發(fā)布時間：2023-03-16 15:56:36
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的太陽能發(fā)電技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：太陽能光伏發(fā)電 太陽能電池 大城市居民小區(qū) 直流配電網(wǎng)
中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0022-03
隨著社會公眾的環(huán)保意識的提高以及新材料、現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展，充分利用可再生的太陽能已經(jīng)越來越受到政府和公眾的重視。目前太陽能技術已經(jīng)在新能源發(fā)電、交通、航空航海和空間站建設等領域得到了廣泛應用。充分利用可再生的太陽能發(fā)電，建立節(jié)能、環(huán)保、舒適的居住空間也成了社會的共識。因此，該文根據(jù)當前各種太陽能發(fā)電技術的特點與發(fā)展，以經(jīng)濟、環(huán)保利用太陽能為目標，考慮大城市居民小區(qū)具有建筑密度大，高樓較多、屋頂面積小、樓間距較小等特點，分析適用于大城市居民小區(qū)的太陽能發(fā)電技術的選擇方案。
1 太陽能光伏發(fā)電技術的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 太陽能的應用形式
目前，居民小區(qū)應用太陽能的途徑主要可分為太陽能光伏發(fā)電和光熱轉換兩種形式。
太陽能光熱技術是將太陽輻射能量轉化為熱能的技術。在居民小區(qū)，常見的直接利用太陽能的方式有：（1）利用太陽能空氣集熱器供暖。（2）利用太陽能熱水器提供生活熱水。（3）利用集熱-儲熱的原理建造太陽房等。間接利用太陽能的主要方式是利用太陽能制冷。其中利用太陽能制冷技術仍處于研究階段，相關技術正在進入攻堅克難階段，預計未來將會取得突破性進展。
太陽能光伏發(fā)電是以太陽能電池為中介將太陽能轉化為電能的技術。太陽能發(fā)電系統(tǒng)有單獨發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電兩種發(fā)電方式，在城市小區(qū)，因為供電的可靠性要求，通常是采用并網(wǎng)發(fā)電方式，它是由太陽能電池陣列、蓄電池組、保護和控制系統(tǒng)、逆變器、小區(qū)負荷等設備構成，其中光伏電池陣列是由多個太陽能電池板串并聯(lián)而成，是整個系統(tǒng)最核心、最有價值的組件。
1.2 太陽能電池技術的應用發(fā)展
到目前為止太陽能電池技術已歷經(jīng)三代，第一代主要為晶體硅太陽能電池；第二代是基于薄膜技術的太陽能電池；第三代是高倍聚光光伏電池。
晶體硅太陽能電池是以硅元素作為基本原材料，主要包括單晶硅和多晶硅太陽能電池兩類。這是發(fā)展最早、技術最成熟、已經(jīng)形成了大規(guī)模商業(yè)化生產的太陽能電池技術，約占據(jù)93%的市場份額，其轉換效率在15%～20%。晶體硅太陽能電池最大的技術瓶頸是原材料硅的價格較為昂貴且供應不足，造成晶體硅電池價格呈現(xiàn)上漲趨勢。表1給出了對單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池的主要特性。
薄膜太陽能電池所需要的硅材料極少或是不需要，因而與晶體硅太陽能電池相比，在生產成本上有明顯的優(yōu)勢。薄膜太陽能電池可分為硅基、碲化鎘（CDTE）、銅銦鎵硒（CIGS）、砷化鎵（GAAS）薄膜電池以及染料敏化（DSSC）太陽電池等[1]。薄膜太陽能電池應用已經(jīng)逐步展開，其中2014年12月我國首個兆瓦級CIGS薄膜太陽能電站在云南石林投運，其發(fā)電效率比同等規(guī)模的晶體硅太陽能電站高出10%。根據(jù)大城市居民小區(qū)的需要，表2給出了主要薄膜太陽能電池的技術特性。染料敏化太陽電池是一種采用由有機材料構成核心部件的太陽能電池，在原材料上具有潛在的優(yōu)勢，可以大面積成膜，具有可設計性強，質輕，可塑性好，是一種有前景的太陽能電池技術，但是目前僅停留在實驗階段。
從適用于大城市居民小區(qū)建筑的角度看，由于非晶硅薄膜電池可制作成半透明的類玻璃形狀，且具有較高的吸收系數(shù)，因此非常適合于與光伏-建筑一體化小區(qū)工程相結合，作為建筑物的玻璃幕墻、玻璃窗以及建筑墻面。CIGS薄膜電池由于其緩沖層CdS具有潛在的毒性，國產化水平較低，價格較高，但轉換效率高，比較適合用于商住兩用型小區(qū)、公寓型小區(qū)或是小區(qū)中的大型公共建筑的玻璃幕墻。CDTE薄膜太陽能電池成本較高，且有一定污染，可用作大型建筑的屋頂，而GAAS薄膜電池價格過高，一般不用于居民建筑。
2 居民小區(qū)的太陽能光伏發(fā)電技術的應用選擇
在我國，特別是一些低層建筑比較密集的中小城市、廣大農村地區(qū)，太陽能熱水器技術已經(jīng)得到廣泛利用和推廣。但是這種利用方式無法適用于大城市居民小區(qū)，一方面是因為高層建筑物不能提供安裝位置，另一方面是因為這種雜亂無章的安裝嚴重影響建筑物的視覺美觀效果，破壞環(huán)境的和諧，不能實現(xiàn)與建筑物的完美結合[2]。目前推出的壁掛式大陽能熱水器是比較適合大城市居民小區(qū)的太陽能光熱利用的產品。
