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随着国家大力推进节能减排战略,绿色建筑的概念日益被人们接受。我国到2020年,绿色建筑占新建建筑比重将超过30%。在绿色建筑评价体系中,对太阳能的利用是重要的一部分。太阳能光伏发电技术目前较为成熟,市场上应用广泛,市场运营模式健全,经济效益可观,而且国家大力扶持,有一系列补贴政策。所以太阳能是目前利用最广泛的可再生能源,我国太阳能资源丰富,发展潜力巨大。建筑光伏发电较集中式光伏电站,对土地资源的要求更低,且电能可以就地消纳,无需长距离传送,避免了电能的损耗,同时对公共电网的冲击也较小。建筑屋顶可利用面积大,增长潜力巨大,是可再生能源发展利用的重要方向。
绿色建筑的光伏系统在设计应用时,需要考虑其他方面的要求,如对建筑结构承载能力的考量,对建筑功能和外观的影响。系统设计会变得更为复杂,根据所在地区的气候特点,建筑的周边环境,阴影遮挡,选择相应的光伏组件,安装位置和方式,兼顾建筑的外观,同时考虑发热对建筑的影响。设计流程为:光伏电量需求分析,确定光伏系统的形式,收集当地日照、气象、地理等条件,确定建筑可利用光伏发电的区域;光伏组件的选型与布置、确定发电容量,控制器、逆变器的型号容量选择,组件的支架与安装方式设计,交流侧系统设计,系统防雷、接地与保护的设计与配置,监控和测量系统的设计。
光伏组件需满足下列要求:(1)有足够的机械强度,能够承受诸如冰雹等极端天气的影响;(2)有良好的密封性,可以防风、防水、减少外界对太阳能电池的腐蚀;(3)抗紫外线)电池单元间的连接可靠且能耗小;(6)有足够的工作寿命,一般工程上要求有20年以上的使用寿命;(7)组件之间的特性偏差不大,有相同的输出特性。主流的太阳能组件尺寸规格大约有两种,1000mm×1600m和1000mm×1900mm,分别由60个和72个电池片组成。整个系统应尽量选择同一型号的光伏组件,避免出现各支路电流不平衡,各时段效率不同等情况。
光伏电池方阵应选择朝南安装,如果有特殊原因限制,方阵面向东或西偏转的角度不应大于当地地理纬度的角度[1]。在屋顶安装光伏系统时,应设置避雷装置及栏杆扶手等保护设施。光伏阵列一般为固定式安装,安装倾角可参考文献[1]附录B的值,不同于集中式电站,建筑光伏与屋顶面积、周边环境、屋顶承载力等相关,宜根据实际情况进行综合考虑。光伏设备支架的承载和防风及屋顶的承重应经过严格力学计算的验证。光伏组件间距的设计原则是在冬至当天9:00~15:00光伏方阵不被阻挡。
光伏阵列的布置需要综合考虑屋顶面积的利用率和早晚阵列前后遮挡所造成的热斑效应来选择横排或竖排方式。根据理论计算,横向排布可比纵向排布多5%左右的发电量,增加20%的占地面积,但安装的工程量和难度会稍大。
光伏逆变器将光伏发出的直流电转换为民用电压的交流电或并网点电压的交流电,是光伏发电系统中关键的一个环节。光伏逆变器的选型原则如下:(1)由于光伏逆变器容量越大,单位功率制造成本越低,效率越高,对于绿色建筑,可考虑选用一台容量可覆盖发电功率的逆变器;(2)由于一天中光伏发电量变化较大,需要选择直流输入电压范围宽的逆变器,从而可以最大限度地利用太阳能,增加光伏系统发电时间;(3)需要有抗干扰能力和过载能力;(4)当光伏发电系统发生故障后,逆变器应能将光伏系统从主网中解列,当故障排除后应能重新并网;(5)光伏逆变器必须装有防止孤岛运行的保护措施[2]。
MPPT(Maximum Power Point Tracking最大功率点跟踪)控制器可以对光伏阵列直流输出的最大功率点进行跟踪,光伏电池的输出特性随环境温度和日照强度的变化会呈现不同的功率输出特性,MPPT控制器及其算法可以通过改变负载特性提高光伏组件的发电效率。典型的MPPT算法有:扰动观察法、定压跟踪法、模糊控制法、导纳增量法[3]。这些控制算法各有优缺点,应用于建筑光伏系统时需要根据实际环境情况及项目需求选择合适的算法。
根据实际的设计经验,光伏组件的串联数目一般为18个、20个或22个,依据光伏组件的选型计算出逆变器MPPT电压最大值和最小值以及最大直流输入电压,选择符合要求的MPPT电压范围,并估算整个系统的发电功率和直流侧总电流,最后决定逆变器型号和个数。
汇流箱的作用是将光伏方阵的多路直流输出电缆分组并汇集,使得接线有序便于维护,在发生局部故障时,可以局部检修,不影响整体工作,汇流箱的下一级接入逆变器,建筑光伏系统中常用12串或16串输入的汇流箱,汇流箱中应由直流故障保护单元、断路器、熔断器、防雷、浪涌保护器等元件构成,并配有电量检测系统和通信单元,可以实时将汇流箱内部的分支电流、电压和功率等参数上传到控制中心并可以远程操作开关。汇流箱的安装位置应就近安装在组件串的附近,从而减少电缆铺设长度和线损。箱体的安装高度满足各限制的要求,箱体底部留有足够空间用来安装、维修,箱体的防护等级应根据现场环境确定。
独立光伏系统即离网光伏发电系统,系统所发出的电能提供本建筑物内电器使用,与公共电网隔离。负荷类型可以是直流负荷,交流负荷或者交直流混合的负荷。系统可分为有蓄电池和无蓄电池系统。在有蓄电池系统中,当发电功率大于本地负荷,可以将电能存储于蓄电池中,在发电低谷时使用。当发电功率低于负荷,并且蓄电池提供的电量仍不满足要求时,可以使用公共电网提供负荷。系统中需要安装光伏控制器,在蓄电池充满电时,光伏系统停止发电,防止蓄电池过充,当蓄电池低电量时,停止蓄电池放电,有效保护蓄电池。
并网运行是通过并网逆变器将所发的电能直接并入电网,光伏发电系统可以看做是一个分布式的电源,在建筑的公共电网接入点,电能可以是由电网流入建筑,也可以由建筑流向电网。相比独立运行系统,并网运行可以不采用蓄电池和光伏控制器,但需要并网逆变器和防孤岛运行系统。并网运行可以充分利用光伏电能,不会造成能量浪费,系统的固定成本比独立运行系统小,使用寿命一般按25年设计,而独立系统受制于蓄电池的使用寿命一般为10年左右,并网系统的运行维护成本也相对较低,目前并网技术已经成熟,建筑周边的电网接入点较多,因此,在设计建筑光伏发电系统时,一般重点考虑并网运行方案。并网逆变器配置以太网通讯和RS-485接口,把数据传输到计算机上观察、操作,监控系统应对下列参数进行监测和显示:光伏阵列直流侧的电压和电流、交流侧电压和电流、当日发电量、实时发电功率、总发电量、太阳辐射量、环境温度等系统参数、光伏组件温度,减少的二氧化碳排放量和故障状态等信息。
