太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用于技工院校教育課程教學(xué)方式探討

聶兆連 張悅

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)面臨化石燃料的短缺和生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重污染的局面，太陽能發(fā)電能在一定程度上緩解這一問題。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，培養(yǎng)光伏應(yīng)用型技術(shù)人才勢在必行。在此情形下，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與技工院校教育的結(jié)合應(yīng)運(yùn)而生。本文介紹了太陽能光伏發(fā)電的基本原理和主要優(yōu)勢，探討了光伏發(fā)電于技工院校教育課程的應(yīng)用，從構(gòu)建原則、能力分析、體系構(gòu)建、教學(xué)方式等方面分析了光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的課程體系，為技工院校教育提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 技工院校教育課程 教學(xué)方式

知識經(jīng)濟(jì)化的時代，信息化的社會，終身教育理念和建立學(xué)習(xí)型社會等新觀念受到普遍的認(rèn)同和推崇，已融入各國的教育領(lǐng)域，并在不斷實踐探索之中。中等職業(yè)教育也必然融入終身教育的體系之中。終身教育體系的教育目標(biāo)與中等職業(yè)學(xué)校的教育目標(biāo)是有機(jī)的統(tǒng)一。近年來，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，光伏應(yīng)用技術(shù)成為一門新專業(yè)進(jìn)去各地區(qū)技工院校勢在必行。

一、現(xiàn)狀

（一）太陽能光伏發(fā)電的基本原理和主要優(yōu)勢

1.光伏發(fā)電的基本原理

太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電有可能成為最具有發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器光伏發(fā)電三大部分組成。光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。當(dāng)太陽能電池受到太陽光（或其它光）的照射時，電池能吸收光能，產(chǎn)生“光生電子-空穴”對。光生電子和空穴由于受到電池內(nèi)電場作用而被分離，在電池兩端積累起異號電荷，即產(chǎn)生電壓。

2.太陽能光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢

（1）普遍性：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，便于采集，且無須開采和運(yùn)輸。

（2）無害性：開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。

（3）穩(wěn)定性：光伏發(fā)電系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。晶體硅太陽能電池壽命可長達(dá)20-35年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要設(shè)計合理、選型適當(dāng)，蓄電池的壽命也可長達(dá)10～15年。

（4）靈活性：太陽能電池組件結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，而且根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。

（5）豐富性：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。

（6）可持續(xù)性：根據(jù)太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。

（二）技工院校的發(fā)展現(xiàn)狀

技工院校是人力資源和社會保障部門主管，以培養(yǎng)技術(shù)工人為主要目標(biāo)的專門學(xué)校，是國民教育體系和人力資源開發(fā)的重要組成部分。經(jīng)過60多年的發(fā)展，技工院校已經(jīng)成為綜合性的技工教育和職業(yè)培訓(xùn)基地、高技能人才培養(yǎng)的重要陣地、世界技能大賽主要集訓(xùn)基地、與企業(yè)聯(lián)系緊密的辦學(xué)實體，形成了鮮明的辦學(xué)特色和獨(dú)特的技能人才培養(yǎng)優(yōu)勢。截至2016年底，全國共有技工院校2526所，在校生超323.2萬人。

技工院校發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。一方面，黨和國家高度重視、從宏觀層面做出了戰(zhàn)略部署，技工院校面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇；經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對技能人才不斷增長的強(qiáng)勁需求，為技工教育事業(yè)發(fā)展開辟了廣闊空間；職業(yè)能力建設(shè)事業(yè)的整體推進(jìn)，為技工教育事業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。另一方面，法律法規(guī)缺失問題比較凸出，完善頂層設(shè)計的任務(wù)艱巨；技工院校投入不足、發(fā)展不平衡問題亟待解決；穩(wěn)定招生規(guī)模、提高生源質(zhì)量面臨較大挑戰(zhàn)。

二、光伏發(fā)電于技工院校教育課程的應(yīng)用

（一）光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)

光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)主要面向太陽能光伏企業(yè)，培養(yǎng)德、智、體等全面發(fā)展，具有良好的職業(yè)素質(zhì)，掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)所涉及的相關(guān)基本理論知識及其實際操作能力，能夠從事光伏離網(wǎng)、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分析、設(shè)計、安裝、調(diào)試與技術(shù)管理、電能質(zhì)量管理等崗位工作的高等應(yīng)用型技術(shù)人才。