同時，太陽能光伏發(fā)電技術在民用領域也具有廣泛的利用和推廣空間。城市居民小區(qū)有許多公共用電設備，如小區(qū)路燈、草坪庭園景燈、高層建筑樓梯間、地下車庫的照明，樓房的電梯以及變頻調速的水泵、風機等，這些設備數(shù)量多、總體耗電量大，都可以首先考慮采用太陽能光伏發(fā)電供電。在小區(qū)的公共區(qū)域放置太陽能電池板是一個優(yōu)選方案。除考慮房屋的承重和成本問題外，可以采用3種放置太陽能電池的方式：（1）放置在建筑屋頂，并加砌與建筑外觀一致的護攔，同時利用太陽能電池組件替代保溫隔熱層的作用，對于已建小區(qū)還可以與社區(qū)屋頂“平改坡”結合起來加裝太陽能電池組件。（2）在樓梯間頂部專門加裝一個放置太陽能電池板的閣樓，并采用與建筑外觀協(xié)調和諧的斜屋頂設計，維護整體環(huán)境的協(xié)調。（3）對于新建的多層建筑和高層建筑，外墻與太陽光接觸面積最大，采用與太陽能電池一體化的玻璃幕墻、透明絕熱材料，實現(xiàn)光伏-建筑一體化，同時達到美觀和裝飾效果。
在城市居民小區(qū)中，通常采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與市政電網(wǎng)并聯(lián)供電的形式，如圖1所示。但是當小區(qū)內太陽能光伏發(fā)電容量比較大，且小區(qū)內直流負載比例較高時，小區(qū)采用分布式直流配網(wǎng)供電[3]，將市政電網(wǎng)通過交流-直流變換作為并聯(lián)電源，如圖2所示，更有利于太陽能光伏發(fā)電的利用，且具有更好的效率。這是因為：（1）太陽能光伏發(fā)電輸出直流電，直接接入直流配電網(wǎng)，可以節(jié)省大量的DC-AC換流環(huán)節(jié)。（2）大部分民用負載都是直流負載，比如個人電腦、電視、充電設備、電熱器、照明負荷，采用直流配電網(wǎng)后，整體效率更高；同時對于采用變頻技術的家用電器，如空調、冰箱、洗衣機，如果采用傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)，需要經(jīng)過AC-DC-AC變換，而采用直流配電網(wǎng)則只需要采用DC-AC變換。因而直流配電系統(tǒng)的整體效率更高。（3）同時直流配電網(wǎng)更可靠，且沒有頻率和無功問題，也沒有傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)的諧波污染問題。（4）直流配電網(wǎng)的可控性，更有利用于未來智能社區(qū)的建設[4]。
3 結語
太陽能光伏發(fā)電在大城市民用領域也具有廣闊的發(fā)展空間。但是由于大城市的地價貴、樓間距小、高層建筑多，相對中小城市、農村來說，利用太陽能光伏發(fā)電的空間較小、單位投資高、發(fā)電成本高，回收成本年限長，如果采用全國統(tǒng)一的補貼標準，難于達到預定的促進作用。因此，需要靠政府政策扶持，鼓勵企業(yè)、社會公益投資，同時與綠色社區(qū)、智能社區(qū)建設結合起來，達到更好的整體社會、經(jīng)濟、環(huán)保效率。
參考文獻
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關鍵詞：風力發(fā)電 光伏發(fā)電路燈可行性分析
風能、太陽能作為可利用的自然可再生能源，二者在轉換過程中都是受季節(jié)、地理和天氣氣候等多種因素制約，但是，兩者的變化趨勢基本相反，揚其兩能各自之長，補其兩能各自之短，相互配合利用，因地制宜，能發(fā)揮出最大的作用。特別是在遠離電網(wǎng)的地區(qū)，獨立供電系統(tǒng)成為人們最需要的動力源。結合風能、太陽能
的特點，綜合利用風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電技術而建立的風光互補發(fā)電系統(tǒng)無疑是解決這一重要問題的最佳方案。
風光互補路燈即是有效的利用風能及太陽能之間在能量及時間上的互補特性，通過兩者各自的發(fā)電裝置，共同向蓄電池進行充電，為路燈提供獨立供電電源的獨立供電系統(tǒng)。路燈在我們日常生活中很常見且實用，它給我們夜晚的生活和交通帶來光明和便利，然而人們往往忽視了路燈的耗電能力，其實常規(guī)的路燈尤其是高速公路上的路燈也是一個“耗電大戶”，由于路燈的低壓輸電線路長，不僅路燈耗電，輸電線路上的耗電也很大，而且常規(guī)路燈必須用埋地電纜供電，在離電源點超過三公里的公路就要建一個供電線路，隨著公里的延伸，還需要設升壓系統(tǒng)。因此大部分遠離電源點的市郊公路和高速公路都沒有安裝路燈，這實際上給道路交通帶來了許多安全問題,也給人們的夜晚出行帶來不便。然而，風光互補路燈的出現(xiàn)正規(guī)避了這些弊端。美觀獨特的風光互補路燈既能把城市的夜晚裝點得多姿多彩，又為城市增添了一道靚麗的風景。
風光混合供電系是由風力發(fā)電機、太陽電池陣列、蓄電池組、充電控制器、逆變器、系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。風力發(fā)電機及太陽能電池發(fā)出的電通過控制器貯存在蓄電池中，當負載為直流時，通過控制器直接輸送給負載；當負載為交流時則需經(jīng)逆變器將直流轉化為交流再輸送給負載。整個系統(tǒng)由能量產生環(huán)節(jié)、能量存儲環(huán)節(jié)、能量消耗環(huán)節(jié)三部分組成。能量的產生環(huán)節(jié)又分為風力發(fā)電和光伏發(fā)電部分，分別將風力、日照資源轉化為高品位的電力能源；能量的存儲環(huán)節(jié)由蓄電池來承擔，引入蓄電池的主要作用就是為了盡量消除由于天氣等原因引起能量供應和需求的不平衡，在整個系統(tǒng)中起到能量調節(jié)和平衡負載的作用；能量消耗環(huán)節(jié)在本文中主要是指路燈的能量消耗。
