基于"四个对接"的光伏工程技术与应用专业课程体系建设的探索研究

基于"四个对接"的光伏工程技术与应用专业课程体系建设的探索研究

郭成根

福建省晋江华侨职业中专学校

本文系2022年福建省职业技术教育中心职业教育教学改革研究课题《基于“双碳”背景下中职光伏工程技术与应用专业的建设与实践研究》成果，项目编号：ZB2022092

摘要：光伏工程技术与应用是当前能源领域的热门研究方向。研究以“四个对接”理念为基础，探索了光伏工程技术与应用专业课程体系的建设，介绍了光伏发电原理与技术分类，包括光伏效应、光伏材料和光伏组件等，并分析了光伏工程应用领域与市场前景，包括分布式光伏发电、光伏电站建设和光伏系统运维等。本研究对光伏工程技术与应用专业课程体系的评价与展望进行了综合分析，提出了改进措施和未来发展趋势。该研究为光伏工程技术与应用领域的教育培养提供了理论指导和实践参考。

关键词：光伏工程技术与应用、“四个对接”、课程体系建设

引言

随着全球对可再生能源的需求日益增长，光伏工程技术与应用成为了能源领域的热门话题。光伏发电作为一种清洁、可持续的能源形式，具有巨大的潜力和市场前景。为了推动光伏工程技术的发展与应用，建设一个完善的专业课程体系至关重要。本文将围绕"四个对接"理念，即光伏与电网、建筑、储能、智能化和创新金融的对接，探讨光伏工程技术与应用专业课程体系的建设，为光伏工程技术与应用领域的教育培养提供理论指导和实践参考，促进光伏能源的可持续发展。

一、光伏工程技术与应用概述

（一）光伏发电原理与技术分类

光伏发电是利用光电效应将太阳能转化为电能的过程。光伏发电系统由光伏电池组成，光伏电池是将太阳光直接转化为电能的半导体器件[1]。光伏电池的工作原理基于光电效应，当太阳光照射到光伏电池上时，光子的能量被转化为电子的能量，从而产生电流。

根据光伏电池的材料和结构，光伏技术可分为多种类型。常见的光伏技术包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池等。其中，单晶硅光伏电池具有高效率和长寿命的优点，但成本较高；多晶硅光伏电池成本较低，但效率稍低；非晶硅和薄膜太阳能电池则具有较低的成本和较高的灵活性。

（二）光伏工程应用领域与市场前景

光伏工程技术在各个领域都有广泛的应用。首先是分布式光伏发电系统，即将光伏电池安装在建筑物的屋顶或墙面上，通过与电网连接实现自给自足的电力供应。分布式光伏发电系统不仅可以降低能源消耗，还可以减少对传统能源的依赖，对环境友好。其次是光伏农业，将光伏电池板安装在农田上，既可以发电，又不影响农作物的生长。这种方式不仅可以提供清洁能源，还可以增加农田的利用效率，实现农业与能源的双重效益。此外，光伏工程技术还应用于建筑一体化设计中，通过将光伏电池板融入建筑外墙、窗户等部位，实现建筑的能源自给自足。这种建筑一体化的光伏系统不仅美观，还可以有效利用太阳能资源，减少对传统能源的依赖。

（三）光伏工程技术发展趋势

光伏工程技术在不断发展和创新中，未来有以下几个发展趋势：

1. 提高光伏电池的效率：目前光伏电池的转换效率仍有提升空间。研究人员正在探索新的材料和结构，以提高光伏电池的效率，进一步降低光伏发电的成本。

2. 发展光伏储能技术：光伏发电具有间断性的特点，储能技术可以解决能源供应的不稳定性问题。未来将加大对光伏储能技术的研发力度，提高储能效率和降低储能成本。

3. 推动光伏与其他能源的融合：光伏技术与风能、储能等其他可再生能源技术的融合将提高能源系统的可靠性和稳定性。未来将加强光伏与其他能源的协同发展，实现能源的多元化利用。

4. 智能化应用与管理：随着物联网、大数据和人工智能等技术的发展，光伏工程将实现智能化的应用与管理。通过智能监测、预测和优化控制，提高光伏发电系统的效率和可靠性。

二、“四个对接”的课程设置

（一）光伏与电网的对接

为了保证光伏电力的稳定性，可以通过安装逆变器和电池储能系统来实现。逆变器可以将光伏电池产生的直流电转换为交流电，以满足电网的需求[2]。而电池储能系统可以储存多余的光伏电能，以便在夜间或阴雨天等光照不足时使用，从而提高光伏电力的可靠性和稳定性。光伏发电系统与电网的协调问题主要包括光伏电力的并网管理和电网的调度控制。为了实现光伏电力的平稳输送和电网的稳定运行，需要建立合理的光伏电力并网管理制度和电网调度控制机制。同时，还需要加强光伏电力的监测和预测，以便更好地调配电网资源和优化能源利用。

