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關鍵詞:新能源發電;專業英語;雙語教學;教學模式
作者簡介:葉林(1968-),男,湖北武漢人,中國農業大學信息與電氣工程學院,教授。(北京 100083)
基金項目:本文系中國農業大學2010年首批全英文授課課程建設重點項目(項目編號:08132953)、2011-2013年中國農業大學重點外專引智項目(項目編號:2011W004)、2011年中國農業大學校級教育教學改革項目(項目編號:1081-18062101)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)30-0115-02
大規模開發利用可再生能源可以節約國家能源,特別是新能源發電技術對于優化我國能源結構、保障國家能源安全、改善環境、促進經濟社會可持續發展具有非常重要的現實意義。隨著新能源發電技術的快速發展,對新能源發電技術專業人才培養的要求和層次也在不斷提高。現代高水平的電力專業人才不僅需要掌握系統的專業知識,而且還應該具有高水平的專業外語交流能力,[1]因此,有必要深化新能源發電專業英語課程體系建設,開展雙語教學改革實踐與探索,[2]進一步提高雙語教學的質量,這是培養高素質電力專業人才的重要基礎。
新能源發電技術專業英語課程主要是為電氣工程及自動化專業高年級本科生開設的專業課,同時也是面向全校其他專業的高年級本科生開設的一門校級通選(選修)課,是一門知識面很廣、內容豐富、前沿性很強的課程。課程在比較分析國內外新能源發電技術特點的基礎上,對風力發電、太陽能光伏發電/熱發電、水力發電、生物質能發電、海洋能發電和燃料電池發電等幾種典型的新能源發電方式的原理、技術現狀、并網運行情況以及未來發展趨勢等進行了全面的分析介紹,[3]教學內容全面展示了近年來新能源發電領域的最新科技成果。通過對該門課程的學習,可以使學生了解全球和中國的新能源發電技術現狀、研究進展和存在的問題,熟悉新能源發電的生產過程,并掌握新能源系統各個發電方式的基本工作原理、動態運行特性,培養學生對新能源發電等相關領域的興趣,提高學生專業英語實際應用能力和競爭力,為學生將來進一步從事新能源發電領域的技術工作和進行科學研究夯實基礎。
為提高新能源發電技術專業英語課程的教學質量,在課程體系建設和教學模式創新等方面進行了一些探索與思考。
一、課程建設
1.課程體系建設
教學大綱在新能源發電技術專業英語雙語教學的課程體系建設中具有指導性作用,針對課程實踐性強及與前沿技術聯系緊密的特點,在查閱、歸納、總結、消化國內外相關文獻資料和最新研究成果的基礎上,考慮選課學生的不同專業背景,編撰具有一定通用性的新能源發電技術專業英語課程雙語教學大綱。特別針對現有電氣工程專業英語中有關新能源發電技術方面比較薄弱的現實,參考國內外最新的研究進展,將涉及新能源發電技術這一新興領域的英語專業術語、詞匯進行分類總結,補充到雙語教學課程教材中,使得具有不同專業背景的選課學生易于接受,形成一個特點鮮明的課程體系,這是本雙語課程實踐探索最首要的研究內容。
2.積極推進自編雙語教材的建設,豐富教學資源
課程教學選用了國外原版英文教材,教材內容非常豐富全面、數據新,并配以生動、形象、有趣的插圖,深受學生的喜愛。但是,由于中國學生英語語言背景、具體專業方向等方面的差異,原版教材的通用性較差,而且原版教材的價格昂貴,這些局限因素促使教學團隊在前期大量查閱、歸納、總結國內外的相關文獻資料和吸取國內外最新研究成果的基礎上,選取國內外具有一定時效性和難度適中的英文資料作為課程補充講義,結合專業的實際情況專門組織編寫了自編教材,并在教學實踐中不斷完善、補充、修訂具有科學性及可讀性的新能源發電技術領域的雙語教材,突出“英漢兼顧、內容新穎、難度適中、適用面廣”的特點,有助于學生在較短時間里全面掌握新能源發電技術的基本原理、相關技術、國內外的研究進展及發展趨勢。通過自編教材的建設豐富了教學資源,有利于促進雙語課程的教學效果,拓寬學生的視野。
3.注重課件的制作和課程教學輔導網頁的建設
