身教育理念和建立學習型社會等新觀念融入各國教育領域，光伏發電應用于技工院校的教育課程正在探索中不斷發展，不斷完善，我們有望在未來看到太陽能工程師、太陽能藝術家和太陽能企業家，從而促進我國太陽能事業的發張和可持續發展型社會的進步。

參考文獻

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