本文以山東省煙臺市的風能太陽能資源條件為例，來分析風能太陽能混合發(fā)電的實用價值。以典型氣象年數(shù)據(jù)為參考，下圖是各月的風能太陽能能量分布情況，
圖1風能太陽能的各月能量分布圖
盡管風光互補路燈初投資較高，但是該系統(tǒng)不需要輸電線路，也不需要開挖路面做埋管工程，不消耗電能，從長遠來看該系統(tǒng)有著明顯的經(jīng)濟效益。而且風光互補路燈利用天然能源發(fā)電來工作，不消耗化石燃料，無二氧化碳、二氧化硫等有害氣體的排放，清潔干凈，環(huán)境效益良好。目前，在歐洲、日本、美國等發(fā)達國家正在普及風光互補路燈，用在沿海公路、偏遠山路，特別是對已建成的道路增設路燈非常方便。目前我國已經(jīng)有部分城市試驗性將風光路燈系統(tǒng)用作城市道路景觀照明, 并取得了一定成效。隨著風電和光伏發(fā)電的成本越來越低，風光復合發(fā)電方式必將在解決遠離城市的高速公路，海洋上的孤島，偏遠的山區(qū)用電問題上發(fā)揮越來越重要的作用。
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關鍵詞：可再生能源；發(fā)電技術；教學模式；考核
當今人類面臨著能源短缺和環(huán)境污染的嚴重挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的煤、石油、天然氣等化石燃料資源的有限性與社會的巨大需求形成了尖銳的矛盾，同時受開采條件和資源枯竭等因素影響，人類將會面臨資源危機，而且化石類能源所排出的廢氣給生態(tài)環(huán)境帶來很大影響，社會影響巨大。因此研究開發(fā)無污染的、可持續(xù)的可再生能源與能源轉換技術成了當前科學和技術發(fā)展的重要研究方向，也是工程技術應用中的熱點問題，而且已經(jīng)上升到經(jīng)濟、社會和戰(zhàn)略安全的范疇。工科高校擔負培養(yǎng)合格的工程技術人員的重任，因此，為了適應科技和社會的發(fā)展，滿足工程實際對人才的要求，可再生能源發(fā)電方面的人才培養(yǎng)已經(jīng)成為當務之急和重中之重的工作。[1，2]因此在新的能源形勢及人才需求下，上海電力學院（以下簡稱“我?！保┰诟吣昙墴崮芘c動力工程專業(yè)（熱力發(fā)電方向）開設了“可再生能源發(fā)電技術”的課程，讓學生在全面掌握常規(guī)火力發(fā)電的基礎上，掌握可再生能源利用基礎知識、能源利用形式及其相關技術，了解可再生能源發(fā)電的前沿技術，從而擴大學生的知識面，適應社會需求。[3，4]
本文通過分析“可再生能源發(fā)電技術”的課程特點和存在的問題，探討了該課程的教學方法和教學模式的改革，內容包括教學內容、教學方法、考核方式等，從而達到激勵學生自主學習的意愿，培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新的精神，孕育學生科學的素養(yǎng)，提高學生分析與解決實際問題的能力，實現(xiàn)學生對“可再生能源發(fā)電技術”課程的全面了解。
一、“可再生能源發(fā)電技術”課程教學的特點
1.教學內容多學科交叉
“可再生能源發(fā)電技術”課程主要包括水力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質能發(fā)電、風能發(fā)電和海洋能發(fā)電等內容，課程的主體是分別對上述發(fā)電形式進行較為系統(tǒng)的解析，重點介紹各種可再生能源發(fā)電技術的基本原理和開發(fā)利用的基本方式，以及目前國內外該發(fā)電形式利用的現(xiàn)狀和最新進展。所有以上內容涉及工程熱力學、傳熱學、流體力學、半導體物理、空氣動力學、力學等基礎理論和相關知識，因此教學內容涉及領域廣、研究對象較多，知識結構復雜多樣、學科交叉非常突出、知識點集成度高等特點，這將給講授帶來挑戰(zhàn)，即如何將這些知識點，尤其是跨學科的內容傳授給學生，并讓學生能夠較容易地掌握是該課程需要解決的重點問題之一。
2.教學方式亟待改革
由于“可再生能源發(fā)電技術”課程的多學科交叉，一般而言，在短時間內掌握非本專業(yè)理論知識較困難，因為沒有該專業(yè)的理論基礎知識，經(jīng)常會很難理解有關知識點，這將嚴重影響學生的積極性，甚至部分學生會產生抵觸情緒。因此，以教師講授為主的教學方式，學生沒有參與進來，不能充分調動學生的積極性，可能導致學生無法理解所講授的內容；同時該教學方式忽略了學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此如何將教師的“教”轉化為學生的“學”，將多學科交叉課程的課堂組織好是該課程教學需要解決的問題之一。
二、教學內容的設計
可再生能源發(fā)電技術的研究屬于當今研究的前沿問題。隨著科學技術的快速發(fā)展，新技術、新方法和新工藝等不斷涌現(xiàn)，教學內容需要與時俱進，不斷更新，現(xiàn)有的教材顯然不能很快地響應這樣的變化，以教材為教學內容難以滿足教學要求。在筆者的教學實踐中，教學內容上通過參考權威書籍、資料和自身的研究成果，同時對國內外期刊文章、學術專著及網(wǎng)絡平臺知識進行學習，掌握當前研究的動向，并整合所有材料作為課堂教學內容及課外拓展閱讀資料。廣泛獲取信息，動態(tài)更新與拓展教學內容，把握最新的專業(yè)前沿，有助于引導學生去探索新知識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。另一方面，由于課程涉及多學科的交叉，在有些學科領域上，學生缺乏知識儲備，課堂教學較難獲取有效的效果，因此，摒棄一些晦澀難懂的理論知識是非常必要的。[5，6]以太陽能熱發(fā)電為例，太陽能熱發(fā)電涉及流體力學、傳熱學、自動控制等多學科，當整合最新的科技發(fā)展成果作為案例講解時，主要向學生闡述太陽能熱發(fā)電的基本原理、關鍵技術、發(fā)展趨勢及政策激勵等，讓學生充分接觸各種知識，拓寬視野，了解科技前沿的最新動態(tài)，目的是給學生專業(yè)素養(yǎng)的形成提供一個有利、有效的平臺。課程內容應深入淺出、科普性與前沿性并重，當學生的興趣被調動起來后，再進行該學科的基本理論的講授或學生自學就非常容易切入，這樣就可達到較為理想的教學效果。