在本課程雙語教學的實施中,從查閱、消化國外原版教材和本專業的相關文獻資料入手,結合雙語課程的特點,撰寫相應的雙語教案和講稿,精心制作教學課件,做到圖文并茂、突出基礎原理部分、充分展示國內外最新研究成果,并將教案或課件發給學生,方便學生課前預習和課后復習。依托專業實驗室和學科建設資源建設了新能源發電技術專業英語雙語課程教學課外輔導網絡開放實驗室,將課程所有教學資源、相關文獻、視頻、PPT課件以及軟件等放在了實驗室教學網絡上,可隨時提供給學生查閱、下載課程教學資料和課外閱讀。為課程教學創造了一個優良的網絡教學環境,進一步鞏固了教學內容,拓寬了學生的專業知識面和外語媒介運用能力,鞏固了教學效果。
二、教學模式的改革與探索
1.課堂教學兼顧全局,循序漸進
教學方法和手段是實現教學目的的重要保障,教師應大膽嘗試多種教學方法的并用。教學過程中要遵循循序漸進的原則,授課節奏由慢到快,內容由淺至深。在課程教學過程中,初期為幫助學生更容易地進入課程,會對重點和難點內容加入中文對照;隨著課程內容的深入,以及學生對課程相關術語的逐步熟悉,逐漸提高課堂英語授課的比例,在課程教學中期逐漸過渡到英文授課為主。在教學中鼓勵學生用英文回答問題,但對英語基礎較差的學生仍然允許用中文回答和提問,以便充分掌握教學內容,從而使該課程教學真正體現“難度適中、循序漸進、英漢雙強”的特點。遵循因材施教的原則,根據學生外語基礎合理制訂不同的目標,保證學生在學習專業知識的同時提高外語運用能力。
2.增加實踐教學環節,實現教學方法的多樣化
為了激發學生的學習熱情和主動性,采取形式多樣的教學方法,采用授課與討論相結合方式,營造積極思考和發表見解的課堂氛圍,避免學生只是被動地聽。教師從知識的傳授者變為學生探求知識的引導者,促進學生主體性和獨立性的發展,通過師生之間的溝通和交流,讓學生真正參與到教學過程中來。在課堂教學中適當進行口語訓練,營造課堂討論、外語提問和回答問題的氛圍,調動學生使用外語的積極性和主動性。注重學生專業英語交流能力的培養,采取讓學生朗讀教材中關鍵詞、關鍵段落的方法,幫助他們克服畏難心理,選擇一些較簡單的問題提問,要求他們用英語回答一些簡單的問題。適當增加一定學時的課外實踐教學環節,組織選課學生參觀新能源發電場,培養了學生的學習興趣,提高了學生學習的積極性,既開拓了學生的學術視野又促進了教學。
通過雙語教學的大力改革實踐,使得學生長期普通英語的學習能力迅速轉化到專業英語的學習上,英語的交流能力得到迅速提高,培養學生國際化視野,從課程體系建設方面推動本科生教育國際化的發展。
3.聘請外籍教授參與教學,創造原味英語語境
為充分營造原汁原味的英語語境氛圍,課程選用原版的英語教材及影像資料,使課程教學真正體現“內容專、語境純”的特點,快速提升學生的英語聽、說、讀、寫和溝通演講能力。另外,重視課程教學團隊的建設,通過與歐美名牌大學建立定期的國際合作與學術交流機制,邀請外籍教授作專題學術報告,聘請外籍教授參與教學環節。實踐證明,經驗豐富的外國教授上專業英語課效果最好,他們的課程一般安排在后半階段,學生在經過一段課程學習后學習信心高漲。外教的授課方式與內容使得學生頓感眼界開闊,英語理解水平普遍提高極快,學生的英語理解能力、學術交流能力與自信心也得到普遍提高,培養了學生的國際化視野。
4.以科研促教學,建立高水平教學團隊
科學研究是提高教師教學水平的基礎。學術水平高、外語水平好的教授和幾名青年教師組成了結構合理、充滿活力和創造力、責任心強的師資隊伍,這些都是這門雙語教學課程得以成功進行的保障。團隊成員均承擔了國家自然科學基金研究項目、教育部科學技術重點研究、教育部博士點基金項目、國家科技支撐計劃研究項目,取得了一定的科研成果并運用于教學中,取得了較好的效果,真正做到科研和教學互促互進。
教學團隊中的骨干教授利用自己的影響力,邀請國際一流高校的教授來華進行學術交流和課堂授課,為青年教師創造和國外著名學者交流的機會,從中汲取國外先進的教育思想理念和教育方法,并請外籍教授對課程主講教師的教學工作進行評價和指導,不斷改進教學方法,提高教學團隊的整體教學水平,開闊了青年教師的學術視野。
5.突破傳統的課程教學模式,建立創新驅動的教學模式
新能源發電技術是一個不斷發展完善中的學科,技術進步日新月異,因此,在教學內容上也應該跟蹤最新的研究進展,及時吸納國內外科學研究成果,與時俱進,充分體現國際化,突出新穎性。教學方法上,將原來單純的教師課堂講授這一學生被動獲取知識的教學模式,變為創新驅動的學生主動參與模式,努力調動學生的學習積極性,提高學生的參與程度,將課堂講授與課堂討論、實踐環節相結合。鼓勵學生提出創新理念并及時表達,在主講教師的指導下,學生以團隊合作的形式自主完成中英文文獻檢索、英文論文寫作及英文專題演講等過程,大大提高學生團隊協作能力、綜合利用專業知識和英語工具解決實際問題的能力,使課堂成為一個絕好的學生展現創新思維的平臺。