以并网运行系统为例,并网接入电网的方式有:专线接入和支线接入方式。在设计系统前应先统计光伏组件的总数,选择串联个数和总串数,根据串数选择合适的光伏汇流箱型号和个数,组成光伏系统直流侧的接线。为保证系统电压稳定,每一串组件个数必须相同,而每个汇流箱接入的串数可以不同,要以节省汇流箱个数为原则进行分配。统一连接到室内直流配电柜,直流电压接入光伏逆变器逆变后连接到公共电网中。并网型建筑光伏发电系统是典型的分布式电源,为保证并网后对公共电网的冲击影响不超过限值,要求分布式电源的装机容量不超过上一级变压器容量的20%。
在设计建筑光伏系统时,经济效益是衡量项目是否可行的一个重要指标,需提供经济效益的评估表,确定投资回收周期和收益。建筑光伏系统输出功率相对较小,一般而言,一个建筑光伏系统项目的容量在数千千瓦以内,相比集中式电站,免去了土地价格,降低了安装费用和输配电费用。建筑光伏系统项目在发电过程中,没有噪声,也不会对空气和水产生污染,环保效益突出,因此,发电系统的外部效益同样不可忽视。
光伏系统的实际收益为:寿命期内发电量上网的总收入加上政府补贴收入,扣除设备采购安装费用和维护保养费用。每块太阳能光伏组件年发电量W1为:
式中:E-安装地点的年太阳辐射量,MJ/m2,根据气象资料取值;η1-光伏组件能量转换效率,%,根据样本资料取值;S-光伏组件面积,m2。光伏系统年发电量W2为:
式中:N为系统中光伏组件的总数;η2为逆变器效率,%;η3为计入其他传输损耗加上光伏设备维修保养停运损耗的系统效率,%;《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》国家光伏上网补贴价为0.42元/kWh,期限为20年,各地还有不同的地方性补贴政策和电价,设计使用寿命内的总收益为:
式中:Pgt:光伏发电上网功率,kWh;Pct:光伏发电自发自用功率,kWh;Pg:国家补贴,元/kWh;Pl:地方性补贴,元/kWh;Pk:工商业或民用电价,元/kWh;Pc:脱硫燃煤电价,元/kWh;t1:国家补贴期内总时数,h;t2:地方性补贴期内总时数,h;t3:设计寿命期内总时数,h;R1:设备的平均损耗率,%;R2:平均供电可靠率,%;Ig:光伏发电系统的初始投资,元;Mei:光伏系统第i年的运行维护费用,元。随着中国光伏产业链的完善和普及,光伏组件和光伏逆变器的价格不断下降,安装成本也逐步降低,电能不需要远距离输送,降低了网损,因此建筑光伏系统的投资回报率不断提高,成为绿色建筑的一个重要应用技术。
以上海地区一个绿色建筑示范工业园屋顶光伏系统的设计为例,选择并网运行模式,可利用的屋顶面积约为5000m2,采用1496块1.6m*1m的光伏组件,最大输出功率为250W,装机容量374kWp。22块组件为一串,共68串,每12串接入同一个汇流箱,不同建筑之间不宜共用汇流箱,所以项目总计使用7个汇流箱。所有直流线路接入园区的配电间的直流配电柜内,采用一个550kVA的三相逆变器,满载MPPT电压范围为450-850V,最大输入电流为1200A。
光伏组件分别安装在2个车间、1个办公楼的屋顶以及停车场顶棚上,组件的安装倾斜角度为25°。上海地区的年太阳辐射量约在4700MJ/m2[4],则每块太阳能光伏组件年发电量为421.2kWh,1496块光伏组件的年发电量为630115kWh。逆变器平均效率为96%,其他传输损耗加上光伏设备维修保养停运的损耗,系统的效率按80%计算,光伏系统的年发电量可以达到500000kWh以上。根据《上海市可再生能源和新能源发展专项资金扶持办法》,分布式光伏的“度电补贴”金额为工、商业用户0.25元/kWh,补贴时间为5年,上海市的脱硫燃煤电价为0.4593元/kWh。《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》国家补贴为0.42元/kWh,期限为20年。本项目光伏组件设计使用寿命为25年,系统设计使用年限为25年。预计7~8年可收回投资,其余工作年份收入即为收益。
(1)光伏发电系统的设计需要遵循可靠性、合理性、经济性的原则,既保证可以长期可靠运行,满足预计的发电量需求,又以经济合理的方式配置整个系统,以最小的投资达成设计的目标。系统设计可分为两个阶段,第一阶段选型和布置光伏组件,确定直流侧电能的参数。第二阶段完成整个系统的设计,对系统中用到的电力电子设备选型,匹配第一阶段设计的参数。
(2)总结了对光伏系统设计中重要设备的选型,在建筑光伏发电系统中,可按照预算投资和发电量需求选择采用单晶硅或多晶硅光伏材料,计算出最优光伏组件串并联组合。逆变器的选型需要根据光伏阵列的串并联数,选择最大电压,最大电流和容量,而直流电压输入范围需与MPPT控制器结合,范围尽量宽。保护系统至少监测到每一串光伏组件的工作状况,配置过流、过压、雷电、浪涌等保护单元,并网运行需安装防孤岛运行保护。光伏组件的安装和布置原则是尽量多地收集太阳能,同时考虑到电压恒定和遮挡的问题。
(3)采用离网型式的光伏系统时,需要配置蓄电池和光伏控制器,能量利用率较低。而并网系统对并网条件要求较高,需配置相关继电保护系统,双向电能表和足够容量的并网接入点。目前,并网设备已较为成熟,城市电网容量和规模越来越大,为追求更高的发电效率和经济效益,优先考虑采用并网发电系统。
(4)目前光伏发电可以享受上网电价和政府补贴,一般7~10年可收回投资,其余十多年寿命期内的收入都是利润,随着光伏产业技术升级,市场扩大,设备的成本已大幅降低,即使补贴政策今后退出,光伏系统仍然可以盈利。合理地设计建筑光伏系统可以提高发电效率,减少能量损耗,提供更稳定可靠的电能,减少污染排放。
[2]郑诗程,丁明,等.光伏发电系统及其孤岛效应的仿真与实验研究[J].系统仿线]黄克亚,尤凤翔,李文石.组合模糊控制技术与扰动观察法提升光伏发电MPPT性能[J].测控技术,2012,31(7):130-135.
