林鑫潔 王和 葛躍田 陳宇奇

摘 要：根據(jù)新能源光熱發(fā)電行業(yè)和職業(yè)技能人才需求的現(xiàn)狀，基于單跨槽式聚光太陽能集熱器設(shè)計(jì)了適應(yīng)高職教育的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，并探索了高職院校新能源相關(guān)專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：太陽能；槽式集熱器；實(shí)訓(xùn)課程開發(fā)

太陽能不僅是可利用的最豐富的能源，而且也是一種清潔能源。新疆、甘肅、內(nèi)蒙和青藏高原等地太陽能資源豐富，日照時(shí)間長，尤其是夏季太陽能的輻射量可利用率很高，開發(fā)潛力巨大[ 1 ]。我國太陽能光熱發(fā)電技術(shù)比光伏發(fā)電技術(shù)起步晚?，F(xiàn)階段主要依托技術(shù)引進(jìn)，相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)備產(chǎn)能較低，產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)不完善，而專門培養(yǎng)從事太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的專業(yè)院校更加稀缺。太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不僅需要加快相關(guān)人才的培養(yǎng)，更要注重提升相關(guān)實(shí)訓(xùn)設(shè)備和場(chǎng)地建設(shè)，探索多元化的教學(xué)方式，才能加快構(gòu)建節(jié)能型國家和節(jié)約型社會(huì)。

一、槽式太陽能集熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是綜合考慮本地區(qū)氣象信息，環(huán)境數(shù)據(jù)來分析太陽能集熱器，獲得某一時(shí)間段太陽能輻射量等數(shù)據(jù)和循環(huán)水系統(tǒng)的溫升等數(shù)據(jù)，從而計(jì)算該系統(tǒng)的熱效率。槽式太陽能集熱器系統(tǒng)主要由PC-4型太陽能氣象站模塊、集熱器模塊、觸摸屏顯示處理器模塊以及循環(huán)水控制模塊等幾大部分組成，如圖一所示。

太陽能氣象站由四部分組成：第一部分用來采集太陽輻射能數(shù)據(jù)，包括了太陽能總輻射表、日照輻射表和散射輻射裝置；第二部分由采集風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、壓力、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器及儀表組成；第三部分為太陽能電池供電子系統(tǒng)，可為主機(jī)箱提供穩(wěn)定電源。第四部分是主機(jī)部分，其功能是把上述三部分所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理、保存和顯示。太陽能氣象站也用于該系統(tǒng)前期太陽能物理數(shù)據(jù)采集分析實(shí)訓(xùn)的用途。圖二為太陽能集熱器系統(tǒng)控制原理框圖。

出于安全考慮，集熱器的載熱介質(zhì)采用水。循環(huán)水子系統(tǒng)由保溫水箱、水泵、液位高度傳感器、進(jìn)水壓力傳感器和溫度傳感器、出水壓力傳感器和溫度傳感器、流量變送器等組成。其中，觸摸屏模塊是本系統(tǒng)的核心部分，采用嵌入式操作開發(fā)系統(tǒng)?？赏ㄟ^人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)與PLC的通信，完成太陽能氣象站數(shù)據(jù)、循環(huán)水子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并發(fā)出控制指令，控制循環(huán)水子系統(tǒng)的給水泵并控制太陽能集熱器拋物槽機(jī)架的追日動(dòng)作[ 2-3 ]。同時(shí)，其根據(jù)上述采集到的信息可以生成歷史曲線及集熱器某段時(shí)間的熱效率等數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，增加實(shí)訓(xùn)的理論依據(jù)。

二、實(shí)訓(xùn)課程開發(fā)

在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)太陽能光熱發(fā)電技術(shù)相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)課程主要有三點(diǎn)考慮：首先要緊密結(jié)合槽式光熱發(fā)電實(shí)際應(yīng)用設(shè)備來設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐課程環(huán)節(jié)；其次，要以培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)能力為主線來設(shè)計(jì)課程任務(wù)；最后，圍繞“在做中學(xué)”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”中強(qiáng)化學(xué)生能力培養(yǎng)，從而相關(guān)職業(yè)技能。

太陽能熱發(fā)電相關(guān)技術(shù)和裝置在國內(nèi)職業(yè)技術(shù)教育領(lǐng)域空缺較為嚴(yán)重，本著理論結(jié)合實(shí)際的原則設(shè)計(jì)了五部分教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，分別是：

1）安全教育。通過安全教育及安全考試加強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)、提高自我保護(hù)能力。

2）常見儀器設(shè)備認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)。掌握太陽能輻射表、風(fēng)速方向測(cè)量?jī)x、溫度傳感器、壓力變送器、變頻器、泵等儀器設(shè)備的使用。

3）設(shè)備安裝與調(diào)試。學(xué)生在已經(jīng)掌握控制流程圖、控制線路圖的基礎(chǔ)上繪制CAD圖，并對(duì)控制箱內(nèi)設(shè)備進(jìn)行選型。動(dòng)手實(shí)踐部分包括相關(guān)傳感器、變送器、閥門的安裝與測(cè)試以及控制箱配置安裝與調(diào)試等。

4）數(shù)據(jù)采集與分析。待系統(tǒng)運(yùn)行正常后，測(cè)試水箱溫度變化情況，總結(jié)流量與溫升、輻射量與溫升的關(guān)系，繪制相關(guān)溫升曲線圖。

5）實(shí)訓(xùn)總結(jié)。

課程融合了多門學(xué)科的內(nèi)容，理論結(jié)合實(shí)際讓學(xué)生不僅加深了理論知識(shí)，而且鍛煉了實(shí)踐能力，真正實(shí)現(xiàn)了“學(xué)中做，做中學(xué)”，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念與尊重教學(xué)規(guī)律相統(tǒng)一的原則。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王金平，王軍，馮煒等.槽式太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（2）：45-52.

[3] 吳麗琴，徐勝.基于PLC的太陽能集熱供水控制裝置的設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，24（2）：8487.

作者簡(jiǎn)介：

林鑫潔（1987-），女，漢族，工學(xué)碩士，講師，主要研究方向電氣工程及其自動(dòng)化、新能源應(yīng)用等。