三、學校政策措施的支持
為了貫徹《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》精神和《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》,全面推進教學改革,培養高素質創新性人才,自2011年起中國農業大學開展教育教學改革立項研究工作。新能源發電專業英語雙語課程成為學校首批16門獲得資助的教學改革立項的重點研究項目之一。同時,學校國際合作與交流處設立聘請外籍教師專項,以支持課程聘請國外名牌大學教授短期來校進行學術交流、參與指導雙語課程的教學。學校多渠道的經費資助為順利實施雙語教學課程建設提供了強有力的財政支持。
同時,學校一直非常重視雙語示范課程建設。近幾年來,學校制定了一系列鼓勵雙語示范課程建設的政策文件,明確提出雙語示范課程建設的總體規劃和管理機制,在規范雙語建設課程基礎上,鼓勵雙語示范課程的建設。為此,學校專門設立了雙語示范課程專項建設經費,并將雙語教學課程的課時酬金提高100%。對雙語示范課程的師資培訓、人才引進、實驗室建設、教材編寫等予以政策性支持,為推動雙語教學的改革與探索提供了很好的制度措施和條件保障。
四、結語與體會
1.教學理念與教學新模式的創新
在教學模式上,教學團隊努力學習和掌握國外先進教學思想、理念,尋求教與學的最佳結合點,不斷探索運用現代教學方法變革傳統的教學方式。注重培養學生用英語思考、解決專業問題的能力,增強學生獲取知識的能力和學術交流能力。
2.注重專業知識與英語應用能力的雙提高
在基本教材和課堂教學的基礎上,課程采用專家報告、現場調研、專題演講、影視資料等,加強學生對新能源發電基本原理的理解。該課程采用專業知識介紹和實際英語運用能力培養兼顧的教學方法,注重學生實際英語應用技能的培養,實現學生專業知識和英語水平雙贏的教學目標。
參考文獻:
[1]陳紅蕾. 雙語教學的實踐與思考[J].高教探索,2003,(3):59-60.
關鍵詞:光伏發電技術;教學模式;課堂實驗教學;校企合作教學
中圖分類號:G646 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)03-0161-02
人類社會的可持續發展面臨著環境惡化、資源短缺的嚴峻挑戰,而取之不盡用之不竭的太陽能則成為新能源的首選之一。曾經在全球光伏產業的推動下,中國光伏產品已占據國際市場的大半壁江山,但卻一直面臨市場在外的困局。光伏產業經過數年爆發式增長,最終多個環節產能面臨嚴重產能過剩。隨著歐美對中國太陽能電池板的“雙反”實施,近幾年是中國光伏產業發展過程中的一個“寒冬”。光伏企業要應對“寒冬”,一是上游制造企業要提高自身的技術水平和產品質量;二是下游應用企業要抓住機遇,通過技術創新不斷提高系統集成能力,致力于為客戶提供優質可靠的系統設計方案。依據國家新能源政策的戰略部署,結合上海電力學院的專業特色,我校相關太陽能光伏發電專業力圖培養出合乎國家和社會需要的、滿足光伏產業結構調整的市場需求的光伏材料及光伏系統設計專業方面的人才。有關專業以物理學為基礎,系統學習基礎物理學、固體物理、半導體物理等,使學生牢固掌握物理學基礎理論。同時結合電力教學的優勢,將太陽能電池技術、太陽能發電技術、電力分析基礎、逆變器原理等作為專業必修課,培養太陽能發電技術行業的高層次專業人才。這樣,學生在掌握光伏發電系統設計專門技能的同時具備更加扎實的理論知識基礎和科技創新的潛力。其中《太陽能發電技術》包含了太陽輻射、光伏系統設計原理、部件選型、系統安裝維護等內容,其教學目標是希望通過該課程的學習能使同學們能掌握太陽能發電系統的設計開發,為今后從事相關工作打下堅實的理論基礎。作為最早開設《太陽能發電技術》課程的高等院校,由于該課程屬于新課程教學,教學過程中受到教材、實驗設備等各方面條件的限制,使用傳統的教學方法效果不很理想。本文就近年教學過程中遇到的一些問題,針對目前的教學模式進行探討。
一、加強課堂實驗教學