随着科技创新脚步的加快,保持环境的稳定性,维护自然界的和谐就成为必须关注的话题,为人类自身提供一个可持续发展的生存环境是各行各业都必须要注意的问题。人类社会面临这资源短缺的重大危机,而资源是人们生产生活的必需品,是人们生活最基本的保障。而太阳能光伏发现系统就是人们在21世纪寻求到的最科学能源技术,所以光伏发现系统的建设就成为重中之重,在光伏发电系统中引入计算机技术可以为这项技术提供大大的便利。
在地球上,所处地点的经纬度,海拔,地理环境和气候特点会对太阳能的分布产生很大的影响。从世界角度来讲,亚洲的西南部、非洲、欧洲等地区接受太阳能的辐射量比较大,是全世界日照时间比较长的地区,中国的西部是中国太阳能分布最多的地区。我国地大物博,拥有者其他国家不可比拟的地理优势,与世界其他打过相比,我国的太阳能的利用率仍然是比较高的国家之一。太阳能是一种全新的能源,最大的优点就是无污染,越来越被世界各国所接受,能源的采集也比较便利,所以大规模的应用太阳能采集技术实现能源的供应就成为世界各国的重心工作之一。我国相比与其他的西方大国,技术上并不是非常的成熟。虽然在一些小领域有所建树,但是整个光伏发电系统仍然存在这技术手段不过硬的缺陷,从一定程度上来讲,我国的光伏发电系统仍存在一定的空白。
光伏发电的本质是利用太阳能电池板就太阳能进行采取和储存并且转化为电能。因为太阳能的采集受周围环境的影响比较大,所以系统的功能有有时会不受设计的控制,所以在光伏发电系统中引入计算机进行辅助就是所必需进行的操作。通过计算机技术对光伏发电系统进行辅助主要的优势如下:
因为供电工作人员平时面临的工作比较驳杂,不能应付光伏发电系统之中比较多的数据信息,所以就要利用计算机啊辅助手段,来对那些在工作过程中数据异常的部分进行进行检测,并且对发电数值进行预估,及时的更换蓄电池,应用计算机技术进行辅助可以大大的缩短工作周期,提高发电效率。
太阳能光伏发电系统的种类比较繁多,但是根据其技术的侧重点不同,将光伏发电系统主要分为一下两类:独立工作系统、合并工作系统
光伏发电独立工作系统的主要应用的地区比较少,常以山区等等电力供应比较困难的地区为主,此外在海中灯塔、通信系统等等主要依靠的也是此种电力供应的方式。我国的西北部地区主要采用的就是这光伏发电的独立工作系统。
合并工作系统的意思就是在应用光伏发电系统的同时,还利用内燃机或者其他能源供应系统。这种供电系统的优势是,在利用太阳能的同时,还以传统的供电手段进行结合,使供电的稳定性得到了极大的提升,使用的价值也比较高。在嘉蒙铁路的太阳能发电项目中,嘉峪关、内蒙、新疆、拉萨等地采取的就是应用的光伏发电合并工作系统。这种发电系统的综合性为这些地区的电力事业提供了有力的保障。
光伏发电系统的主要由光伏转换器、接线盒、逆变器、断路器、配电柜等等组成。值得我们重点关注的问题是,在任何以零部件选择的时候都要严格的考虑这部分零件的负载电压、负载频率、短路等等问题发生时的解决措施,同时还要尽可能的减少对电网的负面影响。任何一个逆变器都要通过接线盒与太阳能电池组进行链接,所以逆变器对链接的太阳能电池组数量和蓄电电力有很大的影响。各个组件之间互相影响,互相协助完成光伏发电系统的各项工作。
在光伏发电系统中引入计算机手段进行辅助工作,对整个要太阳能电池组件的工作状态,系统电压、电压都有着极为重要的作用,可以根据需要将电力系统的实际情况上传至互联网网络之中,以便工作人员能够对整个光伏发电系统进行实时的控制。并且在实际操作过程中,对于整个系统的运转情况进行实时的检测,保证太阳能的采集和电力系统的正常供应。在计算机的终端观察整个光伏发电系统的各项参数,生成电流、生成电压、以及输出电流、输出电压、以及在整个光伏发电系统的故障进行实时的关注和提示。
在光伏发电系统的逆变器上,提前准备通讯接口与计算机设备进行链接,从而达到整个光伏发电系统的平稳运行。通过远程无线或者有限的控制方式对逆变器进行操控,对各项设备的各项参数都能够及时的了解。尤其是在无人区这种技术手段可以得到最大程度上的实施,从而对整个光伏发电系统的工作情况进行实时的掌握,出现问题的时候也可以及时的解决。
在太阳能电池板进行组装的时候,要通过计算机高效的计算能力对光伏发电系统进行辅助安装,寻求太阳能电池板最佳的安装角度也是根据计算机的精确计算才确定的,经过计算机得到的安装角度往往都是太阳能电池板安装的最佳角度。在光伏发电系统中引入计算机技术对其辅助,是大部分的定性问题变为定量的问题,使问题更加的容易解决,通过大量的实例证明,这种情况是普遍存在的。
从我国的国情出发,针对不同地域的实际情况来看,我国的光伏发电系统尚且不完善,还需要更多的资金注入和技术的引进,国家和相关部门仍然需要投入大量的精力光电企业进行扶持,保证我国光电事业的蓬勃发展。
[1]孙韵琳.并网光伏发电系统的计算机辅助设计[D].中山大学,2009.
[2]徐建国.光伏建筑一体化计算机辅助设计系统开发[D].浙江大学,2011.
