论文摘要： 本文讲述了太阳能发电系统的结构和工作原理。太阳能发电系统在广大无电地区或供电严重不足地区应用，可有效地解决居民照明及生活用电的困难。文中提出充分利用太阳能，研究开发推广节能型的绿色光源，是实现建筑绿色照明，实施国家"绿色照明工程"的重要措施。 关键字： 太阳能 发电 绿色 照明一体化 太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。 1 太阳能发电原理 太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。 1.1 太阳能电源系统 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 (1) 电池单元： 由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。 若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。 理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。 (2) 电能储存单元： 太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。 1.2 控制器 控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。 1.3 DC-AC逆变器 逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流 电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照 明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 2 太阳能发电系统的效率 在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。几种太阳能电池的转换效率见表1。
SNEC2010有来自德国、美国、日本、中国大陆和台湾等40多个国家、地区共1400多家参展商，展示内容涵盖太阳能光伏全产业链，包括原料、设备、材料、光伏电池、光伏组件、光伏工程及光伏应用器具等。而作为SNEC2010重要组成部分的论坛有近100篇，开创了中国乃至亚洲光伏界聚会规模的纪录。观察SNEC2010有一个明显转向：光伏业者从以往追求制造规模开始关注技术对光伏产业持续发展的重要性。 光电转换效率是光伏成本下降的核心，在无锡尚德晶体硅电池、组件、薄膜太阳电池、光伏发电系统展品中，引人注目的是该公司新推出的高效率光伏电池Pluto技术。据介绍，运用Pluto技术生产的电池片，能够比普通的电池片转换效率平均提高18%以上，并且可同时应用于单晶和多晶体硅电池生产中，打破了同类技术只能在单个领域运用的瓶颈。据悉，光伏电池Pluto技术已在国外使用，在SNEC2010后将被国内组件制造商采用。这项技术是由尚德电力与澳洲新南威尔士大学共同研发的，而研发带人就是无锡尚德总裁施正荣和其导师MartinGreen教授。 应用材料公司参展产品包括创新的设备、服务和软件，被应用于半导体芯片、平板显示器、太阳能电池、柔性电子产品和节能玻璃的制造。采用应用材料解决方案制造的太阳能电池组件长2.6米、宽2.2米、总面积5.7平方米，号称是目前世界上最大的太阳能光伏电池组件。应用材料宣布，其Esatto丝网印刷技术将在未来几个月内被中国大陆、台湾和欧洲的客户用于年产超过2GW的太阳能电池。据悉，客户已使用Esatto技术取得了0.46%的绝对电池效率提升，并降低了14%的印刷银浆消耗量。应用材料称，更高效率和更低耗材支出的结合有望使每瓦成本降低3美分，并使投资回收期缩短到8.4个月。 太阳能电池板的制造商尽可能地采用各种方法来有效降低成本，因此硅基薄膜太阳能电池制造商对于其工厂及所使用的系统设备的性能表现有着很高的要求。