光伏发电系统设计教学过程探究

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【摘要】本文以洛阳理工学院材料物理专业的光伏系统设计课程为研究对象，深入讨论以项目设计为主导，教师辅助指导的新型教学模式，强化光伏发电系统设计的基本理论知识及在实际中的应用。新型的教学模式的教学效果良好，与材料物理专业的教学目标相一致。

【关键词】光伏发电系统；项目设计；教学改革

自从20世纪70年代全球发生世界性石油危机以来，太阳能由分布广泛，储量巨大，是可利用的清洁可再生能源，受到各国政府的广泛关注。目前对太阳能的利用主要有两种形式：一是热发电；二是光发电，也称光伏（PV）发电。光伏（PV）发电是一种将太阳辐射能直接转换为电能的技术。光伏发电建设规模可大可小、能独立发电、建设周期短、维护起来也简单，因此，问世后就得到了西方发达国家引起了极大的重视。各国政府从环境保护和能源可持续发展战略的角度出发，纷纷制定政策，鼓励和支持太阳能光伏发电技术。在政策法规的强力助推下，光伏发电技术带来的产业呈快速、增速发展。随着技术的不断进步和光伏组件成本的逐步降低，光伏发电已成为世界各国缓解化石燃料资源不足，改善环境的重要发展方向之一。

1教学改革背景

在国家引导建设应用技术型大学的背景下，为培养具有创新精神和实践能力较强的应用型技术人才，依托河南省新能源及光电子材料产业快速发展，洛阳理工学院结合洛阳新能源经济发展特色，2011年开设了材料物理专业，以太阳能光伏为主要方向，重点培养既具有太阳能光伏专业的理论知识，又有较强的动手实践能力的专业型人才。另外，洛阳理工学院作为河南省首批应用技术型大学转型试点院校，在人才培养目标，培养模式，课程体系等方面都进行了自上而下全面的改革。而课程教学过程作为人才培养的最基本和最核心的单元，也必须进行全面的教学改革，以到达培养应用型人才的目的。材料物理的专业课中设置了一门《太阳能光伏学》，是专业基础必修课程，主要介绍了太阳能光伏发电的基本概念和原理、电池片的制造以及硅太阳能电池的主要性能参数和太阳能电池组件的结构、生产工艺流程等。此外，讲述了太阳能光伏发电系统的组成和其他相关设备，全面地阐述了太阳能光伏发电系统的设计和应用。通过本课程的学习，使学生掌握太阳能电池材料的基本制备技术、表征手段及光伏系统的设计。能够进行基本的太阳能电池性能测试及太阳能电池组件封装，并具备太阳能光伏系统优化设计的技能。因此，光伏发电系统设计是改门专业课中重要的组成部分。

2教学目标

随着光伏产业的快速发展，各个光伏企业先后进入光伏系统设计开发领域，对于光伏系统设计开发的人才需求大幅度增加。因此，基于应用型人才培养的大目标下，光伏发电系统设计教学成为重要的组成部分。由于太阳能光伏发电产业属于新兴产业，涉及物理、化学、电工电子、材料等多个学科和专业。[1]因此光伏发电系统设计教学目标对于如何优化设置课程，提升教学效果具有指导性作用。[2]需要设置明确的教学目标，否则可能引起教学目标不清晰，学生难以学习，教学效果差等现象的发生。光伏发电系统设计教学，主要立足于培养既具有光伏专业理论知识又具有能够将理论知识与实际相结合的高素质专业人才的基础上。通过光伏发电系统设计系统的学习以及项目设计的实践锻炼，使学生更好地掌握光伏发电系统原理及组成，理解并能运用光伏发电系统的方案设计、优化、实现及维护等实践操作。培养学生光伏工程意识和工程创新能力等专业技能素质，为学生将来从事光伏行业的光伏发电系统的设计、安装、调试、维护及管理等相关岗位工作打下良好的基础。

3教学内容

光伏发电系统的设计利用已经掌握的光伏发电系统基本理论和基本知识，进行光伏发电系统项目的设计，需要做到计算正确，设备技术参数选型设计合理，设计报告撰写规范。光伏发电系统的设计总体教学内容设计安排以小型太阳能光伏发电系统项目设计入手，使学生能够系统的掌握设计的基本原则，具体的方案设计、优化及最终设计报告的撰写。安排的小型光伏系统设计项目的具体情况如表1所示。在项目开始设计之前，教师需要对如何查阅相关文献，设计的具体要求等相关事项；光伏发电系统设计原则，并介绍实际工程案例，让学生对相关设计内容有一定的了解[3]。然后，根据表1中的项目进行分组设计，每个组的组长由学生推选，组长负责协调本组内的具体项目任务分配工作，整个项目进行过程中“教师指导，组长负责”，保证设计任务顺利完成。项目设计任务完成后，由小组内学生推荐项目解说人员，针对每组项目的具体设计思路，计算过程，选型结果进行汇报。汇报后，其他项目组及指导教师进行提出疑问，并且提出项目存在的不足之处。然后项目小组根据意见和建议对项目内容进行优化设计，并撰写项目设计报告。

4教学效果

光伏发电系统设计教学过程，以项目导入的形式，学生在进行项目设计的过程中都能够积极主动的参与，实现了以学生为中心的教学方式。这种教学方式不仅可以调动学生学习的积极性和主动性，而且能够提高学生的学习和创新能力，改变了过去以教师为中心、填鸭式讲授的教学模式。另外，项目设计过程模拟了真实的工作任务，使学生更加了解企业工作岗位需求和实际工程的现状，为今后从事光伏产业相关领域的工作奠定了坚实的基础，满足应用型人才的培养的教学目标。

参考文献

[1]向鹏,姜礼华,肖婷.《光伏发电系统课程设计》课程教学模式初探[J].课程教育研究,2018(6):161-162.

[2]谢军,洪应,张栩,等.光伏发电系统课程改革的初探[J].安阳工学院学报,2015,14(4):105-107.

[3]邱美艳.应用型光伏发电系统设计实训教学的探索[J].实验室研究与探索,2017,36(7):239-241.

作者：李继利 单位：洛阳理工学院材料科学与工程学院