我国能源长期依赖于不可再生的石油及煤炭,给环境带来严重的负担。大力发展清洁能源能够实现国家的节能减排目标。分布式光伏发电能够实现每座建筑、每片适宜的土地都能分散生产、就地使用,尤其适合土地资源受限、电价相对较高、工业规模更大的中东部地区。
分布式光伏发电是指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能的分布式电源系统;目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统,是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网,与公共电网一起为附近的用户供电。
分布式光伏发电具有以下特点:污染少;就地消耗,减少长距离传输损耗;余电上网等等。
分布式光伏发电系统的主要电气设计流程包括:计算装机容量及发电量;组件连接电气设计;逆变器选型;光伏电缆设计、直流汇流箱设计和防雷系统设计等等。
根据分布式光伏发电系统的装机容量来选择与输出功率较接近的逆变器。此外,选择逆变器还需要考虑最大直流电压、MPPT电压范围、MPPT数量、直流输入接线端口数量、额定输出电压和功率因数等技术参数。如根据分布式发电系统内光伏组件不同朝向来选择MPPT数量;根据最大直流电压和MPPT电压范围来选择组件组串数量;根据组串并联路数来选择直流输入接线 组串连接电气设计
组件方阵在电气连接的过程中,一般依据的原则是先串联后并联的原则。串联是为了获得所需要的工作电压,并联是为了获得所需要的工作电流。
直流汇流箱用于将光伏组件输出的多路直流电源进行汇流后接入逆变器。断路器是直流汇流箱中重要电器元件。主断路器的额定工作电压不能小于回路的最高工作电压,额定电流不小于回路的最高工作电流。原则上,直流回路的断路器采用直流断路器。如果在直流回路中使用交流断路器,可以考虑采用二极或三级串联的办法。
光伏设备用无卤PV1-F电缆是根据光伏发电设备所处的特殊环境条件设计的,主要用于组件间的跳线和组件间汇流连接。对于环境温度高于60℃时,要对载流量进行修正。
由于分布式光伏发电系统的主要部分都是露天放置,占地面积较大,所以存在着受直接雷击和间接雷击的危害。所以应该采用滚球法复核屋顶原有的和周围建筑物的防雷系统能否对光伏发电系统进行直击雷进行保护。如果不能保护,应该加装避雷设备。为了减小感应雷对光伏发电系统中开关、电缆、汇流设备等电气元件的损害,可以将光伏发电系统的组件外框、组件支架等金属材料进行等电位连接后,再与建筑物屋顶原有的防雷接地系统进行可靠连接。
对分布式光伏发电系统的电气系统设计方法进行阐述,重点介绍了电气系统设计中比较重要的逆变器选型、电缆选型、直流汇流箱设计和防雷系统设计方法。
当今世界正面临着越来越严重的能源危机,新能源的开发和利用已备受社会的关注.其中,太阳能属于可再生清洁能源,其储量的无限性、范围的普遍性和利用的环保性,已经在各能源领域得到了重视并开发,属于一种较好的绿色能源.在这个基础和前提下,光伏发电系统作为太阳能利用的主要方式,具备良好的发电、储存、传输和利用等优势,已经在各行各业中得以体现.其中,最为主要的应用方式就是光伏建筑一体化技术的体现.将光伏发电系统应用于建筑设计中,不仅可以有效降低建筑在使用过程中产生的能源损耗,还对建筑的结构优化、绿色环境的营造产生积极的现实作用[1].本文主要以安徽省为例对光伏发电系统在建筑中的应用进行有效研究,分析光伏建筑的节能效果以及对绿色建筑的构建情况,有效促进安徽省建筑能源损耗的减少以及绿色节能建筑的改善.
安徽省地处我国的东部地区,恰好位于暖带和亚热带的过渡地域,四季比较分明,境内有山川、平原等,长江与淮河两大流域横贯其中,同时受到季风的影响较大,因此,安徽省有着独特的气候环境.淮河以南主要以亚热带湿润气候为主,以北主要以暖袋半湿热气候为主.安徽省全省平均气温主要分布在14℃~17℃,平均日照时长约为2000h~2500h,霜期仅为100d左右,降水量较大,约为1000mm~2000mm.由此可见,安徽省属于太阳能资源的中等地区,其中省内光照情况见图1所示.
据统计,在2016年安徽省全民建筑能耗达到200亿kWh,其中,公共建筑虽然仅占省内全民总建筑的27%,但是能源消耗所占比例达到了66%,而大型公共建筑占总建筑面积的2%,能耗却占总能耗的5%.由此可见,大型公共建筑单位面积耗能比例居各类建筑的能耗之首,是一般公共建筑能耗的2倍.期中,在一般公共建筑中,商场、超市之类的建筑单位面积能耗最高,其次是酒店、宾馆之类的建筑,分别是居住类建筑单位能耗的11倍和10倍,而办公类的建筑单位能耗虽然比较低,但是由于其总面积的庞大,使得办公类建筑的能耗占公共建筑能耗的44%,由此可见,安徽省境内建筑能耗比较大主要体现在商场、酒店以及办公楼等.据调查,该三者能耗比较大的主要原因是空调系统的使用,占据总能耗的53%,办公设备占26%,而照明设备等仅占21%,这一比例根据不同的建筑性质也有所改变.
近些年来,随着国家能源的紧缺以及建筑节能环境的迫切需求,政府加大了对光伏发电的补贴力度,在国家发改委提出的借助于价格促进光伏发电健康发展通知的基础上,安徽省针对光伏发电系统采取了电价降价或者电价补贴策略,由于安徽省地处我国中等太阳能资源地区,对光伏发电电价执行每千瓦时收取1元的价格,分布式广发发电用户可以享受每千瓦时0.42元的电价补贴.同时,建筑屋顶、光伏发电建筑等光伏发电站,按照其发电量给予每千瓦时0.02元的补贴,补贴连续时间为15年.在安徽政府强有力的补贴和支持下,安徽省各个地区大规模开展了光伏发电系统,开始注重建筑的光伏发电一体化技术.例如,2015年,安徽合肥市第一个光伏商业建筑屋顶开始建设,选择地点为合肥市一个农产品市场的屋顶上,通过接近一年的建设,已经开始投放使用.该农产品市场占地1200多亩,属于华东地区最大的农产品批发及物流配送中心,建筑面积接近100万m2,其中可以用做光伏发电系统的屋顶面积也达到20万m2,最后,该光伏建筑实现了年均发电量1500万kWh,,意味着每年可以减少15000t的二氧化碳排放和500t的二氧化硫排放,在满足该农产品市场周边的用电需求外,还有效减少了建筑的能耗,实现建筑的绿色环保.然而,由于安徽省光伏发电系统在建筑的应用起步较晚,与其他地区的光伏建筑一体化已久存在一定的差距,远远不能满足安徽境内的能耗需求.另外,安徽省属于三等光照强度地区,太阳能资源比较丰富,在政府的大力支持下,安徽光伏发电系统在建筑中的应用还有进一步的发展空间.