应用创新干式螺杆技术设计生产的DRYVAC系列真空泵，这一创新性的真空泵产品，将更有效地帮助用户实现太阳能电池板的大规模自动化生产并提高利润率。德国欧瑞康莱宝CEOAndreasWidl认为，只有依靠持续的技术进步，太阳能光伏才具有价格竞争性，而吸引投资进入太阳能技术领域的首要因素就是成本和质量。欧瑞康莱宝的DRYVAC系列通过对真空技术的创新，将成熟技术和创新特色有机结合，更好地服务于改善生产的变化量要求。 与此同时，国内厂商的技术能力也在大幅提升。由国家能源太阳能发电研发中心独创设计的光伏电站检测平台，可对光伏电站中光电转换、逆变、控制、辐射量、电池底板温度，以及检测对象究竟能够发多少电、节约多少煤、减排多少二氧化碳等进行精确的检测和量化。2010年4月，该平台在浙江省电力实验研究院屋顶60kWp光伏电站附近进行现场试验，在7天内完成了所有测试内容。这标志着国网电科院自主研发的世界首套光伏电站移动检测平台，在研发水平和监测能力上已达到国际领先水平。 中科院电工所所属北京科诺伟业公司，在30多年技术积累基础上，研发出集逆变器、控制器、蓄电池功能于一身的小型“逆控蓄一体机”，可为我国以及世界上数以千万计的无电地区家庭安装户用光电系统。 而已完成光伏产业垂直一体化布局的上海航天机电，也推出了国内零突破的等离子体增强化学气相沉积设备。 在配套环节，苏州林泉电子科技有限公司是生产太阳能电池边框为主的专业生产厂家，其生产的边框可以做到与客户的要求分毫不差，同时做到成本的最小化。目前，林泉电子已成为常州天合、南通强生、浙江正泰、日本松下等多家知名企业太阳能电池铝边框的指定供应商。 生产厂商的环保意识也在明显加强。中环光伏系统有限公司是中国最大的光伏系统集成商之一，产量排名亚洲第一、世界第三。据统计，
SNEC2010有来自德国、美国、日本、中国大陆和台湾等40多个国家、地区共1400多家参展商，展示内容涵盖太阳能光伏全产业链，包括原料、设备、材料、光伏电池、光伏组件、光伏工程及光伏应用器具等。而作为SNEC2010重要组成部分的论坛有近100篇，开创了中国乃至亚洲光伏界聚会规模的纪录。观察SNEC2010有一个明显转向：光伏业者从以往追求制造规模开始关注技术对光伏产业持续发展的重要性。 光电转换效率是光伏成本下降的核心，在无锡尚德晶体硅电池、组件、薄膜太阳电池、光伏发电系统展品中，引人注目的是该公司新推出的高效率光伏电池Pluto技术。据介绍，运用Pluto技术生产的电池片，能够比普通的电池片转换效率平均提高18%以上，并且可同时应用于单晶和多晶体硅电池生产中，打破了同类技术只能在单个领域运用的瓶颈。据悉，光伏电池Pluto技术已在国外使用，在SNEC2010后将被国内组件制造商采用。这项技术是由尚德电力与澳洲新南威尔士大学共同研发的，而研发带人就是无锡尚德总裁施正荣和其导师MartinGreen教授。 应用材料公司参展产品包括创新的设备、服务和软件，被应用于半导体芯片、平板显示器、太阳能电池、柔性电子产品和节能玻璃的制造。采用应用材料解决方案制造的太阳能电池组件长2.6米、宽2.2米、总面积5.7平方米，号称是目前世界上最大的太阳能光伏电池组件。应用材料宣布，其Esatto丝网印刷技术将在未来几个月内被中国大陆、台湾和欧洲的客户用于年产超过2GW的太阳能电池。据悉，客户已使用Esatto技术取得了0.46%的绝对电池效率提升，并降低了14%的印刷银浆消耗量。应用材料称，更高效率和更低耗材支出的结合有望使每瓦成本降低3美分，并使投资回收期缩短到8.4个月。 太阳能电池板的制造商尽可能地采用各种方法来有效降低成本，因此硅基薄膜太阳能电池制造商对于其工厂及所使用的系统设备的性能表现有着很高的要求。应用创新干式螺杆技术设计生产的DRYVAC系列真空泵，这一创新性的真空泵产品，将更有效地帮助用户实现太阳能电池板的大规模自动化生产并提高利润率。德国欧瑞康莱宝CEOAndreasWidl认为，只有依靠持续的技术进步，太阳能光伏才具有价格竞争性，而吸引投资进入太阳能技术领域的首要因素就是成本和质量。欧瑞康莱宝的DRYVAC系列通过对真空技术的创新，将成熟技术和创新特色有机结合，更好地服务于改善生产的变化量要求。 