太阳能光伏发电技术课程改革初探

张巧杰　白连平　杨秀媛

摘要：本文从太阳能光伏发电技术课程改革的意义、太阳能光伏发电技术课程存在的问题及课程改革的主要内容等三个方面入手，重点讨论了教材建设、教学内容选择及更新、实验装置设计及实验内容选择、教学方法、教师队伍建设等方面，在电气2011级上课过程中进行了课程改革实践，实践结果表明，该课程改革效果较好。

关键词：太阳能；光伏发电；课程改革

中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0131-02

面临21世纪能源短缺和环境问题，国家将新能源产业列入国家战略性新兴产业。北京市中长期科学和技术发展规划纲要（2008—2020）科技发展重点任务之一是新能源利用。2012年，财政部、科技部、国家能源局联合下发“金太阳”政策及“金屋顶”政策，两大政策均支持分布式光伏发电示范项目。太阳能是能源领域的新兴重点发展方向，开设太阳能发电技术课程对提高学生的就业机会，增强学生服务社会的能力有非常重要的作用。北京信息科技大学2012级培养计划将电气工程及其自动化专业特色定位于新能源及节能技术应用。新能源特色系列课程主要有《太阳能发电技术》等5门课，其中1门必修课，3门选修课及1门实践课，《太阳能发电技术》是必修课和重要特色课，要发挥特色课程的作用，非常有必要进行课程改革。

一、太阳能光伏发电技术课程改革的意义

目前，国家需要大量的光伏发电相关的技术型人才和研究型人才，人才缺口较大。北京市重视“太阳能”学科点建设和人才培养，建议有条件的院校建立太阳能培训试验中心，以培养一大批能胜任太阳能开发需要的中高级专业技术人才和管理人才。在此形势下，开设《太阳能发电技术》课程，讲述国内外太阳能光伏发电基本理论和基本概念，从实际应用和工程设计角度，分析装置、系统和应用，介绍太阳能光伏发电的最新技术、最新成果，为学生以后从事太阳能电池研究、光伏技术应用、光伏电站建设与管理，打下坚实的基础。加强《太阳能发电技术》课程改革，对培养学生的专业素质，提高学生学习专业课的能力，增强学生的就业机会，提高学生服务于社会的能力具有十分重要的作用。《太阳能光伏发电技术》共计32学时，其中讲课24学时，实验8学时。该课程属于专业课，必修课。本课程教学目的是使学生掌握太阳能光伏发电的基本理论和方法。通过对该门课程的学习，使学生了解太阳能资源的状况，理解太阳能光伏发电的基本原理及系统的构成，掌握光伏电池、蓄电池、充放电控制器、逆变器及相关电力电子变换电路的工作原理及控制方法，熟悉最大功率跟踪的概念及常用算法，最后介绍典型小光伏发电系统的设计。

二、太阳能光伏发电技术课程存在的问题

1.教材问题。太阳能光伏发电技术的实际应用越来越多，需要大量的应用技术型人才和研究型人才，但人才培养需要有针对性的教材和相关的参考书。太阳能光伏发电技术是近年来发展迅速的一门新技术，其知识内容更新速度非常快。目前这方面的书籍很多，但实用教材却很少，有些书针对光伏发电的某一点，过于专业，有些书只是简单的科普，多数不适合作高校教材。

2.实践教学问题。实验教学对工科学生掌握所学课程的内容，灵活运用所学知识去解决实际问题的方法至关重要，太阳能发电技术更是如此。目前太阳能光伏发电实训装置相对匮乏。国内有一两家教学仪器公司开发了太阳能光伏发电实训平台，价格昂贵，能开设的实验很少，且操作性差，对锻炼学生的手动实操能力帮助不大。

3.教学案例太少，教学案例建设薄弱。工程实践部门主要完成工程设计及施工，科研院所专注于技术提升与创新，能用于教学的工程案例资料很难查询，即使能找到少许资料，技术资料也不完备，缺乏演示行和可复制性。

三、太阳能光伏发电技术课程改革的主要内容

1.教材建设。本课程没有固定的教材，参考《太阳能光伏发电及其应用》、《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》等章节内容，有些内容借鉴网上资源、科技文献的资源，经过加工整理，形成自编讲义。

2.教学内容更新。本课程内容丰富，涉及面广。涉及到光学、电工学、电力电子学、软件工程、单片机等基础知识，涵盖了供配电技术、自动控制原理等基本理论。既包含太阳能电池、蓄电池、逆变器、控制器等组成部分的基本原理，又有包含系统设计、应用、安装、检查与试验等基本技能；既包含电力电子变换电路及控制电路等硬件内容、也包含最大功率跟踪等软件内容。随着新技术新材料的出现，这些内容会不断更新，并将更新的内容添加到课堂上。