光伏发电系统在建筑中的应用比较广泛,限制性较小,通过对安徽省公共建筑的能耗分析,在建筑中应用光伏发电系统可以进一步提升建筑的节能水平和环保质量[2],因此,根据建筑的分类以及使用情况,分布式光伏发电系统在建筑中的适用场所可以有以下几种:(1)工业厂房.工业厂房具备较大的屋顶面积,并且比较平整,有利于光伏发电系统的安装;另外,工业用电价格比较贵,在工业厂房中采用光伏发电系统可以缓解工业高用电情况,减少工业生产的成本,同时还可以最大限度的利用厂房,提升建筑的使用效率;(2)商业建筑.首先,根据商业建筑的用电特点,属于白天用电高峰、夜间用电低谷,恰好与光伏发电的发电特性相匹配;其次,商业建筑比如商场、办公楼等建筑屋顶普遍采用水泥材料,更有利于光伏发电系统的布置和安装;最后,根据安徽商业建筑的能耗情况,在商业建筑中采用光伏系统可以对能耗的降低起到关键性作用;(3)高校校园.现代的高校校园不再局限于教学活动,高校与社会的相互交流也在一定程度上影响着高校校园建筑的能源消耗水平.在校园建筑中采用光伏一体化技术,一方面利用绿色环保的技术解决高校建筑用电量大用电复杂的问题;另一方面,光伏系统是独立于城市电网之外的能源储备,故有着良好的自适应性.对高校校园的绿色化发展提供了良好的保障.
据研究表明,建设的外墙体和太阳光的接触面积最大、最广,也是吸收太阳光能量最多的结构地方,尤其是当今城市,为营造一个美化的市容市貌,将大多数高层建筑的外墙都采用了玻璃幕墙[3].因此,可以借助于当前城市的建筑,将光伏发电系统简化成光伏电池内置于玻璃幕墙之中,这样,不仅可以起到美容和装饰城市的作用,还可以合理的利用太阳能进行发电,以供该建筑的内部电能源消耗,起到了一举两得的作用.这种由PV板和玻璃制成的光电幕墙,由太阳电池芯以及双层玻璃组成,芯片夹在玻璃中间,芯片之间留有一定间隙以提高透光性,芯片面积占70%左右,即不仅可以有效解决了玻璃墙的遮阳,还有效降低了建筑的热负荷,同时还有30%的采光度.然而,在采用光伏发电电池板内置于玻璃幕墙过程中,首先需要考虑幕墙玻璃的透光度,在充分发电的基础上,不能影响建筑内部的采光,以确保屋内的光线透入量;其次需要考虑的是建筑外墙设计的角度设计,这样可以确保无论太阳升起还是落下时,都能让光伏发电电池得到更多的光照;最后需要考虑其安全性,在设计光伏发电电池排布中,需要同时将建筑的开窗设计以及人群的密级程度等考虑在内,确保建筑低层部分光伏发电的安全性[4].
一般建筑的屋顶设计都比较平整,同时,建筑的屋顶部分可以更多角度地接受太阳光的照射.因此,在建筑的屋顶布置光伏发电系统有着得天独厚的条件.另外,屋顶的光伏发电系统除发电作用之外,还能起到一定的遮阳、隔热作用,有效降低建筑内部在夏天时的热负荷.再者,在建筑的屋顶使用光伏发电系统,可以实现光伏建筑屋顶一体化技术,大大降低了光伏材料的成本,使得单位太阳能能量转换设施的价格减少,有效地提升了建筑屋面的综合功能(见图3).然而,虽然建筑屋顶中的光伏发电系统在安装布置过程中要求相对较低,但是依旧可能会造成屋顶的防雨雪问题,这个问题可以以及不同地区的不同天气情况进行针对性的设计,在雨雪比较多的地方,可以将光伏屋顶一体化设计成具有一定角度的斜坡,在安徽境内,由于雨天比较多,雪天比较少,可以将该斜面角度设计比较小一些,与太阳光成最佳照射角,提升光伏发电效率[5].在光伏屋顶设计中,太阳能瓦是由太阳能光伏电池和屋顶瓦板结合而成的产品,该材料实现了太阳能和建筑的完美结合.可以直接将该系统安装在屋顶,无需支架,另外,太阳能模板的尺寸、形状以及铺设时的方法和普通瓦一样,简单高效.这样,可以实现光伏发电系统和建筑的完美一体化设计,将天阳能瓦直接铺设在建筑的屋顶,不需要多余的固定和安装材料,不仅可以降低安装时的成本,还与建筑的屋顶结构完美融合于一体,外形、尺寸以及安装方式等都与普通瓦相似,起到了绿色环保的作用.
在房屋建筑中,天窗一般都用来屋顶的采光,但是过大或者过多的天窗会让建筑内部空间透过过多的阳光.因此,选择性的在部分天窗中应用光伏发电系统,不仅可以起到发电节省能源之外,还可以缓解天窗阳光直射的亮度.用光伏发电板替代传统的天窗,可以让室内的采光得到最佳,实现屋内免用电照明,根据光照的不同,可以将光伏板天窗设计成为不同的透明程度,借助于光伏板的透光和缝隙的透光,让发电之余避免屋内的采光.另外,光伏发电板的天窗设计可以采用不同形状的设计和不同角度的布置,对于多种类型的建筑设计具有较强的适应能力和美观要求(见图4).由图可知,光伏板天窗采用了透明性比较好的光伏板,并且可以利用光伏板之间的间隙进行采光.另外,天窗的造型是多样化的,图中类似井格状的天窗起到了很好的室内效果.天窗光伏系统的布置很好的满足该教学楼简单的教具用电需求,同时还为学生的学习提供了最佳的光照氛围.
光伏发电系统在建筑中的应用不仅仅局限于屋顶、天窗以及外墙,只要有太阳照射的地方都可以用来进行光伏设计,比如,建筑中遮阳板、阳台以及空调遮挡或遮雨棚等,都可以用来进行光伏发电(见图5).由图可以看出,将不透明的太阳能光伏板用做了遮阳板,在给该建筑物提供电力的同时,改善室内的光照,避免炫目的感觉.这些建筑的元素完全可以和光伏发电系统设计为一体化,用不透明的光伏发电板替代遮阳板或者防雨棚等,在合理发电之余使建筑增添了外在的美,同时将投入到屋内的光线变得柔和,对室内的采光环境也有着良好的改善[6].光伏发电系统在建筑中的多元素和多维利用,让建筑在有效降低能源消耗以外,还提升了该建设的档次,成为一种绿色的时尚和典型的品牌,起到了对城市以及社会的绿色、节能引领作用.但同时在多元素光伏发电建筑一体化设计中,需要对其进行科学合理的计算,满足建筑的强度要求和三防需求等.