光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)所培養(yǎng)的職業(yè)人才需要掌握現(xiàn)代電能質(zhì)量檢測技術(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計及其應(yīng)用、光伏電池原理與能量存儲技術(shù)、PLC技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用、電機(jī)拖動、光伏電力電子技術(shù)、太陽能光伏系統(tǒng)概論、工廠電氣設(shè)備、傳感器技術(shù)應(yīng)用、PLC技術(shù)實訓(xùn)、光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝與調(diào)試實訓(xùn)等課程。

光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)所培養(yǎng)的職業(yè)人才能取得多種職業(yè)證書，包括《中級維修電工》證書、《全國CAD等級》認(rèn)證、《CEAC電氣智能技術(shù)應(yīng)用工程師》、《電子設(shè)計工程師》、《光伏組件技術(shù)工程師》等證書。

光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)所培養(yǎng)的職業(yè)人才主要是在光伏行業(yè)中從事光伏材料加工、光伏產(chǎn)品生產(chǎn)、檢測與質(zhì)量控制，光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝調(diào)試、光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、光伏產(chǎn)品的銷售及售后服務(wù)、小型光伏系統(tǒng)集成、生產(chǎn)技術(shù)管理等工作。

（二）關(guān)于光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.課程體系構(gòu)建原則

全面貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，遵循國家的教育方針，與地方經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展主動結(jié)合，以提高質(zhì)量為核心，以突出特色為重點(diǎn)，以合作辦學(xué)、合作育人、合作就業(yè)、合作發(fā)展為主線，創(chuàng)新體制機(jī)制，推進(jìn)產(chǎn)教結(jié)合，促進(jìn)專業(yè)與產(chǎn)業(yè)對接、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對接、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對接、學(xué)歷證書與職業(yè)資格證書對接、職業(yè)教育與終身學(xué)習(xí)對接。

堅持主動適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需求的原則，準(zhǔn)確把握專業(yè)定位和發(fā)展方向，深入行業(yè)或企業(yè)一線，培養(yǎng)適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)的特色人才；堅持工學(xué)結(jié)合、校企合作共育人才的原則，深化人才培養(yǎng)模式改革，共同開發(fā)專業(yè)課程和教學(xué)資源，突出人才培養(yǎng)的針對性、靈活性和開放性；堅持能力與素質(zhì)并重，知識、技能與素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的原則，全面提高學(xué)生的核心競爭力；堅持理論與實踐結(jié)合、“教學(xué)做”一體多元化教學(xué)模式改革的原則，重視教學(xué)過程的實踐性、開放性和職業(yè)性，構(gòu)建“以培養(yǎng)職業(yè)能力為核心”的崗位認(rèn)識實習(xí)、情境式仿真實訓(xùn)、綜合性生產(chǎn)實訓(xùn)、就業(yè)式頂崗實習(xí)等能力遞進(jìn)的實踐教學(xué)體系。

2.職業(yè)崗位能力分析

該課程圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)構(gòu)建體系，以職業(yè)的核心能力為主線，以行業(yè)職業(yè)資格為標(biāo)準(zhǔn)，以生產(chǎn)崗位典型工作任務(wù)為載體，同時結(jié)合專業(yè)定位，在與企業(yè)共同開發(fā)的過程中建立系統(tǒng)化課程體系。以處于光伏產(chǎn)業(yè)下游的光伏電站建設(shè)與光伏應(yīng)用產(chǎn)品企業(yè)為例：

光伏電站建設(shè)的主要工作崗位有電站建設(shè)前期調(diào)研、工程設(shè)計、工程項目申報、工程施工、入網(wǎng)調(diào)試、電站運(yùn)行維護(hù)與檢修等。光伏應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)的主要工作崗位有單體電池檢測、特種組件生產(chǎn)、組件檢測、控制器制作、系統(tǒng)集成與檢測、系統(tǒng)維護(hù)與技術(shù)服務(wù)等。

3.課程體系構(gòu)建

高職教育的目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才，所以在建設(shè)光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程體系時必須抓住區(qū)域產(chǎn)業(yè)、企業(yè)、學(xué)生三個要素，在保證學(xué)生專業(yè)技能的同時，具備應(yīng)有的素質(zhì)。不僅加強(qiáng)學(xué)生職業(yè)技能的提高，同時加強(qiáng)原屬于文化素質(zhì)課的公共基礎(chǔ)課程，讓公共基礎(chǔ)課程知識不止是浮于表面，而是要讓學(xué)生真正具備應(yīng)有的文化素質(zhì)和交叉學(xué)科能力，能更好地適應(yīng)社會需求。