与此同时，国内厂商的技术能力也在大幅提升。由国家能源太阳能发电研发中心独创设计的光伏电站检测平台，可对光伏电站中光电转换、逆变、控制、辐射量、电池底板温度，以及检测对象究竟能够发多少电、节约多少煤、减排多少二氧化碳等进行精确的检测和量化。2010年4月，该平台在浙江省电力实验研究院屋顶60kWp光伏电站附近进行现场试验，在7天内完成了所有测试内容。这标志着国网电科院自主研发的世界首套光伏电站移动检测平台，在研发水平和监测能力上已达到国际领先水平。 中科院电工所所属北京科诺伟业公司，在30多年技术积累基础上，研发出集逆变器、控制器、蓄电池功能于一身的小型“逆控蓄一体机”，可为我国以及世界上数以千万计的无电地区家庭安装户用光电系统。而已完成光伏产业垂直一体化布局的上海航天机电，也推出了国内零突破的等离子体增强化学气相沉积设备。 在配套环节，苏州林泉电子科技有限公司是生产太阳能电池边框为主的专业生产厂家，其生产的边框可以做到与客户的要求分毫不差，同时做到成本的最小化。目前，林泉电子已成为常州天合、南通强生、浙江正泰、日本松下等多家知名企业太阳能电池铝边框的指定供应商。 生产厂商的环保意识也在明显加强。中环光伏系统有限公司是中国最大的光伏系统集成商之一，产量排名亚洲第一、世界第三。据统计，2009年中环公司
迄今，日本在风力发电技术方面是个落后国。目前，全世界的风力发电总装机容量为980万千瓦。日本从上世纪80年代开始建设风力发电设备，1990年风力发电能力仅有3000千瓦，1997年底增加到1.7万千瓦。 到1999年3月，日本共有风力发电站77座，发电能力3.1万千瓦。日本的目标是到2010年将风力发电能力增加到30万千瓦。其中，综合商社东棉公司率先在这个领域开始了商业化生产：在海外，即在美国、加拿大、丹麦、荷兰等5个欧美国家共建设有56.5万千瓦的风力发电设备；在国内，1998年从丹麦进口了20套功率各为1000千瓦的风力发电设备，正在有“风国”之称的北海道筅苫前町建设大规模的风力发电站，11月底即可投产。它将以每度11.6日元的价格把所生产的电力出售给北海道电力公司。全部投资为45亿日元。这家公司计划在2010年之前在青森县下北半岛再建设总装机容量为6—7万千瓦的风力发电设备。包括在海外的部分在内，它打算建设规模为100万千瓦的设备，成为世界上最大的风力发电公司。 记者不久前参观过三重县久居木神原风力发电站。它建在有名的风口“取笠山”上，共4套发电设备，每套发电功率为750千瓦，总装机容量为3000千瓦，是目前日本最大规模的风力发电站，全年发电量约为800万度，可供当地2400户居民使用。这座风力发电站的建设投资共约10亿日元。 据分析，日本国内的风力发电事业相对落后的原因有以下几个：首先，政府法规限制非电力业者涉足电力工业；其次，风力发电的生产成本远比其它电力高；第三，电站建设受地形、地势的影响———无风处无法建设，而且发电设备也受风速变化等自然条件的制约，风速每秒低于3米或者高于25米，发电设备难以运转；第四，也许是最大的原因，日本的风力资源并不太丰富。据计算，日本陆地上的风力发电能力最多能够满足国内电力需求的1％—4％。 这就是说，相比之下，风力发电的经济效益差。因此，对使用着廉价进口石油的日本来说，风力发电当然不会成为积极发展和普及的对象。 也由于同样的原因，在风力发电技术上，日本也与欧美国家相距甚远。日本的第一台国产风力发电装置是1980年底由三菱重工业公司制作出来的：塔高23 .2米，叶轮直径48 .9米，采取同步发电机，功率仅40千瓦。此后，该公司不断进行研究开发，1997年开始制造500千瓦级风力发电设备，1998年，实现了1000千瓦级设备的国产化。这表明，日本的风力发电技术赶上了国际水平。 三菱重工业公司的1000千瓦级风力发电设备安装在北海道室兰市。该设备塔高60米，采用感应发电机，可变倾斜角控制系统能够根据风速变化自动改变叶轮的倾斜角，使发电设备处于最佳运转状态；偏转控制系统可以使叶轮随着风向变换朝向，最有效地利用风力。它还采取防震支撑和低噪音化措施，可编程调节器控制它处于无人运转状态。