三、新型的教學模式
根據(jù)“可再生能源發(fā)電技術”課程的特點，本文提出新型教學模式的設計，使得教師成為課堂的組織者，通過設定教學內容，明確教學任務，課堂教學以學生為本，體現(xiàn)學生的認知主體作用，使學生在學習過程進行積極思考，自主學習，從而在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和增強其科學素養(yǎng)等方面發(fā)揮作用。
1.專題講授
可再生能源利用形式多樣，涉及本學科各個分支學科，具有多學科交叉與耦合的特點。為了避免各分支學科相互之間影響導致學生難以理解的問題，提出采用專題講座的授課形式，集中時間講授某一類型的可再生能源發(fā)電形式。此外，爭取請相關領域的專家或工程技術人員每學期做1～2次課堂報告，將工程中碰到的問題簡化并整合成案例，在教學中根據(jù)需要選擇案例進行剖析，激發(fā)學生的學習興趣，強化學生的工程實踐意識。
2.互動教學
在教學過程中，教師做幾次完整的典型研究報告，包括幾種可再生能源的發(fā)電原理、設備組成、科研前沿等，目的是讓學生掌握宏觀現(xiàn)狀背景和如何從微觀把握問題與分析問題；引導學生充分利用圖書館資源，掌握歸納分析的方法；指導學生進行撰寫科技或科普論文，提高學生的科學素養(yǎng)，在此基礎上安排學生參與課堂中來。具體做法是學生以小組為單位，各小組自主選擇相關研討課題，通過查閱文獻和小組研討，形成專題研究報告，并由小組成員在課堂進行匯報，根據(jù)其匯報內容，接受老師和同學的提問，并進行解答，教師及時進行指導并對其評分。形成教師指導，學生主講，教師與學生，學生與學生互動討論的方法，教學實踐表明，該方法大大提高了學生的主動性。學生經(jīng)歷查閱文獻、分析問題、報告寫作和報告陳述的全過程，顯著增強了創(chuàng)新能力、科研精神和團隊合作意識。利用對多個相關課題的討論，學生對可再生能源特點、可再生能源發(fā)電的前沿技術等有了更深入的認識。
3.虛實結合
在學科平臺及自建教學平臺的基礎上，通過實物參觀、模型演示，多媒體教學等虛實結合、多位一體的教學模式，提高學生的感性認識。
（1）可再生能源發(fā)電技術模型的利用。熱能與動力工程專業(yè)的學生以往大部分接觸的是火力發(fā)電方面的知識內容，對可再生能源發(fā)電技術認知較少，特別缺乏針對可再生能源發(fā)電原理和發(fā)電設備等進行系統(tǒng)的學習，如果直接進行理論的學習，學生會感到很枯燥，對一些基礎理論知識和發(fā)電設備結構很難理解。為了提高學生的感性認識，筆者所在課程組建立了可再生能源發(fā)電技術教學平臺。在學習課程的理論知識之前，學生首先了解小型模型的實物結構，內部構成，基本組成和基本原理，使得學生具有整體的感性認識，然后再學習本課程，同時結合模型進行講解。
（2）健全的多媒體素材?！翱稍偕茉窗l(fā)電技術”課程內容較多，課時有限。相比較傳統(tǒng)的教學方式，多媒體信息量大，采用靈活的圖形、視頻和動畫等表現(xiàn)形式，能夠直觀、形象地再現(xiàn)客觀事物。筆者在教學實踐中采用多種多媒體教學手段。例如：選用《國家地理》節(jié)目里的《偉大工程巡禮——太陽引擎》視頻作為太陽能熱發(fā)電原理及形式的教學內容，直觀地介紹了槽式、塔式、菲涅爾等形式的太陽能熱發(fā)電原理，以及聚光器的制造工藝等。選用GE的水輪機設備，采用Flash方式制作水力發(fā)電中反擊式水輪機設備的教學內容，直觀且易于理解。通過多媒體的應用，展示現(xiàn)場實際設備，簡化教學中的難點，增加了課程的信息量。
四、小組式考核方式
“可再生能源發(fā)電技術”作為高年級的課程，課時有限，知識點多，內容模塊化強，科普性和專業(yè)性并存，采用常規(guī)的卷面考試方式難以準確考核。筆者在該課程教學實踐中，進行了小組式考核機制的嘗試，即以小組為單位，制作課程學習的整體報告，選派一名代表在課堂上進行答辯，匯報內容結束后，其他組成員和教師針對報告內容進行提問，組內成員均可就相關問題進行回答。其他組同學根據(jù)該小組的匯報情況進行打分，打分表如表1所示。除此以外，在考核中增加動態(tài)考核，每個小組選出組內最佳貢獻成員，給予動態(tài)加分；同時為了增加考核上互動，鼓勵學生思考問題，對于提問積極的學生在成績上給予加分。該考核方式，對課程的教學實行了動態(tài)的考查與過程管理，實現(xiàn)了以考核促學習，有效地調動了學生學習的積極性，推進學生協(xié)作能力培養(yǎng)，增強了“教師與學生”、“學生與學生”的互動，提高較整體的教學效果。
表1 考核打分表
小組名稱 選題創(chuàng)新性（共20分） 查閱文獻情況（共20分） 分析問題能力（共20分） 報告質量 （共20分） 表達能力 （共20分） 總分
（100分）
五、結語