光伏建筑一体化的建筑为光伏发电系统的布置提供了足够的面积,不需要单独的占别的土地,还可以减少传统光伏发电系统安装的支架等材料.另外,光伏发电系统的材料如太阳能硅电池等属于半导体材料,在工作过程中无噪音,不会带来额外的噪音污染;其次,光伏一体化建筑可以实现用电的自给自足,减少了输电的损耗,降低了用电的分配污染和维修支出;再次,光伏建筑在光照强度加强,发电效率最高时,恰逢建筑的用电高峰.因此,光伏建筑一体化系统在保证自身建筑的用电之外,在一定条件下可以向外供电,有效缓解了用电高峰时的电网压力;最后,光伏发电系统在建筑的应用可以于建筑融为一体,将光伏发电系统内置到建筑内部结构中,增添建筑的美学之外,促进了建筑的绿色化设计.
在建筑中应用光伏发电系统,其节能效果是非常显著的.首先,最直接的节能效果就是充分吸收天阳能,转换成为建筑所需的大量电力,有效降低了非环保能源的消耗以及电网输送的成本,为低碳环保事业的发展提供了有力的支持;其次,就是用光伏发电板替代传统的玻璃天窗以及遮阳板等结构,在不减少原来作用的基础上,还对太阳的辐射进行了吸收和利用,提升了其遮阳、隔热的效果,降低了炎热夏天中建筑室内的温度,同时减少了屋内制冷电器的使用频率,间接上节省了能源的消耗,加强了其节能的效果;最后,由于我国当前发电形式依旧以火力发电为主,在建筑中广泛的采用光伏发电系统,可以有效降低社会对火力发电的需求,这样不仅缓解了用电高峰期能源的紧张局面,还对绿色环境的营造、低碳意识的培养和节能效果的提升都具有一定的积极意义.
光伏发电系统在建筑中的应用,不仅起到了一定的节能作用,还对经济效益的提升具有良好的促进作用.虽然光伏发电系统初期投入力度较大,同时安装成本也比较高,但是光伏发电系统属于一次性投入,即初期投入,长久使用.例如,在某建筑中采用光伏发电系统,假设安装一台1千千瓦的光伏发电系统,南墙面倾角为90°,峰值日照小时数为3.5h,取系统效率为80%,以安徽省光照强度和时长计算,该建筑一年可以发电量为1000×3.5×80%×365=1022000kWh,即超过1百万千瓦时的电力,在整个系统的安装、布置以及人工、材料费用大约为800万.现按照当前商业用电约为0.8元/kWh,计算可得,该建筑每年都可以节省电费约80万元,也就是意味着10年的时间就可以收回前期的投资,按照光伏发电系统25年的使用寿命,在10之后的15年里,该光伏发电系统就可以节省约为1200万的电费支出,扣除日常的维护以及检修之外,依旧可以有1000多万的经济效益.由此可见,在未来的发展中,光伏发电系统有着长远的经济效益,体现了光伏发电绿色建筑的节能效果和综合收益的回报.
城市的发展不断加快,建筑物的数量持续增长,如何实现建筑节能和降低能耗成为建筑行业的难题.随着光伏发电技术在建筑中的应用,解决这一难题也将成为可能.因此,在建筑中采用光伏发电系统,通过与建筑的屋顶、天窗、外墙等多元素的完美结合,不仅可以有效降低建筑内部的能耗,还提升了建筑的经济效益,使得其在绿色环保、节能效果方面都得到了加强,值得在更多建筑中推广和使用,共同营造一个绿色环境和低碳生活.
[1]唐莉芸.光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究[D].广州:华南理工大学,2012.
[2]熊博越.安徽省光伏发电政策价格研究[D].上海:上海交通大学,2014.
[3]张长志.光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究[J].科技与企业,2015(9):102-102.
[4]蔡银龙.光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究[J].科技资讯,2014,12(22):128-128.
[5]张健.分布式光伏发电在建筑中的应用实践探讨[J].安徽建筑,2016,23(4):242-243.
中国光伏产业产业规模迅速增长,在多晶硅、硅片、电池片、组件和光伏系统等光伏产业链各个环节中具有了一些自主知识产权,部分已达到国际领先水平,是世界最大的光伏市场。中国光伏不缺政策、不缺市场,缺的就是光伏方面的专业人才,如何培养现在发展需要的光伏人才一直都是一个值得认真探讨摸索的课题。
目前很多高校、各中等职业学校都在加快光伏产业人才培养工作,力争为光伏产业提供全方位、多学科、多层次的人才和智力支持。南昌大学太阳能光伏学院是我国最早在大学设立的光伏学院,为光伏人才培养提供了很好的榜样。随后,华北电力大学增设以太阳能光伏发电为主的“能源工程及自动化”专业,成为了国家级特色专业,侧重于太阳电池设计与制造,光伏系统设计与搭建,光伏电站规划、设计、施工、运行与维护以及太阳能发电新技术开发等方面的技术与管理能力的培养。合肥工业大学、上海电力学院、南开大学、四川大学等大学都陆续开设了光伏专业。
还有很多职业院校也加入了光伏人才的建设队伍,江西太阳能科技职业学院(原江西中山职业技术学院)致力于太阳能光伏和光热利用、新能源和节能减排等制造业专业发展。上饶职业技术学院开设了光伏发电技术与应用专业,注重光伏产业理论、应用知识和操作技能的培养,具有从事硅材料及光伏产业的高素质技能型专门人才。湖南理工职业技术学院的专业名称为光伏发电技术及应用专业,侧重于生产运行、技术开发、产品检测与质量控制、生产技术管理、技术服务等工作的高素质技能型专门人才。扬州职业大学的专业名称为光伏材料加工与应用技术,培养具有太阳能光伏产业及光伏材料基础理论知识,掌握光伏材料加工与应用技术,能在光伏材料及相关行业从事生产运行、技术开发、产品检测与质量控制、生产技术管理等工作的高素质技能型专门人才。无锡职业技术学院开设的的专业名称为电气自动化技术(光伏发电技术及应用),针对长三角地区特别是苏锡常地区产业结构调整和提升的新特点,侧重培养光伏系统安装调试、光伏系统运行维护、小型光伏系统集成、光伏产品销售等方面的能力。乐山职业技术学院开设了专业名称为硅材料技术,培养光伏材料加工及应用。天津轻工职业技术学院的专业名称为光伏发电技术及应用专业,光伏系统硬件电路设计,光伏工程现场施工及从事光伏电力系统的调试、维护、运行和管理工作。
