太阳能理论课程体系的探讨与研究

青春耀 陶红歌 赵淑蘅 张志萍 刘圣勇

（1.河南农业大学，河南 郑州450002；2.河南省生物质能源与纳米材料国际联合实验室，河南 郑州450002）

0 引言

太阳能课程涉及面广、知识点多、学科交叉多。形象意义上说“万物生长靠太阳”，而深入挖掘则发现太阳能课程也与此类似，几乎涉及各学科的知识点，知识体系要求很丰富。然而对太阳能课程体系的剖析却鲜有学者去深入研究，这对太阳能课程的教学及相关人才的培养产生了不利的影响。

1 太阳能课程教材

纵观太阳能教材的发展，无论是20世纪80年代的老教材，还是进入21世纪20年代的新教材，有两点是统一的，一是教材基本都是与时俱进的；二是教材的知识点概括和包容能力是不同的。对第一点毋庸置疑，而在第二点上各教材侧重点也不一而足，有侧重光热的，有侧重光电的，有泛泛而谈蜻蜓点水的，有深入浅出注重理论的[1-3]。因此，目前想通过一本教材了解掌握太阳能所有的知识是不可能也是不现实的，上述理论结论也侧面印证了包括高校教师与学生在内的读者在选择教材时将不可避免地进入一个选择综合症的状态。

特别是高校教师，因其相对学生掌握太阳能相关知识量较多，相对太阳能产业工程师及产业工人掌握理论知识点丰富，但相对产业工程师实践经验又偏少，与此同时，还要照顾到学生的接受能力、创新要求、毕业就业产业导向要求，甚至满足学校发展长远规划、教务管理部门实时指导等要求，可谓集“万千‘宠爱’于一身”，但最终落实上述各种要求靠指定一两本教材并“按图索骥”教学是无法实现的。因此，分析太阳能课程的理论课程体系并指导后续教材选取与教师发挥主动性糅合各种要求，因地制宜的教学才是可行之法。

2 太阳能理论课程内容

太阳能理论课程内容根据学时的多少可分配不同的教学方案长学时版与短学时版，根据教学侧重点的不同，可分为只教授太阳能光热版与只教授太阳能光伏版。按照目前高校太阳能课程授课内容分布，大致的太阳能课程主要章节有：太阳能基础知识、太阳能集热器、太阳能热水系统、太阳能制冷、太阳能海水淡化、太阳能储能、太阳能聚焦式热力发电、太阳能光伏等。根据专业特点及专业的目标导向不同，教师可以有选择地、有侧重地进行相关内容的讲解。例如，对热能动力专业可以选择主要讲解太阳能热水系统、太阳能聚焦式热发电等内容；而针对新能源专业可以主要讲解太阳能热水系统、太阳能光伏等内容。再根据教学大纲学时的宽裕程度不同可以对上述内容再进行取舍。

3 太阳能理论课程体系

太阳能理论课程体系是对太阳能教学的概括与综合，是对太阳能理论教学内容的脉络梳理。

太阳能基础知识包含天文学、数学、光学基础知识，其中一小部分是中学内容的复现，更多的则是对后续太阳能光热光伏内容计算的铺垫。例如，此部分中关于入射角计算的内容需要读者理解并掌握天文学中的天体坐标系、数学中的二面角，球面三角形正余弦定理等内容[4-6]。见图1。

图1 入射角推导所用天球坐标系（地平与赤纬坐标系）及二面角

太阳能集热器，太阳能热水系统知识点包含上述太阳能基础知识，工程热力学、传热学、高等数学、流体力学、光学、材料机械力学等内容，例如，对平板集热器的理解与计算中需要分析如图2中平板的结构和能流，构建如图3的模型，通过工程热力学、传热学分析热平衡列出方程，对模型方程利用高等数学内容求解模型的偏微分方程得出相关理论公式用以指导分析实物优化、得出平板集热器效率等重要结果。

图2 平板集热器结构

图3 平板集热器模型

太阳能制冷涉及制冷相关知识（体系），特别是吸收及吸附式制冷等内容；太阳能海水淡化、太阳能储能涉及海水淡化相关技术、能量储存及梯级利用等知识内容；太阳能聚焦式热力发电涉及光学、工程热力学、传热学、热力发电、储热等内容；太阳能光伏涉及化学化工、材料、电学、自动控制等内容。其他太阳能知识如太阳灶、太阳房、太阳池等不再一一分析。

可以看出，太阳能课程内容覆盖面广，有些内容自成体系又相互联系嵌套，面宽点繁。因此，需要对课程进行认真规划，对本科学生四年的学习内容进行合理安排，既要兼顾内容又要考虑学时，更重要的还需要对体系中相关内容进行教学大纲学习先后的设计。

4 结语

本文对太阳能理论课程体系进行剖析，指出了太阳能理论课程体系中各内容的分类及联系，分析了太阳能知识点的结构与关涉，梳理出体系设计对本科太阳能教学的影响。为透彻理解太阳能理论课程体系，进一步提高太阳能教学水平提供一定帮助。