隨著可再生能源發(fā)電技術的發(fā)展，“可再生能源發(fā)電技術”已經(jīng)成為熱能與動力工程專業(yè)學科重要的專業(yè)課程。本課程具有典型的多學科交叉的特點，同時該領域的研究成果日新月異，因此無論是在教學內容還是在教學方法都需要進行改革和創(chuàng)新。本文通過緊跟前沿的研究熱點，設計深入淺出的教學內容；采取以學生為主體，通過引入工程案例，專題研究與課堂討論等模式，并輔以教學模型與多媒體動畫演示等多種靈活多樣教學手段的改革，讓學生在了解可再生能源發(fā)電技術的理論知識的基礎上，培養(yǎng)了學生挖掘問題，解決問題，理論與實踐相結合的能力，鍛煉了學生查閱文獻和團隊協(xié)作的技能，提高了學生的科研素養(yǎng)與工程實踐本領。
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關鍵詞：獨立式；太陽能；光復逆變電源
一、獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)組成
獨立運行太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣，蓄電池組，控制器和逆變器四部分構成。
1.1太陽能電池方陣
光伏電池是組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最基本的單位。但單體光伏電池發(fā)出的電能很小，工作電壓約0.45~0.5V，工作電流20~25mA/cm2，而且是直流電，在大多數(shù)情況下很難滿足實際應用的需要。為滿足負載要求的輸出功率，一般都將電池組串并成太陽能電池組件。
1.2蓄電池組
太陽能發(fā)電系統(tǒng)只能在日間有陽光的時候才能發(fā)電，而多數(shù)情況人們主要在夜間大量用電，所以需要存儲太陽能電池方陣發(fā)出的電能并隨時向負載供電。光伏系統(tǒng)對蓄電池組的要求是：1、自放電率低；2、使用壽命長；3、深放電能力強；4、充電效率高；5、少維護或免維護；6、工作溫度范圍寬；7、價格低廉。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護鉛酸電池；
1.3控制器
控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，主要用于實現(xiàn)整套系統(tǒng)地充、放電管理。太陽能光伏陣列發(fā)出的直流電能，經(jīng)過控制器對蓄電池充電，在蓄電池未充滿時，控制器的作用是最大限度地對蓄電池充電，當蓄電池被充滿時，控制太陽能充電，使蓄電池處于浮充狀態(tài)。當蓄電池放電至接近蓄電池過放點電壓時，控制器將發(fā)出蓄電池電量不足報警并切斷蓄電池的放電回路，以保護蓄電池。隨著光伏產業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強大，有將傳統(tǒng)的控制器、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)集成的趨勢，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。
1.4逆變器
對逆變器的基本要求是：
1、能輸出一個電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的交流電，無論是輸入電壓發(fā)生波動還是負載發(fā)生變換，都要能達到一定的電壓精度；
2、具有一定的過載能力，一般能過載125%~150%；
3、輸出電壓波形含的諧波成分應盡量少；
4、具有短路、過載、過熱、過電壓、欠電壓等保護功能和報警功能，且具有快速的動態(tài)響應。
二、逆變電源基本工作原理及逆變電路設計
2.1逆變電源基本工作原理
逆變電源的拓撲結構很多，各自的工作過程不完全相同，但最基本的逆變過程是相同的。下面以最基本的單相橋式逆變電路為例，具體說明逆變器的“逆變”過程。單相橋式逆變電路如圖1所示，T1，T2，T3，T4是橋式電路的4功率管，由電力電子器件及輔助電路組成。輸入直流電壓為Vcc，Z代表逆變器的負載。當開關T1、T4接通時，電流流過T1，Z和T4，負載上的電壓極性是左正右負；當開關T1、T4斷開，T2、T3接通時，電流流過T2，Z和T3，負載上的電壓極性反向，把直流電變成了交流電。改變兩組開關的切換頻率就可以改變輸出交流電頻率，得到的是正負半周對稱的交流方波電壓。負載為純阻型時，負載電流電壓波形相同，相位也相同；負載為感性時，電流滯后于電壓，波形也不同。
2.2逆變電路設計
逆變電路的功能是將升壓得到的高壓直流電經(jīng)SPWM全橋逆變，變成220V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz正弦交流電壓輸出，包括功率橋的設計、控制電路設計和保護電路設計。
2.2.1逆變環(huán)節(jié)的主電路
如圖2所示為逆變環(huán)節(jié)主電路圖。對輸入的直流電進行SPWM調制，經(jīng)過LC濾波輸出，采用電壓瞬時值反饋，對輸出電壓進行采樣隔離，反饋信號送給控制芯片經(jīng)過A/D變換保存，得到脈寬控制量，通過SPWM生成環(huán)節(jié)產生各功率管的開關信號，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡可能跟蹤基準正弦給定信號。
2.2.2控制電路設計
逆變環(huán)節(jié)的任務是使直流變交流，為使交流輸出電壓穩(wěn)定，本系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，對輸出電壓進行采樣分析，系統(tǒng)中CPU根據(jù)采樣電壓值來控制SPWM波發(fā)生器輸出SPWM參數(shù)，產生SPWM波驅動逆變橋，從而得到穩(wěn)定的交流電。系統(tǒng)CPU采用ATB9C51，SPWM波發(fā)生器采用SA838單相SPWM波發(fā)生器，功率逆變橋選用PS21865，其內部集成了驅動電路，因而外部驅動電路可以不再添加。控制電路功能包括：控制脈沖產生，交流輸出穩(wěn)定，保護和報警顯示，電路框圖如圖3所示。