随着光伏产业的快速发展,光伏人才变得非常紧缺,这将制约我国光伏产业的大力发展。目前还没有形成非常完整、成熟的光伏技术人才培养体系,人才的后续供给速度赶不上光伏产业发展的速度。因此,建立合理的光伏产业人才培养体系,为我国光伏产业输送优质专业人才,是我们高校面临的一个新的机遇和挑战。光伏产业是一个新兴的产业,光伏专业是一个全新的专业,因此与学校特色相结合的太阳能光伏专业培养方向的研究有利于我校太阳能光伏专业人才培养方案和太阳能光伏专业人才培养模式的制定和实施。
本文主要针对光伏专业的人才培养提出几点见解,以期为该专业人才培养方案的制定和实施,为培养光伏产业发展所需的优秀和创新性人才提供借鉴。
为满足国家战略性新兴产业和光伏经济发展对高素质人才的需要,结合目前光伏岗位需求以及高校的办学条件,需要构建合理的课程体系。现主要岗位群主要有单晶硅棒生产、太阳能电池片生产、光伏电池生产、光伏组件加工和光伏发电系统施工,其中前四个岗位人员需求量大,但对文化程度要求不高,很多初、高中生经过短时间培训就能胜任。而在光伏发电系统施工方面由于我国起步较晚,目前国家对光伏电站建设的支持力度较大,此类光伏发电技术施工人才需求非常的急缺,需要系统地掌握储能和光伏发电等新能源材料与器件相关的基本理论与技术,能进行新能源材料与器件制备、性能测试及设备运行与维护,在制定培养方案时可以对课程整合和调整。
在课程体系设置中,把重点放在硅棒制备工艺流程及原理、太阳能电池制造工艺流程及工作原理、光伏系统的工作原理和设计、CAD技术、电子线路知识和电气控制技术知识,加强各种机械设备的操作技能、光伏材料和光伏系统检测、PLC、单片机等控制器件基础知识的培养[1-3]。
企业非常看重学生的职业素质,如爱岗敬业、吃苦耐劳、求知、学习能力、现场管理和组织生产的能力、团队合作等,这些素质很难通过一两门课程来培养,需要通过大量的校内外实验和实习来进行职业素质教育。首先要培养学生们对光伏这个产业的兴趣,认识到光伏行业的重要性和发展前景。其次通过实验和实习重点加强学生对单晶硅片制造加工流程、光伏电池生产工作流程、晶体硅光伏电池组件制造工艺流程等认知和理解,增强学生对机械设备的操作技能,培养学生的学习能力、吃苦耐劳和敬业精神[4]。
作为一门新开的专业需要有一个强大师资队伍,上海电力学院有光伏行业最知名的教授之一,杨金焕,是中国光伏行业的元老之一。南开大学的光电子所是国家863计划之一,他们研究的电池专门供给中国的卫星做空间电池。四川大学的材料科学系冯良恒教授也是国内光伏行业领先学者之一,主攻碲化镉太阳能电池。笔者认为,一个学科要发展,首先要有好的学术带头人。因此,要大力引进国内高水平大学师德好、学术造诣深的人才担任新能源材料与器件的学术带头人。在此基础上引进相关方向的优秀青年博士,为现有师资队伍注入一股具有活力与创造力的新鲜力量。采取老教师带新教师的方法,尽快提升青年博士的教学水平与教学素质,使青年博士在掌握基本的教学技能的同时,充分发挥自身创造力的优势,加快整个专业的发展。
光伏产业是一个新兴的产业,光伏专业人才变得非常紧缺,光伏人才培养要结合目前光伏岗位需求以及高校的办学条件,凝练出该专业的特色,制定合理的人才培养方案,构建合理的课程体系,建立科学的管理制度,提高人才培养质量,为光伏产业培养具有创新精神和实践能力的高素质光伏专业人才。
[1]李文萱. 高职院校光伏专业建设的探索[J]. 滁州职业技术学院学报,2012, 11(2): 35-37.
[2]肖志刚, 蒋瑶, 尹绍全等. “太阳能光伏发电技术及应用”课程改革研究[J]. 乐山师范学院学报,2013,28(11):61-64.
随着全球性常规能源(煤炭、石油、天然气等)供给的日益紧缺以及环境污染和气候变暖问题的日益严峻,开发新型替代能源已刻不容缓。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生新能源,太阳能光伏发电则是一种零排放且能够规模应用(独立发电及并网发电)的能源技术,其开发与利用越来越引起人们的重视。据欧盟联合研究中心预测[1],太阳能光伏发电在21世纪将替代常规能源,而且将成为世界未来主要能源供应的主体,到本世纪末太阳能发电量将占全世界发电总量的70%。
近年来,我国光伏产业发展迅猛,自2007年起就一直位列世界光伏制造大国的首位。然而,与之不相适应的是光伏专业人才紧缺,尤其是从事实际光伏产品制造、光伏系统的使用和维护检修等生产应用领域的技能型人才非常匮乏。相关资料显示,2010年我国光伏产业产值超过3000亿元,从业人数超过30万人。预计未来3~5年,我国光伏产业年产能的增速有望超过35%。由此推算,国内光伏企业人才需求量巨大。
由于太阳能光伏发电是在2000年以后才得到世界各国的重视,太阳能光伏产业作为一个新兴产业在我国也是近几年才得到快速发展。因此,无论在国内还是国外,太阳能光伏专业都是一个全新的专业。目前,国外仅有澳大利亚的新南威尔士大学设立了专门的光伏与可再生能源工程学院,并开设了光伏与太阳能本科专业。国内少数重点大学(如上海交通大学、浙江大学、中山大学等)虽然成立了与光伏材料研究相关的研究所,但主要培养博士与硕士层次研究型人才。国内其他大学一般是在原有专业基础上设立太阳能光伏方向,如山东建筑大学在建筑学专业下设立太阳能建筑一体化方向,河北科技大学在应用物理专业下设立太阳能光伏方向,南昌大学在材料物理专业下设立光伏发电技术方向,江西科技学院在材料科学与工程专业下设立太阳能光伏工程方向,江西新余学院则专门开设了专科层次的光伏材料加工与应用技术专业。
与传统专业相比,目前我国应用型光伏专业开办时间比较短(普遍仅有2~3年时间),人才培养还处于摸索阶段。
“两平台”是指在课程体系中设置通识教育课程和学科基础课程两个平台。“两平台”内设置的课程相对稳定,其作用主要是对学生进行基础知识教育、基本技能训练和基本应用能力培养。其中,通识教育课程平台由学校层面统一协调管理,注重科学教育与人文教育的融合,为学生奠定素质基础;而学科基础课程平台以专业所属院(系)管理为主,强调与专业交叉、融合,拓宽专业口径,以满足多个专业方向的需要。