在风速每秒超过24米和不足3米时，整套设备会自动停止运转。此外，它还有种种保证安全运转的装置。 日本其它有关企业还在努力研究开发小型风力发电设备。 西古马公司等三家企业联合开发成功利用太阳能和风力的混合发电系统。它的特长是无论是在阳光强烈而无风的夏天，还是日照时间短而风力大的冬天，它都能够进行工作。这套设备的发电功率为1千瓦，风速每秒2.5米即可开始运转。目前，这家公司研制的300千瓦级太阳能和风力混合发电设备在进行实证试验。 山阳电子系统公司不久前开发成功的1.5千瓦级风力发电设备安装有增速机构，风速达到每秒3米就能启动。 一般的风力发电设备需要每秒3米以上的风力。工业技术院在试制利用每秒3米以下微风的发电系统。其关键是利用电磁的力量使叶轮的轴离开轴承而处于悬浮状态，从而消除了机械间的摩擦。这种风力发电技术的另一个优点是消除噪音。目前，这一系统已经达到用每秒7米的风速发电的水平。据说，在对其叶轮和系统进行改进后，它能够使用每秒3米以下的风力进行发电。 工业技术院还委托民间企业研究开发“孤岛风力发电系统”。目标是在1999—2003年间开发出有更高的耐强风性能、建设起来更简便的设备。为此，有关企业将研究开发新的叶轮材料、轮壳形式、施工方法以及进行风车的设计、制作和运转等方面的研究。
自2006年11月中共中央政治局常委会决定引进美国西屋公司三代核电AP1000先进技术、成立国家核电技术公司以来，国家核电技术公司牵头高质量地完成了我国三代核电自主化依托项目国际招标的最终合同谈判工作，于2007年7月24日在人民大会堂和美国西屋联合体签订了三代核电技术转让合同。两年多来，技术转让合同项下的34个技转任务包已经全部打开，累计接收并向国内60多家指定技转用户分发21个工作包58175份技术文件及195项计算机软件。通过组织开展对我国引进的先进核电技术的消化、吸收和再创新，不仅直接带动了我国核电产业的研发设计、设备与材料制造、工程建造与管理、调试与运行服务等环节的技术进步，而且有效填补了我国核电产业过去受制于人的空白领域，为推动我国核电产业整体能力的提升提供了强有力的支撑。 一、通过AP1000先进核电技术的引进，直接带动了我国先进核电的建设，世界首批三代核电AP1000机组落户中国。 2007年12月31日，我国第三代核电自主化依托项目开工令。目前，在我国建设的世界首批三代核电AP1000机组已经有3台先后全面进入主体工程建设阶段，分别是浙江三门核电站1号机组、2号机组和山东海阳核电站1号机组。 浙江三门核电站1号机组，不仅是世界AP1000核电技术的首堆，而且在建设中连创纪录，一举刷新我国核电建设十大纪录…… 据统计，我国现在在建的3台AP1000三代核电机组施工进展总体进展顺利。三门、海阳两个厂址，到2009年底已经完成包括核岛负挖、第一罐混凝土浇注、最大结构模块CA20模块就位等关键里程碑节点目标18个。 按照工程建设进度计划，到2014年12月，我国在建的4台AP1000核电机组将先后实现首次并网，届时将全面确立我国在使用三代核电AP1000先进技术发展核电上的领先地位。我国在通过自主化依托项目4台核电机组的成功建设，全面掌握引进的三代核电先进技术，还将通过消化、吸收和再创新，形成我国具有自主知识产权的大型先进压水堆核电CAP1400的技术品牌。 二、通过AP1000先进核电技术的引进，完善并逐步形成完整的核电产业链，直接推动着我国核电事业的发展。 在引进消化吸收AP1000核电技术过程中，国家核电技术公司为了在对接世界先进核电技术中，形成三代核电自主化发展的整体链条，增强在关键领域的带动能力，在我国核电产业配套的缺失或薄弱环节，开展相关核心产业战略布局，取得了明显的成效，为我国三代先进核电的规模化、批量化和自主化发展提供保障条件。 在研发设计环节，加大基础研发投入，成立了国家核电技术研发中心和核电软件工程技术研究中心。 在工程管理领域，依托设计力量，成立世界首家AP1000核电建设工程管理的专业化公司，通过队伍建设、程序文件以及IMS系统的建设和完善，能力大幅度提升，有力地保障了依托项目、后续工程建设目标的实现。 