《太陽能發電技術》作為光伏產業人才培養的基礎性課程,主要講述太陽輻射的相關知識、光伏發電系統的原理、系統設計、配件選型及系統安裝維護等相關專業知識,這是一門實踐性十分強的專業課程。在目前的教學過程中發現,單純依靠理論知識講解,學生很難對光伏系統有深入的理解。總結教學過程發現,在學習理論知識的同時如果能結合相關的實驗、實踐教學,則可大幅度提高教學質量與課堂教學效果,也能加深學生對知識點的理解與掌握,這就凸顯了課程教學中實驗環節的重要性。由于《太陽能發電技術》屬于新課程,受到實驗設備、實驗條件和人員的限制,短時間內開展豐富實驗教學有著一定的困難。但是,使用計算機軟件仿真虛擬實驗和設計就沒有這方面的限制。因此,著手開發該課程的虛擬實驗教學環境也是一種重要的方法。此外,在教學的過程中也可以根據教學的需要,動員學生與老師一起自行設計一些簡單可行的實驗設備,既可以加深學生對所學理論知識的理解,又能使學生能夠得到全面的實際訓練,還可以豐富該課程的教學資料。另外,在這個過程中,除了簡單的驗證性實驗,還與控制類、綜合設計類的實驗相結合,提高了學生對已學知識的綜合運用能力,加強了學生的動手能力和實踐能力,使學生在走入社會后,能較快適應市場發展需要,提高就業競爭力。此前北京信息科技大學的白連平等[1]針對該課程就設計了一些可行性實驗,如光伏陣列設計實驗、太陽能路燈照明系統設計等。
二、開展校企合作教學
由于工科課程的實踐特性,除了課堂的理論與實驗之外,開展校企合作教學則是提高該課程教學效果的制勝法寶[2]。在前期的教學過程中作為實踐教學曾經帶學生到相關的光伏企業見習,在企業參觀實習的結束之后,有些學生反映“公司實習4天比在學校2年學的東西都多”,這句話也讓作為教育工作者的我們陷入沉思。現在學生學習知識的途徑很多,他們更喜歡看到實際的操作而不是“紙上談兵”。例如課堂上講過單晶硅、多晶硅、薄膜太陽電池,而很多學生到了現場仍然分不清楚是什么類型的太陽電池組件;課堂上學習了晶體硅太陽電池的制備工藝,參觀的時候學生還是提出為什么這些電池都是藍色的,不能做成其他顏色呢?雖然這些基礎的知識都已經在課堂上講授過了,明顯部分學生不知道或者不懂卻從來沒有人提出過,而在參觀過程中他們都想到了這些問題,通過參觀學習對這些知識有了更進一步的理解,充分說明了僅有課堂教學遠遠無法滿足該課程的設置目標。因此,除了輔助的課堂實驗教學或者視頻演示之外,與相關企業開展校企合作教學也是提高學生認知能力的一項重要教學手段。這就要求在該課程的教學過程中,除了加強實驗教學還必須加強學校和企業之間的合作,開展合作教育方可取得更好的教學成果。
三、將科研與新技術融入教學培養學生的科技創新能力
素質教育已經是高等院校的重中之重,學校有很多項目都涉及鼓勵大學生科技創新,從近代科學技術的發展史我們也可以看出,年輕人在科技創新上有著巨大的潛力。而如何通過有效途徑提高工科學生的科技創新能力也困擾著不少教師。同時作為高校教師大多也同時肩負著科研工作,怎么樣將自己的科研工作融入日常教學并以此為基礎培養學生的科技創新能力也是一個應該認真考慮的重要問題。大學生在科研領域的創新在國際上屢見不鮮,比如在超導領域,MgB2合金超導體以及NaCoO.H2O超導體都是由日本的本科生首先發現的。《太陽能電池技術》及《太陽能發電技術》課程的開設,為科研融入教學提供了良好的載體。太陽電池材料的研究是目前材料科學的一大熱門研究領域,這樣可以在教學過程中使學生了解到最新的材料研究,從而讓學生了解到了什么是科研,科研對實際生活又有著怎樣的影響,從而激發學生的學習興趣。而《太陽能發電技術》主要包括太陽輻射、電池制造、組件制造、系統原理、系統設計、部件選型以及控制器逆變器原理等技術。它包含了多門理論性和實踐性都很強的專業課程,涉及的知識面廣、內容概念多,為大學生創新提供了一個良好的平臺。學生在老師的指導下開展太陽能電池及發電技術的研究,查閱資料、進行光伏發電方案的設計,促使學生將所學的電學、材料學、物理學等學科聯系起來。有利于調動學生的學習積極性,激發學生的科技創新興趣,培養學生分析和解決問題的能力[3]。
四、課程考核形式多樣化
基于該課程的實踐性特點和教學目的,可以在傳統卷面理論知識考核的基礎上增加多樣化的考核形式,比如系統設計作品展示、成果匯報等多種方式進行考核,綜合考核專業知識、專業技能等方面。對采取不同方式、對各個不同方面進行考核的結果,通過一定的加權系數評定課程最終成績。
五、小項目形式完成課程設計