在構(gòu)建專業(yè)課程平臺時，主要包括基礎(chǔ)理論課程與職業(yè)能力課程。基礎(chǔ)理論課程顧名思義，是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識和基本實踐技能的課程。在基礎(chǔ)理論課程中主要有《電工基礎(chǔ)》、《工程制圖與CAD》、《太陽能電池材料制備工藝》、《電子線路制圖與制板》、《光伏電子產(chǎn)品制作》、《電力系統(tǒng)基礎(chǔ)》等課程。在課程體系中，日常的教學(xué)課程應(yīng)注重學(xué)生的技能培養(yǎng)，基礎(chǔ)理論課程與職業(yè)能力課程的實踐教學(xué)比重應(yīng)占50%以上。當(dāng)然，也要關(guān)注學(xué)生在學(xué)科系統(tǒng)理論學(xué)習(xí)上存在的缺失，設(shè)置《光伏發(fā)電技術(shù)》等回顧總結(jié)性課程，讓學(xué)生知其然，也知其所以然，使學(xué)生掌握學(xué)科的完整性，有利于學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。職業(yè)能力課程則是培養(yǎng)職業(yè)崗位能力的關(guān)鍵課程，是根據(jù)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位任職的要求，參照相關(guān)職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)置。在此部分課程體系中開設(shè)《光伏電池制造工藝》、《光伏電氣設(shè)備檢修與電站維修》、《光伏逆變技術(shù)》、《光伏發(fā)電系統(tǒng)集成與設(shè)計》、《光伏發(fā)電系統(tǒng)施工與入網(wǎng)調(diào)試》、《智能光伏產(chǎn)品制作》等職業(yè)核心課程。

在構(gòu)建獨(dú)立綜合實訓(xùn)平臺時，針對多門專業(yè)課程的綜合實訓(xùn)，開設(shè)除了軍事課、畢業(yè)論文、頂崗實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)外，還有《光伏認(rèn)識實習(xí)》、《光伏電子產(chǎn)品生產(chǎn)綜合實訓(xùn)》和《光伏電站安裝與維護(hù)綜合實訓(xùn)》等課程。

在專業(yè)建設(shè)過程中，課程體系建設(shè)、專業(yè)課程建設(shè)、實踐基地建設(shè)、教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)、質(zhì)量評價管理體系建設(shè)等內(nèi)容都是決定專業(yè)服務(wù)水平提升的主要因素。由于光伏應(yīng)用技術(shù)專業(yè)是近幾年興起的新專業(yè)，專業(yè)建設(shè)需要在實踐探索過程中不斷發(fā)展，不斷完善。

4.實踐課程教學(xué)方式

創(chuàng)建一項與太陽能產(chǎn)業(yè)公司合作開展的創(chuàng)新的、互動式的跨學(xué)科實操學(xué)習(xí)項目。該項目可以融合藝術(shù)、科學(xué)和環(huán)保的創(chuàng)意，學(xué)生利用太陽能產(chǎn)業(yè)公司提供的太陽能工具包，自行收集材料（如使用過的易拉罐、包裝盒、廢舊的電器等）創(chuàng)造和設(shè)計太陽能藝術(shù)作品。

針對初級班：工具包有太陽能發(fā)電的LED照明裝置和其他可循環(huán)材料，學(xué)生可以用此制作和裝飾手持燈籠。

針對中級班：工具包有小型太陽能光伏發(fā)電板、LED燈、齒輪馬達(dá)、電池和其它必要的電子元件，主要讓學(xué)生設(shè)計制作出一個以太陽能為動力的照明項目。

針對高級班：工具包則更為復(fù)雜，包括太陽能光伏發(fā)電板組件、帶有多個傳感器的微型控制器、LED照明裝置和齒輪馬達(dá)等。來自不同學(xué)科的學(xué)生需將所有組件結(jié)合在一起，制作一個由太陽能驅(qū)動的交互式設(shè)計項目。

學(xué)生設(shè)計的太陽能藝術(shù)作品將會在每個學(xué)校展覽，挑選其中若干件設(shè)置不同獎項，最好的作品將被收集起來，向公眾開放展覽。

結(jié)語

隨著社會的進(jìn)步，終身教育理念和建立學(xué)習(xí)型社會等新觀念融入各國教育領(lǐng)域，光伏發(fā)電應(yīng)用于技工院校的教育課程正在探索中不斷發(fā)展，不斷完善，我們有望在未來看到太陽能工程師、太陽能藝術(shù)家和太陽能企業(yè)家，從而促進(jìn)我國太陽能事業(yè)的發(fā)張和可持續(xù)發(fā)展型社會的進(jìn)步。

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