在设备和产品制造领域，组建世界首家AP1000钢制安全壳和模块生产厂，产品研制生产取得成功；组建锆业公司，成立核级锆材研发和检测中心，将彻底改变现阶段我国核级锆材全部依赖进口的历史，并形成自主品牌技术。 在运行服务环节，三代核电站数字化仪控和保护系统研制，以及核电站全寿期服务的业务能力建设正在积极推进。这些战略布局的深入推进，已经并必将在保障我国三代核电自主化建设过程中，发挥重要的支撑和保障作用。 三、通过AP1000先进核电技术的引进，带动了与核电相关的科研、冶金、装备制造、信息化等多个学科、多个产业的发展。 在引进AP1000先进核电技术的过程中，国家核电技术公司以“中国创造”为理念，按照全面推进、重点突破的工作原则，着力解决我国核电发展中关键设备长期受制于人的突出问题，切实提升我国装备制造业的整体水平和市场竞争能力。 两年来，国家核电技术公司与哈电、上电、东电、沈鼓、一重、二重、大重、大起、太重、宝钢、太钢和鞍钢等国内装备制造企业建立了紧密的合作关系，通过定期或不定期的高层协商机制和建立三代核电合格供应商机制，有效地协调关键设备国产化进程中的重大问题，促进其管理水平提升和核安全文化建设工作。 2009年，国家核电技术公司先后组织召
关键词：新能源；创新实践；选修课
作者简介：张巧杰（1978-），女，山东济宁人，北京信息科技大学自动化学院，副教授；白连平（1956-），男，黑龙江鸡西人，北京信息科技大学自动化学院，教授。（北京?100192）
基金项目：本文系2010年度北京信息科技大学教学改革立项项目（项目编号：2010JG13）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）27-0059-02
近几年，国家对新能源利用越来越重视，制定了一系列的节能减排政策。目前北京市较为重视“新能源”学科点建设和人才培养，建议在有条件的院校建立新能源培训试验中心，以培养一大批能胜任新能源发展需要的中高级专业技术人才和管理人才。在这样的背景下，经过广泛而深入的调研，北京信息科技大学自动化学院电气系开设了新能源与节能技术系列课程，将侧重于新能源开发与电机节能技术，专业特色突出太阳能发电技术、电机节能技术方面的能力培养。“新能源导论与创新实践”是新能源系列课程的开端课，是给低年级学生开设的一门选修课，主要介绍新能源的基本概念、基本原理、主要设备、研究进展、主要应用及国内外最新的有关研究成果，使学生了解新能源的基本理论、研究进展、作用与地位，了解新能源的特点应用及相关的政策。通过两年的教学实践，对“新能源导论与创新实践”课程进行了较为系统的研究，主要对开设课程的意义、理论教学、实践教学、考核方式等方面进行了改革与优化。
一、开设“新能源导论与创新实践”的意义
近年来我国经济持续高速增长，传统能源消耗量大幅增长，引发的能源短缺和环境污染等问题成为制约我国经济又好又快发展的瓶颈，为此，发展新能源产业势在必行。一方面，发展新能源产业孕育着巨大的投资机会，将有效拉动经济增长；另一方面，也可以有效地改变经济增长方式，引领中国经济走向低碳化。虽然我国新能源产业迅速发展，然而推动新能源行业前进的人才供给却显得捉襟见肘。高素质专业人才和核心技术的缺失已严重阻碍了我国当前新能源产业的健康发展。据估算，到2020年在风电领域的从业人员就将会有几十万，其中包括几万名专业人员。根据《核电中长期发展规划（2005-2020）》，未来10年内国家每年平均要开工建设5～8台以上的核电机组，预计每年对核电人才的需求有数千人，而全国每年相关专业的毕业生总量不超过500人。对于快速发展的太阳能产业而言，人才供应同样面临严重不足。在这种背景下，开设“新能源导论与创新实践”非常有意义。
“新能源导论与创新实践”共计32学时，其中讲课16学时，实验16学时。该课程属于认知课、基础课，开设学期较早，实验所占比例较大。开设目的是为了让学生了解世界能源状况和发展趋势、中国的能源状况和发展趋势、目前常用的新能源发电技术的开发及应用现状。课程涉及能源基础知识、太阳能光伏发电技术、太阳能热发电技术、风力发电技术、核能发电技术、生物质能发电技术、地热发电技术、海洋能发电技术、燃料电池发电技术等。开设16课时实验的目的是给学生一个系统设计的概念，初步认识硬件设计、软件设计等基本内容，培养学生分析和解决问题的能力、组织协调能力、动手能力和创新精神，为以后参加学科竞赛作准备。让学生有新能源的概念和认识，通过动手调试太阳能智能车，培养初步动手能力，提高实践兴趣，为以后参加学科竞赛打基础、做准备。