在網絡化的今天,課程設計面臨的一大問題就是論文在網絡上復制粘貼完成。而作為實踐性較強的太陽能發電方向的畢業生,我們是否可以改變思路,課程設計不再局限于理論推導而轉向實踐性課程設計。指導老師可以根據地理情況和電網分布情況選擇合適的條件用于學生自主設計光伏發電站,包括太陽能電站地點選擇、可行性分析、電站規模及組成、蓄電池容量、光伏電站年發電量及經濟效益、光伏電站整體布局(組件串并連設計、匯流箱排布、電纜連接、線管地槽整體排布、電纜規格及用量計算、線管規格及用量計算、配電房及看守房布置、支架定點圖等)、系統防雷及監測、電網安全性等部分內容[4]。相信完成這樣的課程設計,可以培養學生查閱文獻和市場調研能力,對其今后獨立從事光伏產業內業務是非常有幫助的。這樣的課程設計比普通的論文撰寫更能提高學生的專業水平,從而使學生的能力達到甚至超越該學科的培養目標。
本文根據《太陽能發電技術》的實際教學經驗以及該課程的教學目標,探討了在現有教學模式基礎上需要進行的一些改進。作為工科應用型創新人才,最重要的是應該具有很強的獨立獲取和應用知識的能力,而傳統的理論教學為主模式則很難讓學生將書本知識與實際光伏工程結合起來,也就無法真正理解光伏發電系統。本文提出了加強實驗教學、開展校企合作教學、將大學生創新融入教學以及改變傳統的考核方式等,其實質都是為了改變目前理論教學為主體的教學模式,將實驗、實踐教學等過去不被重視的教學方式引入這些實踐性較強的課程,探索新的教學模式,從而培養出更適合現代企業、社會所需的高層次人才,達到開設該專業的最終目標。
參考文獻:
[1]白連平,張巧杰.光伏發電實驗設計探討[C].第五屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集(2):602-605,2008-04,中國陜西西安.
[2]趙濤,李國強.獨立學院校企合作人才培養模式探索與實踐[J].實驗室科學,2012,(6):1.
關鍵詞:光伏并網;太陽能;MATLAB仿真
當前,世界能源結構中,人類主要是對石油、天然氣、煤炭等化石能源的利用,但其不可再生,將面臨枯竭的危機。但化石能源的開采和利用也是造成環境污染的直接來源,人類為了將來的生存與發展,必須尋找一種清潔能源。隨著世界經濟的發展,人類對能源的需求越來越大,進而隨之而來的能源短缺,環境破壞已經成為社會發展面臨的重大問題。
新世紀,能源需求成為一個急需解決的全球性問題,各國對能源的爭奪也愈加激烈。需要尋找一種替代能源來緩解目前的形勢,走“節能減排”,發展低碳經濟的可持續發展的道路。利用“節能減排”只能緩解能源短缺的局面,但是不能從根本上解決能源短缺的趨勢,因此必須調整能源結構,利用可再生能源逐步取代傳統化石能源,因此可再生能源發展問題成為世界關注的焦點。
一、光伏發電的國內外發展現狀
20世紀70年代,在全球石油危機的背景下,西方發達國家將尋找新能源的方向轉向了豐富的太陽能,并高度重視光伏發電技術。
德國是大規模發展光伏事業最早的國家,其由政府制定的《可再生能源電力供應法》,很大力度的促進了光伏發電的市場,為本國光伏事業的發展提供了強制的政策保障。美國是繼德國之后的發展光伏發電的國家,在1997的聯合國環境與發展大會上提出了一個偉大的百萬太陽能屋頂計劃。這一計劃在美國新一屆總統奧巴馬的支持下得到了更大的推廣,奧巴馬政府對新能源開發政策給美國的光伏乃至全球的光伏發電市場注入了新的更大活力。日本也是太陽電池的生產大國,其在1997年提出了“7萬光伏屋頂計劃”,到2010年光伏電池的安裝總量達7600MW。
最近幾年,各國新的可再生能源法的出臺,更是掀起了一輪政策熱潮,新的補貼法案促進可全球光伏市場的高速發展。正是歐洲、美國和日本的強有力支持,全球光伏逆變器市場呈現出一片欣欣向榮的景象。
我國的光伏并網技術從20世紀開始起步,到現在的穩步發展的階段,國家也出臺了《可再生能源長期發展規劃》的政策,來激勵和促進我國的光伏事業的快速發展。我國國內對光伏逆變器的應用比歐洲國家晚很多,我國目前最好的光伏企業合肥陽光電源比德國的SMA要晚上市9年。我國是繼德國、美國和日本之后的世界第四大光伏組件制造國。光伏發電未來的發展必定是建設大規模的并網光伏發電系統。隨著我國經濟的不斷發展,國家制定的“十二五”規劃,為我國光伏制定了確切的發展目標,即到“十二五”末期,國內光伏發電裝機容量達到 5GW。要實現這一宏偉的目標,前路依舊是漫長和艱辛。