相关课程内容可包含：光伏发电技术的原理和应用、电力系统基础理论、电网连接技术的原理和实现方法、电力市场和政策法规、光伏发电系统设计和运行管理、光伏组件及系统的性能测试及评估、光伏与电网的协调调控等。实际上根据不同的学习目标和教育背景，课程内容和深度还可能有所不同。

（二）光伏与建筑的对接

在光伏与建筑的对接中，有几种常见的应用方式。一种是将光伏电池板直接安装在建筑物的外墙或屋顶上，利用建筑表面来收集太阳能并转化为电能。这种方式不仅可以为建筑物提供电力，还可以起到保温和隔热的作用，提高建筑的能源利用效率。另一种方式是利用透明光伏玻璃，将光伏电池板嵌入建筑物的窗户或幕墙中。这种方式可以实现建筑外观的一体化，不影响建筑的美观性和采光效果，同时还能够收集太阳能并发电。

光伏与建筑的对接相关的课程通常会包括以下几个方面的内容：光伏发电技术的原理和应用、建筑物能源设计原理和方法、光伏建筑系统的设计方法、光伏建筑工程的建造和安装技术、光伏建筑系统的运行和维护、光伏建筑系统的性能测试及评估、光伏建筑项目管理与商业运作、光伏建筑相关的政策法规和市场环境等，这些课程内容是比较全面的光伏与建筑对接课程设置，实际上根据不同的学习目标和教育背景，课程内容和深度还可能有所不同。

（三）光伏与储能的对接

光伏与储能的对接是指将光伏发电系统与储能技术相结合，实现光伏电能的储存和利用。这种对接方式可以解决光伏发电系统的间歇性和不稳定性问题，提高光伏电力的可靠性和可持续性。在光伏与储能的对接中，常用的储能技术包括电池储能、氢能储能和压缩空气储能等。其中，电池储能是目前应用最广泛的一种技术，可以将光伏电能储存起来，并在需要时释放出来供电。常见的电池储能技术包括锂离子电池、钠硫电池和铅酸电池等。

光伏与储能的对接是实现可再生能源的平稳供应和能源系统的灵活性的关键技术之一。相关的课程设置通常会包括以下几个方面的内容：光伏系统的基本原理和组成、储能技术的基础知识和分类、光伏与储能系统的联合设计原则和方法、储能系统的选型与规模设计、光伏与储能系统的运行策略和控制技术、光伏与储能系统的性能评估和效益分析、光伏与储能系统的实际应用案例和项目管理、相关的政策法规和市场环境等。具体的课程设置可能根据学习目标和教育背景而有所差异。

（四）光伏与智能化的对接

光伏与智能化的对接是指将光伏发电系统与智能化技术相结合，实现光伏电力的智能管理和控制[3]。这种对接方式可以提高光伏发电系统的效率和运行质量，降低运维成本，实现光伏电力的智能化应用。在光伏与智能化的对接中，可以利用物联网、人工智能和大数据等技术，实现光伏电力的远程监测、预测和调度。通过对光伏发电系统的数据进行实时分析和处理，可以及时发现和解决问题，提高光伏电力的利用效率和运行质量。

光伏和智能化技术的对接可以使光伏系统更加智能高效地运行，也可以为智能化系统提供可再生能源。相关的课程设置通常会包括以下几个方面的内容：光伏系统的基本原理和组成、智能化技术的背景和发展趋势、光伏系统的智能化控制与优化技术、与光伏系统配套的智能化电池储能系统、与光伏系统配套的智能化电网系统、光伏系统集成智能家居、智能电器等智能化家居系统、光伏和智能化技术的实际应用案例、相关的政策法规和市场环境等。。具体的课程设置可能根据学习目标和教育背景而有所差异。

总结：光伏工程技术与应用专业课程体系建设是当前可再生能源领域的重要议题。光伏工程技术的发展需要与电网、建筑、储能、智能化等领域进行紧密对接，以实现光伏能源的高效利用。未来的发展趋势包括提高光伏电池效率、发展光伏储能技术、推动光伏与其他能源的融合以及实现智能化应用与管理。光伏工程技术与应用在可再生能源领域具有广阔的市场前景和发展潜力，将为可持续发展做出重要贡献。

参考文献：

[1]吴艳萍,赵东昊.基于"五个对接"的光伏发电技术与应用专业课程体系建设的探索研究[J].百科论坛电子杂志, 2019.

[2]郑建强 郑重.光伏发电技术与应用的课程体系研究[J].今日自动化, 2019, 000(007):P.72-73.

[3]李龙. "光伏发电技术与应用专业特色课程体系建设研究." 教育教学论坛 35(2018):2.