三、逆變器控制方案比較
光伏逆變器的性能很大程度上決定了整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和效率，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用越來越廣，人們對光伏逆變器輸出電壓的質量要求也越來越高，不僅要求逆變器的輸出電壓穩(wěn)定以及工作可靠，而且要求其輸出電壓正弦度高。所以光伏逆變器的控制技術也得到了不斷的發(fā)展。
逆變器要實現(xiàn)輸出純正弦波，控制方案的實現(xiàn)通常分為模擬控制和數(shù)字控制，具體實現(xiàn)方案有如下幾種。
（1）模擬控制?？刂泼}沖的生成，控制算法的實現(xiàn)全部由模擬器件完成。優(yōu)點是技術非常成熟，有很多可以參考的實例。但其存在很多固有的缺點：控制器的元器件比較多，電路復雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設計好了，控制策略就無法改變；調試不方便，由于所采用器件特性存在差異，致使電源一致性差，且模擬器件工作點的漂移導致系統(tǒng)參數(shù)漂移。逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個熱點。
（2）由單片機實現(xiàn)數(shù)字控制。為改善系統(tǒng)的控制性能，通過A/D轉換器，將微處理器與系統(tǒng)相連，在位處理器中實現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過輸入、輸出口或脈寬調制口（PWM）發(fā)出開關控制信號，微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)顯示或傳送至計算機保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲在微處理器的存儲器中，并對電路進行實時監(jiān)控。微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但由于微處理器運算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路系統(tǒng)仍舊要用到運算放大器等模擬控制元件。
（3）由DSP實現(xiàn)數(shù)字控制。隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件及數(shù)字 信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）技術的發(fā)展，逆變電源的全數(shù)字化控制成為現(xiàn)實。DSP能夠實時地讀取逆變電源的輸出，并實時地計算出PWM輸出值，使得一些先進的控制策略應用于逆變電源控制成為可能，從而可對非線性負載動態(tài)變化時產生的諧波進行動態(tài)補償，使輸出諧波達到可以接受的水平。但DSP入門門檻較高，開發(fā)成本高，造價也較高。
結束語
太陽能作為綠色生態(tài)能源，以光伏技術與電力電子技術為依托，結合我國的實際利用它為人類服務，是能源工作者的重要任務之一。充分利用這些無電地區(qū)的太陽能資源，有計劃、有步驟地推廣光伏技術，解決缺電地區(qū)的用電問題，促進這些地區(qū)的經(jīng)濟文化發(fā)展，提高人口素質，對于全國的平衡協(xié)調發(fā)展，縮小地區(qū)間差距，均具有戰(zhàn)略與現(xiàn)實意義。
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論文摘要： 本文針對現(xiàn)行跨專業(yè)選修課教學模式和考試方式所存在的問題，探討了一系列的改革方案，如設立專題講座、采用一頁開卷式考試等，以努力提高高校的素質教育。
一直以來，由于面向的教學對象是沒有經(jīng)過該學科前期基礎課程學習的學生，跨專業(yè)選修課在高校教學中一直是難以駕馭的課程類別。讓學生掌握晦澀難懂的外專業(yè)知識，激發(fā)學生學習外專業(yè)知識的興趣，提高學生的綜合素質，跨專業(yè)選修課教學模式和考試方式的改革勢在必行。下面筆者以我校的一門跨專業(yè)選修課《電力生產概論》的教學改革為例做一些探討。
1.現(xiàn)行教學模式及考試方式
我?；陔娏π袠I(yè)背景，辦學形式有濃厚的電力特色。為了讓我校各專業(yè)學生都了解電力生產知識，《電力生產概論》課程應運而生。該課程為全校選修課，所有非熱能動力工程的學生都要選修這門課程，這樣就存在兩點問題：一是教學對象均為跨專業(yè)跨學科學生，沒有該專業(yè)的理論背景，有些甚至沒有工科背景；二是課堂容量較大，超過百人，課堂上難以做到面面俱到，控制較難。
現(xiàn)行的教學模式采用的是講稿式的多媒體教學。在這種模式下課堂教學內容死板，專業(yè)性較強，學生感覺專業(yè)跨度大，有很多晦澀難懂的專業(yè)名詞，學起來非常吃力，久而久之，不少學生對該課程提不起興趣，單純只為了賺學分，沒有達到讓學生了解先進的電力生產知識的教學目的，教學效果很差。