二、理论教学
新能源发电技术是近年来发展迅速的一门新技术，其知识内容更新速度很快。因此，必须用先进的教学理念指导教学，以培养学生接受新知识新技术的能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力。改变以往“填鸭式”课堂教学，以“探索型”、“服务型”和“研究型”教学为主。由以往实验教学以“验证性”实验为主，逐渐向学生自主设计课题的“开放型”实验转变。发展学生的开放式创新式思维，激励学生的求知欲望和想象力，充分发掘和培养学生的自主学习意识和主动学习能力。
1.教学内容
主要介绍新能源和可再生能源的含义和分类，涉及类别主要包括太阳能、地热能、生物质能、风能、小水电、海洋能、燃料电池等。总结和分析国内外新能源和可再生能源的资源状况、开发现状、总体布局、重点领域及发展前景，介绍了部分太阳光伏发电、太阳能热发电、风能发电、小水力发电、生物质能发电等工程项目案例。
在过去的几十年里，世界新能源和可再生能源获得了快速的发展，也取得了很大成果，有些新能源发电技术已经进入商业化发展阶段，因此教学内容也要跟随技术发展而不断更新，现有的教材内容较陈旧，对新技术的介绍较少，一般只能作为参考教材。对基本概念、工作原理、基本结构等选用教材章节内容。将查阅最新科技发展成果和科研成果、新技术的发展趋势等作为教材补充内容。既向学生介绍新能源发电的基本原理、关键技术及发展趋势，通过最新科技发展成果介绍，也让学生了解科技前沿的最新动态，激发和培养学生的创新意识。给学生推荐专业网络平台、论坛、科技文献，作为教学内容和课后拓展阅读材料，既将最新的科技知识组织到教学内容中，也培养了学生查阅文献、独立自主学习的能力，培养了与时俱进的社会所需的新能源技术优秀人才。
关键词：新能源发电技术；教学内容；教学方法；实验环节
作者简介：马海啸（1980-），男，回族，江苏南京人，南京邮电大学自动化学院，副教授。（江苏 南京 210023）
基金项目：本文系南京邮电大学教改项目（项目编号：JG00512JX59）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0106-02
能源危机与环境污染已成为制约人类社会进步和发展的两大障碍。新能源发电技术因其环保、低碳等诸多优势，能够有效应对能源与环境问题，已日渐成为发电技术的主要发展方向。[1]于是为社会输送掌握新能源相关技术的各种科技人才已成为当今高校的重要任务，不少高校近年来纷纷增设“新能源发电技术”课程，但对于该课程的教学内容和教学方式均处于摸索阶段。
“新能源发电技术”是南京邮电大学电气工程及其自动化和智能电网两个专业的课程体系中一门重要的专业课。笔者根据四年的教学实践，发现该课程具有“多”、“新”和“实”的特点。[2]“多”是指课程涵盖内容多，涉及电气、动力、材料、机械、控制等多个学科，因此概念多、推导多、计算多。“新”是指该课程是一门“新”的综合性课程，一些单一传统的教学方法并不能满足课程的教学需求，所以需要用“新”的教学方法和手段来适应课程的教学需求。另外新能源利用的过程也是科技不断探索的过程，因此教学内容也需要更新，不能一成不变。“实”是指课程与工程实践密切相关，所学内容大多是实实在在的工程装置，授课时不能只谈原理不谈应用，理论和实践必须做到高度的统一，才能增强学生的学习热情。这三个特点对学生学习、教师教学和学校的实验设备都提出了较高的要求，因此摸索出一种适合该课程的教学模式势在必行。[3-5]
针对上述问题，本文对“新能源发电技术”课程的教学做了较为系统的研究，主要针对教学内容、教学方法、实验设计等方面进行了革新与优化，其目的在于提高选修课教学质量、促进学生综合能力的发展。