二、光伏并網發電系統
光伏并網發電系統是相對獨立式光伏發電系統而言的,兩者的區別就是發電系統與電力系統連接與否。光伏發電并網系統與電力系統的電網相連接,成為電力系統的一部分,便可為電力系統提供有功功率和無功電能。光伏并網系統通常由三部分組成:光伏陣列、逆變器和電網。
光伏發電系統追求的是輸出功率的最大,系統連接方式對輸出功率有著明顯的影響。其中,影響發電功率的兩個重要的方面是光伏陣列的分布方式和逆變器的結構,其分布方式和結構不同發電功率也不一樣。
三、光伏并網發電系統的關鍵技術
(一)最大功率跟蹤
在光伏發電系統中,光伏陣列電池輸出功率的利用率不僅與其內部結構有關,還受外界環境(如光照度、溫度和負載等因素)的影響。在周圍的外界不同的條件下,光伏陣列的輸出功率可達到不同的且唯一的最大功率點(MPP),對于利用光來發電的系統說,應當使光伏電池工作在最優的狀態,達到最大地將光能轉換為電能的轉化率,采用適當的控制使其運行在最大功率輸出稱為最大功率跟蹤(MPPT)。經查閱資料,在許多文獻上提出了多種控制算法,有恒定電壓法、擾動觀察法和增量電導法等。
(二)并網控制技術
光伏逆變器的控制器的控制策略是光伏系統并網控制的關鍵。光伏并網發電系統在諸如單級式、雙級式以及單相、三相等多種拓撲結構中都不能缺少網側的DC-AC變換,即并網逆變單元。并網逆變器實現直流到交流的能量變換,要控制并網電流相位和頻率,甚至需根據指令進行電網的無功功率的調節。可見,網側逆變器的有效控制是光伏并網發電系統的核心部分。
參考文獻:
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[4]陳雷 《光伏并網發電系統的實現》[學位論文],華北電力大學,2008.
[5]杜慧 《太陽能光伏發電控制系統的研究》[學位論文],華北電力大學,2008.
“新能源與節能技術”作為我校的一門新開課程,為適應教學要求,我們在翻轉課堂等教學理念的啟發下,堅持學生為主體,教師為主導,激發學生學習的主動性與積極性,同時注重培養學生思考問題、解決問題的能力,引導學生養成良好的學習習慣。同時堅持科研反哺教學,結合本專業已有的科研課題,邀請相關教師作為課程的科研指導教師,將相關的課題以專題講座、參觀等形式引入到課程教學中來,并將課堂實驗與已有科研平臺相接軌,引導學生參與到科研項目的研究中。
2教學開展
2.1課堂教學
“新能源與節能技術”的課程目標決定了課程需要探索新的教學方式、及時更新教學內容。課堂教學是課程的主要講授方式,為了克服過去的“填鴨式”教學的弊端,講授方式需要加以探索、創新。“新能源與節能技術”在教學過程別注重備課、授課以及反思三個環節。(1)在備課環節,認真研讀教材和參考書。教材由于編寫時間的滯后性,某些觀點和數據都有待更新,盲目地按照教材編制教案不能適應現代教學要求,需要通過互聯網、圖書館等多種渠道獲取更全的、更新的知識和數據。豐富授課內容。將視頻、音頻和動畫等豐富的教學素材引入到教案中,讓課堂學習不再枯燥。例如在講述能源導致的環境污染專題中,結合南京的實際,將霧霾引入課堂,并鼓勵學生思考如何治理、保衛我們的生活環境,并給出充足的時間讓學生進行討論。如此貼合實際的話題,學生討論的非常熱烈,圍繞少開或者不開車、關閉重污染工業、改造渣土車和嚴格治理工地揚塵等種種方法展開熱烈的討論,讓學生充分進行發散性的思考,效果顯著。(2)在授課環節,堅持以課堂教學為主線,同時采用多種靈活的方式方法,如穿插一些教師準備的專題講座、學生進行的主題報告以及分組討論等,在保證教學內容與質量的同時,激發學生自主學習的積極性。同時,在教學過程中注意營造輕松愉悅的課堂氣氛,鼓勵學生就某個問題進行課堂交流、討論,并將學生在課堂上表現記入平時成績,注重學生學習過程的考核。(3)在課后反思環節,應及時對教學內容進行查漏補缺,不斷總結課堂教學的經驗,指導后續教學。同時,新能源技術日新月異,時時刻刻都有新的發展動向,作為授課教師要注重從多個渠道汲取最新的知識,及時更新教案內容。
2.2課外輔導