考試形式采取的是傳統(tǒng)的閉卷考試形式，往往是面對課本知識和課堂教學內容命題，考試功能單一，基本上是終結性的評價，而不是教育進行中的診斷性的評價和水平發(fā)展性的評價，偏重理論化，在這種情況下就造成學生為了考試而考試，考前死記硬背，考試基本上是考記憶力，考試內容不合理，局限于教材。客觀性試題比例大，而綜合性考題、分析論述題少，制約、干擾、阻礙了學生分析綜合能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。
2.教學模式改革
2.1設立專題講座形式。
電力生產概論體系設置比較系統(tǒng)。根據(jù)我國的主要發(fā)電形式，教學內容分為火力發(fā)電、水力發(fā)電、核電、新能源發(fā)電等幾部分，其中新能源發(fā)電又包括風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質發(fā)電等。各章獨立，自成系統(tǒng)，各部分內容均有很多前沿的技術，而且發(fā)展迅速，僅靠講述書本知識已經(jīng)不能適應科技的進步。因此設置專題講座形式，使學生學習起來更系統(tǒng)，而且在講座過程中，運用通俗易懂的語言，由淺入深，學生可以積極參與，對感興趣的問題進行提問，了解最新的發(fā)電技術，做到課堂互動，真正達到該課程的教學目的。
2.2改進多媒體，教學內容更加多樣化。
原有的多媒體是以文字為主的PPT，大多是從書本復制過來的講稿。對于沒有專業(yè)背景的外專業(yè)學生，顯然有些內容是晦澀難懂的，學生面對干巴巴的文字也提不起興趣。要讓這些專業(yè)內容變得通俗易懂、生動活潑，這就需要在多媒體的形式上多下功夫，大量地采用圖片、視頻、CAI課件、Flas等，做到圖、文、聲、像并茂，激發(fā)學生的學習興趣。
2.3分組討論，合作學習。
改變傳統(tǒng)單一的教師“教”的模式，把學生“學”生動地引入到課堂教學中去，改變一言堂教學。在每一個專題授課結束后，在課堂上教師布置與該專題的相關開放性課題，比如現(xiàn)代風力發(fā)電的諸多問題的研究，對班級學生進行分組，并要求各組成員課下去檢索相關資料，確定議題，就此議題發(fā)表各自看法。在下一次課上，每組派代表將自己的研究內容簡要報告，并進行討論。
這種分組討論合作學習的方式要想能夠達到預期效果，在實踐中必須強調合作學習的三意識：
（1）責任意識。讓學生明確參加小組討論是每個人的責任，在小組討論中有敞開心扉、暢所欲言的意識。
（2）質疑意識。善用批判思維，巧用發(fā)散思維，大膽質疑，提出問題，并在合作的過程中有所爭論、有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)新。
（3）整體互補意識。在討論中既理性地審視自己，又海涵他人的智慧。不要怕爭論。許多真知灼見往往是在創(chuàng)造性氛圍下的沖突中產生的，這樣才能產生集體智慧高于個人智慧總和的效果。
3.考試方式改革
采用原有閉卷考試方式，學生考前突擊復習，死記硬背，試題內容單一，偏重理論知識，最終導致成績評定不能完全體現(xiàn)學生的真正學習水平。因此考試及成績評定宜由以下兩部分組成：
3.1撰寫小論文或調查報告。
其題材可以由教師提供，也可以學生自選；可以是綜述、述評，或做理論上的新闡釋、方法上的改造、技術上的創(chuàng)新、操作上的變革等，也可以是對已有觀點的新闡發(fā)或商榷等，但必須要以探索、創(chuàng)新、發(fā)展為其突出特征。在撰寫完成后，還需安排答辯，以檢驗其寫作的真實程度、下工夫程度，考查所獲取的與論文相關信息的廣度以及信息批判思維和信息創(chuàng)新思維的深度，作為評分的重要依據(jù)之一。
3.2一頁開卷考試。
“一頁開卷”既不是閉卷考試又不同于我們常見的普通開卷考試，它的實施方法是允許學生在考試之前的復習中準備一張紙，將自己認為的課程重點寫在上面，考試時這張記錄紙可以帶入考場以備查閱，但不得在考生之中交換。這種考試方法是符合電力生產概論教學目標的，因為電力生產概論教學強調讓學生學懂和應用電力生產知識，而不要求學生死記硬背，因此在考試目的上也就要求我們要考查學生運用知識解決實際問題的能力，而不是考查記憶能力。
“一頁開卷”的考試方法有三個明顯的優(yōu)點：（1）可以在考試之前極大地調動學生認真復習、準備考試的積極性，因為考試的成績與自己準備的充分程度相關，準備越全面，考試的總體效果就越好，同時也鍛煉了學生的總結歸納能力。（2）有利于讓學生避免死記硬背的學習方法，而更專注于對知識的理解和活學活用，從注重記憶的學習轉向注重理解的學習。（3）有利于減輕學生不必要的學習負擔，緩解學生考試前的心理緊張和焦慮狀態(tài)。
4.結論
筆者通過跨專業(yè)選修課的教學實踐，分析了原有教學中存在的問題，努力探討跨專業(yè)選修課的教學模式與考試方式的改革方案，為培養(yǎng)出有創(chuàng)新能力、有合作精神、有解決實際問題能力的高素質學生，使我們的教育教學更趨科學化、合理化提供了建議。
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關鍵詞：畢業(yè)設計；質量；因素；措施
近幾年來，隨著各高校招生規(guī)模的擴大和高等教育大眾化的到來，生源質量有所下降、師資隊伍、管理水平等教學條件不足，師生比例逐步加大，在某種程度上嚴重影響到畢業(yè)設計的質量。因此，如何提高畢業(yè)設計質量，培養(yǎng)現(xiàn)代社會急需的科技人才是我們高校面臨的新課題。
一、高校擴招、辦學經(jīng)費緊張、師資不足是影響學生畢業(yè)設計質量的主要因素
具體原因包括以下幾個方面。
1.應處理好考研、就業(yè)與畢業(yè)設計的關系。我們知道，最后一學期學生面臨巨大的就業(yè)壓力，各種面試、招聘、實習活動很多，影響了學生的畢業(yè)設計，特別是一些工科專業(yè)的學生，由于找到工作就去公司實習，不能到實驗室做相關實驗，又沒有老師輔導，學生平時不能抓緊，影響畢業(yè)設計質量。
