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)模可大可小、能獨立發(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業(yè)快速發(fā)展，洛陽理工學院結合洛陽新能源經濟發(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和太陽能電池組件的結構、生產工藝流程等。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)電產業(yè)屬于新興產業(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，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、調試、維護及管理等相關崗位工作打下良好的基礎。

3教學內容

光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計利用已經掌握的光伏發(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容有一定的了解[3]。然后，根據表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)調本組內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。然后項目小組根據意見和建議對項目內容進行優(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，實現了以學生為中心的教學方式。這種教學方式不僅可以調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狀，為今后從事光伏產業(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