課外輔導是一個重要但又易被忽略的環節。通過課外輔導能夠與學生進行充分的溝通,及時了解課堂教學的效果,幫助教師改進教學方式方法,促進教師快速成長。特別是青年教師,與學生的年齡差距小,更加容易溝通,“新能源與節能技術”在課外輔導環節大膽嘗試,不但每周固定時間地點與學生面對面交流,并且充分利用微信、QQ和郵箱等方式與學生交流、溝通。通過輔導,不但為學生解決教材上的疑問,同時還能引導學生進行前沿課題的研究,幫助對新能源與節能科研課題感興趣的學生深入學習,指導學生進行科研文獻的查找、閱讀與總結。在與學生的交流溝通中,教師自身也在成長,同時也收獲了學生的友誼與尊敬。
2.3課程考核
課程考核是教學活動的重要組成部分,是課堂教學的有效補充。普遍采用的閉卷考試方式,雖然能夠促進學生掌握課程知識,但是束縛了學生的創造性、發散性思維,不完全適用于“新能源與節能技術”這門課程。本課程的考核堅持在公平、公正的基礎上,大膽改革、創新,采用多樣化考核方式,將成績分為“課堂表現”、“平時作業成績”以及“期末成績”三部分。其中“課堂表現”占30%,是對學生資料查閱、出勤考查、參與討論以及回答問題等課堂表現的綜合考核;“平時作業成績”占30%,主要考核學生完成作業的情況。這兩項考核都是將學生的學習過程作為考核重點,占總成績的60%。本課程在“期末成績”考核中,大膽地提出兩種考核方式:專題報告和結課論文。選擇專題報告方式的學生,三到四人組成一個小組,按照要求,選擇一個能源專題進行30分鐘的專題匯報,由組長負責分工;考核時教師和全班同學一起對該小組的匯報進行考核,學生的評分作為主要依據,在此基礎上,由組長根據組員的分工、貢獻對組員進行評價,該評價是教師評分的重要依據。該種方式充分發揮學生的自主學習能力,同時還能鍛煉學生的組織管理能力與表達能力,受到學生的歡迎。其余學生采用結課論文方式。作為專題報告方式的互補,該方式激勵學生進行發散性思維,將課堂上學到的知識應用到實際問題的解決中,也可以針對教材中的某一種具體的發電技術、能源利用方式等,進行深入的研究,還鼓勵學生檢索最新的研究成果,進行前沿性的學習和研究,引導學生進行科研探索,激發學生的學習興趣,為學生進一步深造作鋪墊。從結課論文的選題和內容來看,學生的思考比較廣泛和深入,許多學生貼近實際,提出了“由霧霾引發的對于新能源利用的思考”,“霧霾里的思考”,“核能的和平利用”,“太陽能與生物能”等論文報告,將課堂知識與身邊的社會現實聯系起來。對于期末考核,我們給出詳細的考核指標與評價標準,同時還給出了論文的模板。鼓勵學生利用網絡和圖書館查找科研資料,鍛煉學生的自學能力,為后續的畢業設計甚至就業和深造奠定基礎。
3科研反哺
教學和科研的有機結合是教師無法回避的一個問題。教師特別是青年教師在科研上創新點多、精力充沛,但是教學經驗不足,不能很好地將科研課題與教學工作進行銜接。而科研課題與工程實踐關系最密切,是專業知識在實際應用中的體現。課程邀請相關教師作為課程的科研指導教師,邀請其進行專題講座,開展了“風光儲發電應用”和“太陽能發電系統的故障診斷”等專題講座,將教材的知識延伸到工程實際,讓學生切實體會到技術的魅力,激發學生的學習和研究興趣。同時課程還通過組織學生參觀電力系統動模與新能源實驗室、電力系統仿真實驗室等實踐教學平臺,組織興趣小組參與“基于電力系統脆性的風電入網后連鎖故障預警方法研究”等省部級自然科學基金的研究,為本科學生參與科研提供了良好的指導和實踐環境,也為踐行教學與科研相統一的思想進行了有益的探索和嘗試。
4結語
關鍵詞:光伏發電;并網系統;技術應用
中圖分類號:TM615 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2014) 12-0000-01
光伏發電系統是一種依靠太陽能進行發電的系統,光伏板的主要構成元件就是太陽能電池,該電池可以將收集到的太陽能轉換成電能,再通過光伏系統,將這部分電能轉化成直流電,進而達到日常用電的要求。隨著能源的日益枯竭,光伏發電技術已經逐漸被人們重視,并被相關工作人員大力研發,獨立運行以及并網運行這兩種運行模式都已經被人們所注意,本文將對并網系統進行分析。
一、光伏發電并網系統設計
(一)子系統。光伏發電系統,主要是由光伏模塊的子系統以及逆變器并網系統等組成,其中子系統是相對比較獨立的系統,可以通過并網逆變器將三相交流電連接到升壓的變壓器當中,最終連接電網。