3.实验装置研制及实验内容更新。太阳能光伏发电实验平台主要由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器等组成，测试仪器主要用到万用表、电流表、功率仪、温度计、照度计、辐照计等仪表，能够进行太阳能电池板伏安特性实验、太阳能电池板不同入射角影响特性实验、太阳能电池板输出功率与负载特性实验、最大功率跟踪特性实验四个必做实验。该实验平台上还可以进行太阳能电池板开路电压和短路电流随光强变换实验、太阳能电池板暗特性曲线实验、太阳能电池串并联特性实验、太阳能电池板发电原理实验、太阳能控制器性能实验以及独立光伏发电系统实验凳选作实验。

4.教学方法改革。根据本课程的特点，上课时采用案例式教学、讨论式教学以及太阳能发电系统设计等实战教学。上课过程中，讲到一些基本理论后，举一些相关的、具有一定前沿性和趣味性的例子，加深对基础理论的理解，激发学生的学习兴趣。讲到太阳能最大功率跟踪时，可以找些太阳能最大功率跟踪的图片，视频。图片是单轴跟踪还是双轴跟踪？也可以让学生思考，除了这两种跟踪方式，还有没有别的跟踪方式？结合电力电子技术和单片机等课程，启发学生思考如何设计太阳能最大功率跟踪器。另外，在举例讲解时，也可以适当介绍本研究领域的最新动态和最新发展成果。教科书出版周期长，往往不能及时介绍学科最新、最有价值的学术成果。教师把最前沿技术引入课堂，不仅扩展了学生知识面，吸引学生学习兴趣，培养学生关注本学科发展的习惯，同时也了解学生的发展潜力，以便选拔学生。讨论式教学鼓励学生积极参加课堂讨论，帮助学生建立系统的知识结构，同时也锻炼学生的语言表达能力，将学习过程转变为师生共同学习、共同探索提高的过程。太阳能发电系统设计等实战教学是为某地区设计一套10kw太阳能光伏发电系统，要求列出当地的太阳能资源状况，光伏板的性能参数、连接方式、倾斜角，控制器的主要功能及实现功能的方案，逆变器工作原理及逆变电路，蓄电池容量等，最后给出系统的经济预算及经济效益评价。

5.学生开放实验。开放实验是以学生为主体的创新性实验，能够调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，提高其创新实践的能力。每年选拔对太阳能光伏发电技术有浓厚兴趣的学生参加。在兴趣驱动下，在导师指导下完成实验过程，参与计划项目的学生要自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验。先后完成太阳能节能洒水控制系统设计、太阳能多功能休闲椅控制系统设计、基于太阳能的教室灯光节能控制系统、太阳能智能温湿度控制器等开放实验项目。

6.教师队伍建设。“教师有一桶水，才能给学生一杯水”，说的是教师要有丰富的知识，练就一身过硬的功夫，才能把课上好。教师要不断学习，提高自身的素质和储备知识，特别是科学知识迅速发展的今天，学生获取知识的途径很多，知识面较宽广，对教师的要求也就越来越高，这就需要老师要不断的扩展自身的业务水平，提高业务素质，才能在讲台上站稳。近年来，电气工程系每年都派老师参加教学能力提高项目、国内访问学者项目，到重点大学进行进修学习、交流，每年参加教学会议。通过与国内高校教师的交流学习，找到了差距，少走了弯路，增强了信心，锻炼了沟通交流能力，更加注重团结协作，主动参与社会活动，勇于承担责任。通过交流与合作能获得心理支持，共同分享成功，分担问题；通过交流与合作获取教学信息和灵感，产生新的想法；教师在合作过程中，潜移默化地影响着学生，用无声的语言告诉学生合作很有益，教师也在身体力行他们所倡导的信念。课程组定期组织教研活动，就教材、实验内容、授课内容、考核方式、教学方法和手段等问题进行探讨。

四、结论

《太阳能光伏发电技术》是近年来发展起来的一门新课程，没有现成的经验可以借鉴，本着多学习多探索的原则，本文从教材建设、教学内容选择及更新、实验装置设计及实验内容更新、教学方法改革、开设开放实验、教师队伍建设等方面进行了改革初探，并将这些改革应用到电气工程教学实践中，收到了良好的效果。

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