一、遴选教学内容
“新能源发电技术”课程内容涉及新能源基础知识、太阳能发电、风能发电、生物质能发电、氢能发电、天然气、燃气发电、小水力发电、地热能发电和海洋能发电等内容，充分体现了“多”的特点。但本校授课学时仅为48学时，内容多课时少，形成了一组矛盾。那么如果想充分利用有限的时间，使学生有效掌握有用的重要的知识，就必须对教学内容进行遴选。
教学内容的选择应该结合我国新能源产业的实际发展情况。未来我国新能源发电的发展思路是：
第一，积极有序发展风电。风电开发要实现大中小、分散与集中、陆地与海上开发相结合的原则。
第二，促进发展太阳能光伏发电，示范推进太阳能热发电。光伏发电按照“大规模集中开发、中高压输送”与“分散开发、低电压就地消纳”并举的思路发展。在内蒙古、甘肃、青海、新疆、等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地，建设太阳能热发电示范项目。
第三，因地制宜发展生物质能发电。有序发展农林生物质直燃发电，合理发展垃圾发电，积极发展生物质燃气发电。
第四，试点研究地热能和海洋能发电。
第五，加快电网骨干网架建设，合理布局建设调峰电源，研究应用储能技术，提高系统对新能源的消纳能力。[6]
可以看到以上5条中，第3条生物质能的利用方式主要是燃烧的方式发电，这与火力发电类似，技术较为成熟。第4条地热能和海洋能发电受地理条件的约束，发展相对缓慢。第5条主要是针对电网的改造，严格意义上讲跟新能源发电的核心内容联系不够紧密。因此风力发电和太阳能发电就显然成为新能源发电方式的代表，况且风力发电和太阳发电目前占据新能源发电总装机容量的91.5%，市场份额较大。[6]于是应将风力发电和太阳能发电作为主要的先进发电形式进行主讲，其他发电形式用较少的课时泛讲。具体课时安排如下：新能源基础知识2学时，风力发电18学时，太阳能发电18学时，生物质能发电、氢能发电、天然气/燃气发电、小水力发电、地热能发电和海洋能发电共10学时。其中风力发电中重点讲风力发电机组及其工作原理、风力发电机组的控制策略、风力发电机组的并网运行和功率补偿，泛讲风的特性、叶片空气动力原理和风力发电经济技术性评价；太阳能发电重点讲太阳能电池及光伏发电原理、最大功率点跟踪控制技术、蓄电池充电技术和光伏并网逆变器原理与控制策略，泛讲太阳辐射特性、太阳能转换与应用、光伏发电制约因素与经济技术评价。
二、优化教学方法和手段
为了适应“新能源发电技术”课程“新”的特点，教学中需要积极探索，发掘与课程特点相匹配的“新”的教学方法。注重知识性和趣味性相结合；注意理论与实际相结合；强调知识的系统性、完整性；重视研究兴趣的激发、最新科研动态的传递及科研方法的引导。
1.列举事实，激发学生兴趣，调动学生学习积极性
“新能源发电技术”课程所讲授的一些主要新能源发电方式在目前逐渐得到越来越多的应用，与人们的日常生活也越来越紧密。例如，许多城市的市民广场已安装太阳能草坪灯，高速公路两边已出现风光互补的交通信号设施，部分城市出现了光伏建筑，部分沿海地区出现了海上风力发电厂，宝马公司的氢燃料电池概念车已在车展中展出等。通过列举这些新鲜的事物，比课本上教条的说词更能吸引学生的眼球，引导学生思索学习新能源发电技术的必要性，也可以让他们充分认识到所学知识的实际价值，明确学习目标，从而激发学生的兴趣，引领学生去深入理解课程内容。
2.多媒体教学为主，网络资源共享为辅
授课过程全部使用多媒体教学，基本不使用板书形式，这样可以节省大量时间，增加课程容量。多媒体课件制作避免使用大段的文字，尽量多使用图片、动画和视频来增加课件的渲染力。例如在介绍各种新能源发电形式的时候，可以使用各种新能源电站的外观图片，加强学生对不同发电形式的区分能力；在讲解光伏发电光电转换原理时，可以使用光电子生成及移动的动画，增强学生对转换原理的理解；在讲解风力发电机组结构时，可以使用风力发电机组安装的视频，使学生更清晰看到风力发电机组的内部结构。