(二)主要設備選型。想要保證單位造價最低化,首先要保證逆變器的容量最大化。分析從前的工作經驗可以發現,容量越大,發生故障的時候,對系統造成的沖擊就越大。所以在進行并網逆變器選擇的時候,不僅要考慮到光伏系統實際應用情況,更要判斷出哪種容量的逆變器更適合,因為并網型的逆變器必須具備過頻率保護、逆向功率保護等方面的功能。光伏電池組件可以使用直流配電來檢測逆變器,保證每一個電池當中電流的穩定性,并且可以將相關數據傳輸給控制器,保證系統安全運行,而且使用該方法還可以將并網逆變器轉化為獨立行使的并網。
(三)升壓系統。大部分并網逆變器所產生的交流電都需要通過升壓入網,而且光伏發電系統自身可以產出的電量也影響著升壓變壓器的額定容量,所以盡量選擇箱型的干式變壓器。可以對升壓變電站進行分層布置,上層作為逆變室使用,下層作為配電室使用。其中高低壓進線柜的選擇,高壓擇中置式的接線柜,低壓則選擇抽出式的開關柜。還需要配備計算機來保證對系統進行監督,通過計算機來監控變壓器兩端的電壓以及線圈的溫度,而且可以使用該系統讓多路的逆變器在內部控制器當中實現同時運行。可以使用群控器對多數逆變器進行控制,不僅可以降低逆變器的損耗,同時還可以提升逆變器的實際使用壽命。
(三)保護措施設計。通常情況下升壓變壓器都會安裝高溫跳閘控制裝置,對流經的電力以及電壓進行保護。而且一些并網或者是電容器開關柜上都會安裝保護裝備,保證系統不會出現電壓過高或者是電壓不足的情況,一般這種開關都會設置一些過流跳閘,如果出現問題,逆變器可以成功從系統當中脫離出來。
二、光伏發電并網系統存在的問題及解決措施
(一)孤島效應。如果光伏系統出現任何的故障,導致系統停止工作,用戶端附近光伏并網系統就會出現自給自足的孤島,這一電力孤島會給相關檢測人員帶來巨大的危險,這一效應就是我們通常所說的孤島效應。孤島效應會從根本上影響到電網的正常運行,為了減少這一情況發生的概率,必須要進行防孤島保護。目前我國常用的保護方式主要分為主動保護與被動保護,這兩種保護方法各有優點和缺點,但是每一個光伏系統當中都必須要設置防孤島效應保護措施,當電網出現失壓時,防孤島設施必須要在2秒的時間內啟動,斷開該端口和總電網直接的連接,保證整體的安全性。
(二)諧波污染。在進行光伏并網的時候,會使用到許多不同種類的電子設備,其中比較重要的就是逆變器,會產生比較多的諧波,所以必須保證所注入的諧波滿足相關規定的最低標準。可以使用PWM對其進行控制,從電壓的外環以及電流內環雙方面入手,組成相應的控制系統,從根本上解決諧波污染的問題,而且可以經常對其進行檢查,如果出現問題可以對其進行補償。
(三)無功補償。光伏并網逆變器在使用過程當中必然會出現一些無功消耗的情況,所以必須要通過一些設備保證這部分裝置可以妥善的進行無功調節,通過無功調節這一方式保證高壓側母線的電壓始終都在比較合理的范圍之內。對功率因數大于0.98的這一部分光伏并網系統來說,需要格外注意無功補償問題,通過高效的無功補償實現分層區分并且保證系統的就地平衡,通過該方式減少光伏發電或者是接入的時候,對系統電壓產生的影響。使用該方式進行調節,可以從根本上減少線損,從而保證逆變器正常運轉。比如一光伏發電系統使用10kV的電壓接入到系統當中,那么10kV的電壓功率因數應該在0.85-0.98這一數值之間,我們可以使用常規裝機容量總量的6成對無功補償裝置進行配置,想要對無功電流進行補償,我們可以使用瞬時無功功率理論配合無功電流對其進行檢測,這種檢測方式可以與諧波電流電測法搭配使用,這兩種方法檢測出來的數值即為補償電流的實際參考值,并且可以對補償電流以及諧波進行控制。
(四)電壓閃變
想要保證電能質量,就必須要做好電壓閃變控制工作,因為電壓善變屬于電能質量的一個比較重要的指標,輻照度越大,光伏陣列輸出的功率也就越大,從而對電壓善變產生更大的影響。如果輻照度的波動較大,那么輸出功率的波動也會變大,從而給電網電壓善變產生巨大的影響,所以在光伏發電并網系統實現過程當中,必須要最大程度的控制電壓閃變量,進而保證工程質量。
三、結束語
隨著經濟的發展,各行各業對能源的需求量逐漸增大,導致當今市場能源供給量遠不能滿足市場需求。針對這一實際情況,光伏發電技術應運而生,使用光伏技術進行發電,不僅可以緩解當前我國社會資源緊張的情況,而且可以促進綠色可持續發展。本文主要對光伏發電中需要注意的事項進行分析,并從多角度提出解決方式,旨在提升光伏發電并網系統相關技術。
參考文獻:
[1]王海.基于DSP的雙閉環光伏逆變并網控制系統設計與研究[D].電子科技大學碩士學位論文,2011:06-08.