“能力模块”是指在课程体系或实践教学环节中设置多个课程组合或实践教学环节组合,形成多个教学模块,其作用主要是对学生进行专业知识教育、专业技能训练和应用能力的培养。“能力模块”强调学生创新精神和实践能力的培养,以工程应用能力培养为主线,以加强实践教学环节为核心,注意与毕业设计紧密结合,设置系列专业方向课程或实践教学环节,注重解决实际问题的方法训练,提高学生的就业能力。“能力模块”属于专业教育内容,由专业所属院(系)设置并管理,以利于各院(系)根据自身的学科优势与专业特点设置“模块”并组织教学,其课程设置具有一定的灵活性与针对性,可以随社会需求进行相应调整。
应用型本科院校培养的高级应用型人才既不同于综合性研究型大学所培养的理论型人才,也不同于职业性院校所培养的实用性技能人才。其不仅要掌握现代社会生产、建设与服务一线从事管理和直接操作的各种高级技能,还应具有将高新科技转化为生产力的能力,即具有设计和开发能力[2]。基于此,学校将光伏专业应用型本科人才培养目标定位为:立足于区域经济的行业发展,培养具备太阳能光伏工程方面知识和设计能力,具有创新精神和实践能力的一线高级应用型工程技术人才。
基于“两平台+能力模块”人才培养模式的要求,对光伏专业课程体系进行构建,如图1所示。
光伏专业应用型人才的能力包括社会能力、专业理论能力和专业技术能力三个方面。
社会能力的培养依托文化基础课程,包括英语、数学、计算机基础、物理、人文等课程,主要培养学生团队协作能力、良性竞争能力、职业道德能力、健康心理能力以及人际交往协调能力等。社会能力培养一般安排在第一学年。
专业理论能力的培养依托专业理论课程,包括概率论与数理统计、机械设计基础、工程力学及工程材料、电工电子基础及实习等课程,主要培养学生数据分析能力、机械加工设计能力以及电子电工基本操作能力,使学生具备良好的工程理论素养,为后续光伏专业技术能力的培养打好基础。专业理论能力培养一般安排在第二学年。
专业技术能力的培养依托专业技术课程,包括太阳能电池材料、硅片加工技术、材料物理导论、半导体物理学以及光伏发电系统的设计、施工及应用等课程,主要培养光伏材料制备能力、光伏电池加工能力、光伏电池性能检测能力和光伏系统设计及应用能力,具备这四大能力的光伏专业人才,可以在生产一线从事生产制造、设计、质量控制、产品检测及产品服务等工作。专业技术能力培养一般安排在第三、第四学年。
应用型本科课程教学强调将基础理论与专业理论有机结合,使学生“精专”与“博通”并举。因此,在理论课程知识方面强调“实基础”。所谓“实”,是指实在、实用,即基础理论知识以“必需、够用”为原则[3]。在课程内容上,从光伏产业需要的知识能力出发,对课程进行适当整合、精简处理。例如,可以对《材料物理导论》和《半导体物理学》中内容接近的部分进行整合,对教材中出现的大量不易理解的公式推导过程进行简化。创新教学手段,综合利用各种方法进行引导,以“用”导“学”,以“用”促“学”。如利用多媒体将光伏材料的制备、太阳电池的加工、光伏系统的设计及应用等知识点以图片和视频的案例形式展示给学生,以加深学生对相关知识的理解。
太阳能光伏专业作为新兴特色专业,目前缺乏现成的、公开出版的、具有针对性的教材。为避免课程内容与社会需求脱节,光伏专业教材开发可以从两方面入手:一是聘请在光伏企业有工作经历的工程师授课,把企业所需要的知识、信息及时反映到课程中来;二是专业教师根据太阳能光伏产业的特点,编写教材。
从江西科技学院材料科学与工程(太阳能光伏工程方向)本科专业培养方案的课程构成及学分比例(如表1所示)可以看出,其实践教学课时占总教学课时的比例达33.2%,其中,集中实践环节的学分占总学分的比例达到17.22%。实践教学主要在校内实验实训基地和校外实习基地完成。
在光伏专业学科基础实践课程中,主要是电子电工实训和数控加工实训。电子电工实训的目的是让学生掌握常用电子元器件的识别选用、常用电子仪器仪表的使用、常用接线与电工线路布线、印制电路板设计与制作及电子产品的装配与调试等电工电路基本技能。数控加工实训的目的是让学生掌握金工实训、数控工艺及加工程序的编制、计算机辅助设计与制造实训、数控加工仿真实训及加工中心实训等机械加工基本技能。电子电工实训和数控加工实训主要是为后续太阳能光伏发电系统的设计施工及光伏电池加工封装实习打下基础。
在光伏专业技术能力模块实践课程中,校内实验实训包括三个方面:一是在太阳能电池工艺及性能实验室完成太阳能电池串焊、太阳能电池电特性(如太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等)检测等训练;二是在太阳能光伏系统实验室,完成太阳能光伏发电系统的组装以及各部分(如蓄电池、控制器、逆变器等)的使用、维护训练;三是在光伏发电模拟系统实验室完成LED光伏照明系统、光伏物联网气象站、光伏充电器、光伏屋顶系统、新能源汽车系统等应用实验。条件允许的学校甚至可以组建达到一定发电规模的光伏太阳能发电站,不但为实验室提供能源,还可以作为实训基地来使用,让学生参与一些管理、维护和检修工作。
建立校外实习基地对于光伏专业应用型本科人才培养十分必要。首先,可以解决学校实验室建设经费不足的问题。因为一条光伏生产线(尤其是偏中上游的晶体硅太阳电池材料生产线)的投入成本巨大(均在亿元以上),学校不可能建设一条完整的生产线供学生实训。建立校外实习基地可以满足学生认识实习(如硅材料的提纯、硅棒的拉制等)和生产实习(如硅棒及硅锭的切片、PN结的形成、减反射膜的蒸镀、金属电极的制作、太阳电池片的层压封装等)的需要,从而使学校可以集中精力建设投资相对较小的太阳能电池性能测试实验室及光伏系统应用实验室。其次,学校可以定期派送校内专任教师到合作企业锻炼,促进学校“双师型”队伍的建设。最后,可以解决学生的就业问题。因为光伏专业的就业面窄,毕业生的就业选择相对较少,校企合作可以很好地解决学生就业问题。如江西科技学院在江西赛维LDK太阳能高科技有限公司及江西晶科能源有限公司建立了校外实习基地,双方开展订单式人才培养,学生在订单企业顶岗实习和就业。
[2]贾慧敏,赵艳芳,李珍.面向市场设专业变中求新建特色[J].中国职业技术教育,2005(27):31-32.
[3]汪禄应.应用型本科教育人才培养目标与课程体系建设[J].大学教育科学,2005(2):42-44.