光伏發(fā)電系統(tǒng)設計教學過程探究

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【摘要】本文以洛陽理工學院材料物理專業(yè)的光伏系統(tǒng)設計課程為研究對象，深入討論以項目設計為主導，教師輔助指導的新型教學模式，強化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計的基本理論知識及在實際中的應用。新型的教學模式的教學效果良好，與材料物理專業(yè)的教學目標相一致。

【關鍵詞】光伏發(fā)電系統(tǒng)；項目設計；教學改革

自從20世紀70年代全球發(fā)生世界性石油危機以來，太陽能由分布廣泛，儲量巨大，是可利用的清潔可再生能源，受到各國政府的廣泛關注。目前對太陽能的利用主要有兩種形式：一是熱發(fā)電；二是光發(fā)電，也稱光伏（PV）發(fā)電。光伏（PV）發(fā)電是一種將太陽輻射能直接轉換為電能的技術。光伏發(fā)電建設規(guī)?？纱罂尚　⒛塥毩l(fā)電、建設周期短、維護起來也簡單，因此，問世后就得到了西方發(fā)達國家引起了極大的重視。各國政府從環(huán)境保護和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度出發(fā)，紛紛制定政策，鼓勵和支持太陽能光伏發(fā)電技術。在政策法規(guī)的強力助推下，光伏發(fā)電技術帶來的產(chǎn)業(yè)呈快速、增速發(fā)展。隨著技術的不斷進步和光伏組件成本的逐步降低，光伏發(fā)電已成為世界各國緩解化石燃料資源不足，改善環(huán)境的重要發(fā)展方向之一。

1教學改革背景

在國家引導建設應用技術型大學的背景下，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力較強的應用型技術人才，依托河南省新能源及光電子材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，洛陽理工學院結合洛陽新能源經(jīng)濟發(fā)展特色，2011年開設了材料物理專業(yè)，以太陽能光伏為主要方向，重點培養(yǎng)既具有太陽能光伏專業(yè)的理論知識，又有較強的動手實踐能力的專業(yè)型人才。另外，洛陽理工學院作為河南省首批應用技術型大學轉型試點院校，在人才培養(yǎng)目標，培養(yǎng)模式，課程體系等方面都進行了自上而下全面的改革。而課程教學過程作為人才培養(yǎng)的最基本和最核心的單元，也必須進行全面的教學改革，以到達培養(yǎng)應用型人才的目的。材料物理的專業(yè)課中設置了一門《太陽能光伏學》，是專業(yè)基礎必修課程，主要介紹了太陽能光伏發(fā)電的基本概念和原理、電池片的制造以及硅太陽能電池的主要性能參數(shù)和太陽能電池組件的結構、生產(chǎn)工藝流程等。此外，講述了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和其他相關設備，全面地闡述了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計和應用。通過本課程的學習，使學生掌握太陽能電池材料的基本制備技術、表征手段及光伏系統(tǒng)的設計。能夠進行基本的太陽能電池性能測試及太陽能電池組件封裝，并具備太陽能光伏系統(tǒng)優(yōu)化設計的技能。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)設計是改門專業(yè)課中重要的組成部分。

2教學目標

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各個光伏企業(yè)先后進入光伏系統(tǒng)設計開發(fā)領域，對于光伏系統(tǒng)設計開發(fā)的人才需求大幅度增加。因此，基于應用型人才培養(yǎng)的大目標下，光伏發(fā)電系統(tǒng)設計教學成為重要的組成部分。由于太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)，涉及物理、化學、電工電子、材料等多個學科和專業(yè)。[1]因此光伏發(fā)電系統(tǒng)設計教學目標對于如何優(yōu)化設置課程，提升教學效果具有指導性作用。[2]需要設置明確的教學目標，否則可能引起教學目標不清晰，學生難以學習，教學效果差等現(xiàn)象的發(fā)生。光伏發(fā)電系統(tǒng)設計教學，主要立足于培養(yǎng)既具有光伏專業(yè)理論知識又具有能夠將理論知識與實際相結合的高素質(zhì)專業(yè)人才的基礎上。通過光伏發(fā)電系統(tǒng)設計系統(tǒng)的學習以及項目設計的實踐鍛煉，使學生更好地掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及組成，理解并能運用光伏發(fā)電系統(tǒng)的方案設計、優(yōu)化、實現(xiàn)及維護等實踐操作。培養(yǎng)學生光伏工程意識和工程創(chuàng)新能力等專業(yè)技能素質(zhì)，為學生將來從事光伏行業(yè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試、維護及管理等相關崗位工作打下良好的基礎。

3教學內(nèi)容

光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計利用已經(jīng)掌握的光伏發(fā)電系統(tǒng)基本理論和基本知識，進行光伏發(fā)電系統(tǒng)項目的設計，需要做到計算正確，設備技術參數(shù)選型設計合理，設計報告撰寫規(guī)范。光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計總體教學內(nèi)容設計安排以小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)項目設計入手，使學生能夠系統(tǒng)的掌握設計的基本原則，具體的方案設計、優(yōu)化及最終設計報告的撰寫。安排的小型光伏系統(tǒng)設計項目的具體情況如表1所示。在項目開始設計之前，教師需要對如何查閱相關文獻，設計的具體要求等相關事項；光伏發(fā)電系統(tǒng)設計原則，并介紹實際工程案例，讓學生對相關設計內(nèi)容有一定的了解[3]。然后，根據(jù)表1中的項目進行分組設計，每個組的組長由學生推選，組長負責協(xié)調(diào)本組內(nèi)的具體項目任務分配工作，整個項目進行過程中“教師指導，組長負責”，保證設計任務順利完成。項目設計任務完成后，由小組內(nèi)學生推薦項目解說人員，針對每組項目的具體設計思路，計算過程，選型結果進行匯報。匯報后，其他項目組及指導教師進行提出疑問，并且提出項目存在的不足之處。然后項目小組根據(jù)意見和建議對項目內(nèi)容進行優(yōu)化設計，并撰寫項目設計報告。

4教學效果

光伏發(fā)電系統(tǒng)設計教學過程，以項目導入的形式，學生在進行項目設計的過程中都能夠積極主動的參與，實現(xiàn)了以學生為中心的教學方式。這種教學方式不僅可以調(diào)動學生學習的積極性和主動性，而且能夠提高學生的學習和創(chuàng)新能力，改變了過去以教師為中心、填鴨式講授的教學模式。另外，項目設計過程模擬了真實的工作任務，使學生更加了解企業(yè)工作崗位需求和實際工程的現(xiàn)狀，為今后從事光伏產(chǎn)業(yè)相關領域的工作奠定了堅實的基礎，滿足應用型人才的培養(yǎng)的教學目標。

參考文獻

[1]向鵬,姜禮華,肖婷.《光伏發(fā)電系統(tǒng)課程設計》課程教學模式初探[J].課程教育研究,2018(6):161-162.

[2]謝軍,洪應,張栩,等.光伏發(fā)電系統(tǒng)課程改革的初探[J].安陽工學院學報,2015,14(4):105-107.

[3]邱美艷.應用型光伏發(fā)電系統(tǒng)設計實訓教學的探索[J].實驗室研究與探索,2017,36(7):239-241.

作者：李繼利 單位：洛陽理工學院材料科學與工程學院