此外由于新能源发电技术的研究属于前沿科学，其科技发展日新月异，教学内容可适当增加最新的科研成果。采用有说服力的权威材料，如新能源发电领域的期刊文章、学术专著作为讲授内容。告诉学生一些与新能源有关的网站，如中国新能源网、中国新能源发电网，鼓励有兴趣的学生在课余时间通过网络进一步获取知识，使本课程的教学不局限于课堂的授课方式，营造自主学习的条件，拓宽学生的视野。
3.启迪式、比较式和讨论式等不同的教学方法相结合
启迪式教学方法的理念是启发和引导学生对问题进行思索，从而让学生掌握知识并对知识进行升华。这种以学生为主体、以教师为导向的启发式教育，能充分调动学生学习的主动性和积极性，在“新能源发电技术”这门课程中非常适用。例如在讲异步发电机发电原理时，教师可以先引导学生回忆“电机学”中讲过的异步电动机工作原理，当异步电动机的原理理清以后，鼓励学生用逆推的方式，推导出异步发电机的工作原理。
比较式教学方法通过归纳总结不同事物的主要特点后进行分析，形成对比图表，具有形象直观的特点。例如在讲发展新能源的必要性时，就可以将常规能源和新能源的主要指标列成对比表格，使学生轻松直接认识到学习本课程的重要性。
讨论式/辩论式教学方法由教师给定题目，学生通过查阅资料，对给定的题目进行学习和理解，并形成自己的观点，然后在课堂上以讨论、辩论等形式对知识形成深刻的认识。这不但锻炼了学生检索文献、查阅资料的能力，同时也锻炼了学生分析和归纳总结的能力，并加深他们对所学内容的理解和掌握。例如在讲太阳能发电时，可将太阳能发电分为太阳能热发电和太阳能光伏发电，将班上学生分成两组，一组对太阳能热发电进行调研，另一组对太阳能光伏发电进行调研，在课堂上各组派出代表总结调研结果，陈述各自发电的原理及所具有的优缺点等，讨论完最后由教师进行补充。
三、设计实验环节
“新能源发电技术”课程具有很强的实用性和实践性，即“实”的特点。因此在做好理论教学的同时，加强实验教学非常重要。实验教学对帮助学生理解和巩固课堂理论知识，培养学生的操作技能、创新意识和探索精神具有重要的作用。
目前市面上很难买到专门为“新能源发电技术”课程开发的实验教学平台，只能买到一些新能源发电装置，但这些装置的系统都已集成，基本不具备开放性，不适合学生进行实验。因此如何设计“新能源发电技术”课程的实验环节，也是决定课程能否取得良好教学效果的重要因素。
南京邮电大学“新能源发电技术”课程共三个实验，由于场地、经费和实验平台等制约因素，将三个实验均开成综合性实验是不现实的，因此将三个实验分别设计为光伏系统最大功率点跟踪仿真、风力发电系统仿真和光伏系统逆变器性能实验，其中前两个实验采用MATLAB仿真做验证性实验，学生通过了解实验指导书介绍的实验内容、原理、步骤、方法，按照实验步骤一步步操作就能够完成实验，得到仿真数据，达到验证理论分析结果的目的。而最后一个实验采用自制实验板用实物做综合性实验。实验室有针对性地自制了一些实验板，例如电力电子器件模块、驱动模块、控制模块、电源模块、保护模块等。学生根据需要选取适当的模块进行组合，做到真正自己动手搭建和调试电路，既能激发学生做实验的兴趣，培养学生的创新思维和动手能力，又提高了学生分析问题、解决问题的能力，还改变了传统的照葫芦画瓢式的实验教学，使实验变得生动有趣。
四、结论
本文基于“新能源发电技术”课程“多”、“新”和“实”的特点，首先根据新能源产业的发展方向，遴选了授课内容，解决了授课内容“多”与课时少的矛盾；其次通过优化教学方法和手段，用“新”的方法和手段去适应“新”的课程和“新”的内容；最后根据自身的实验条件，精心设计课程实验环节，利用验证性实验和综合性实验相结合的方法满足课程“实”的需要，为“新能源发电技术”课程的教学摸索出一条可行之路。
参考文献：
[1]惠晶.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]马海啸.“新能源发电技术”课程建设与教学改革[J].中国电力教育，2011，（27）.
[3]孙欣，黄永红.“新能源发电技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2011，（35）.
[4]陈春香，李啸骢，梁志坚，等.“新能源发电技术”课程教学改革与探索[J].中国电力教育，2013，（5）.