2.辦學經(jīng)費不足、各種教學資源緊張。由于畢業(yè)設計是一個綜合性很強的教學環(huán)節(jié)，基本的經(jīng)費和教學設備是必要的；但由于近幾年的高效擴招，造成高校辦學經(jīng)費和各種教學資源緊張，特別是面對新技術、新課程，沒有建立相應的實驗室，紙上談兵，或者實驗設備臺套數(shù)少，幾十個人一組，實驗效果很差。有的學校圖書資料更新很慢，缺少校外實習基地，省去實習環(huán)節(jié)，或者讓學生自己找實習單位。
3.師資緊張也是影響學生畢業(yè)質量的一大原因。由于擴招，師生比增大，各高校引進了大量的年輕教師，他們畢業(yè)后直接進入高校參與教學活動，沒有現(xiàn)場經(jīng)驗，特別是一些工科專業(yè)的年輕老師，沒有參與生產實踐活動，缺乏第一線的研發(fā)經(jīng)歷，同時教學工作量又大，科研任務多，對畢業(yè)設計重視不夠，影響畢業(yè)設計質量。
二、采取的措施
1.從教學部門到指導老師都要加強對畢業(yè)設計重要性的認識。畢業(yè)設計是對過去幾年所學內容的綜合，是提高學生綜合分析能力的重要一環(huán)，是其他任何教學環(huán)節(jié)都無法替代的。在本科評估、專業(yè)檢查時都作為重要的內容之一。因此，要告訴學生畢業(yè)設計的重要性和對今后工作的影響。
2.科學合理的安排處理好考研、就業(yè)與畢業(yè)設計的關系，學生考研與就業(yè)也是很重要的事，學校應積極創(chuàng)造條件滿足學生的要求。目前一種有效地辦法是將畢業(yè)設計時間從第七學期的暑假開始，提前給學生發(fā)放設計題目，讓學生利用暑假時間準備，通過調研和搜集資料準備開題報告，做好相應的實驗方案，既可以老師利用科研項目作為學生的畢業(yè)設計題目，也可以利用企業(yè)的技術改造項目、新技術、研究熱點作為課題。
3.加大實驗經(jīng)費投入，改善教學科研條件，提高學生的動手能力和分析問題的能力。首先要加快學校大學生科創(chuàng)實驗室和工業(yè)中心的建設，利用先進設備，根據(jù)設計方案，加工制造樣機，實驗測試自己的產品，同時加強資料庫建設，為學生提供豐富的知識海洋。加強校企產學研合作，充分利用上海電氣集團的優(yōu)勢，特別是在風力發(fā)電技術、太陽能發(fā)電技術、電動汽車電子差速系統(tǒng)、軌道交通牽引驅動與控制技術方面與企業(yè)建立全面合作，共建二級學院，聘請企業(yè)老總擔任各個專業(yè)的客座教授，讓企業(yè)工程師參與畢業(yè)設計工作，帶部分畢業(yè)設計，直接解決企業(yè)的部分難題，效果會更好。
4.加強指導教師隊伍建設，提高教師業(yè)務素質。高校教師的科研水平高低會直接影響教學質量。所以學校應千方百計地創(chuàng)造條件，鼓勵教師參與科技實踐活動，經(jīng)常派年輕人下企業(yè)掛職鍛煉，參與到企業(yè)的科研開發(fā)中去，努力提高自己的業(yè)務能力。為畢業(yè)設計（論文）奠定堅實的基礎。
5.讓學生參與科研活動。一方面要組織學生參加各類競賽和科技創(chuàng)新活動，二是要引導學生盡量參與教師的科研項目，了解科研的基本過程和一般規(guī)律，提高學生的動手能力，為做好畢業(yè)設計打下良好的基礎。
6.規(guī)范過程管理，加強質量監(jiān)督及檢查。首先應建立規(guī)范的畢業(yè)設計（論文）組織管理和操作規(guī)程，明確職責，做到有章可循。其次各教學部門要建立好各種規(guī)章制度，制訂好標準，建立定期檢查與評估機制，對指導老師和學生有一定的檢查和約束，制訂科學合理的考核辦法，調動師生的積極性，提高畢業(yè)設計質量。
7.實行雙向選擇。老師提交設計題目，經(jīng)過專家認可后，由學生選擇老師和題目，老師也可以選擇學生，通過競爭，提高人們的積極性。近幾年，我們還加大由我校和企業(yè)聯(lián)合指導本科生畢業(yè)設計（論文）工作。
8.畢業(yè)實習是做好畢業(yè)設計的重要環(huán)節(jié)之一。通過到企業(yè)實習，學生可以充分了解自己研究課題的內容、深度和廣度，熟悉這個行業(yè)最新的科技成果及存在的問題，找出自己研究的方向，設計制訂技術路線和要解決的技術難題。另外通過與現(xiàn)場工程師的交流，也可以提高學生的溝通能力，為畢業(yè)后的工作打下基礎。為此，我們規(guī)定，凡是參加畢業(yè)設計（論文）工作的學生，在進行畢業(yè)設計（論文）工作之前，均必須進行畢業(yè)實習，并提交實習報告。
9.建立科學合理的開題、中期檢查與畢業(yè)答辯制度。開題時一般要舉行開題答辯，老師會根據(jù)你的設計內容指出存在的問題和注意事項；中期檢查是對你前幾周做的設計給予評價，告訴學生下一步的注意事項、進度安排等；最后就是畢業(yè)答辯，學生針對自己的設計內容進行陳述，老師提問，學生回答。對設計較差的學生會給予他們修改的機會，經(jīng)過準備后重新答辯，這樣既保證質量又能盡量讓學生畢業(yè)。
三、小結
畢業(yè)設計是對四年所學知識的綜合訓練，極大地提高了學生的綜合能力，為學生畢業(yè)后的扎實工作奠定了基礎。風電公司帶的部分學生畢業(yè)后直接留在了公司上班，從今年我院評出的優(yōu)秀畢業(yè)設計看出，其中參加大學生科創(chuàng)項目和教師科研項目的學生占60%，答辯成績明顯提高。因此，應積極引導學生參與科創(chuàng)活動和教師科研項目，從而得到鍛煉和提高。
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