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。
关键词：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(Solarcells)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。
1.3DC-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。
充分利用太阳能是绿色照明的重要内容之一。而真正意义上的绿色照明至少还包括：照明系统的高效率，高稳定性，高效节能的绿色光源等。
3.1发电--建筑照明一体化
目前成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等，实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。1997年6月，美国宣布了以总统命名的"太阳能百万屋顶计划"，在2010年以前为100万座住宅实施太阳能发电系统。日本"新阳光计划"已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170～210日元/W，太阳能电池年产量达10MW，电池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德国仅用一年两个月建成了全球首座零排放太阳能电池组件厂，完全用可再生能源提供电力，生产中不排放CO2。工厂的南墙面为约10m高的PV阵列玻璃幕墙，包括屋顶PV组件，整个工厂建筑装有575m2的太阳能电池组件，仅此可为该建筑提供三分之一以上的电能，其墙面和屋顶PV组件造型、色彩、建筑风格与建筑物的结合，与周围的自然环境的整合达到了十分完美的协调。该建筑另有约45kW容量，由以自然状态的菜子油作燃料的热电厂提供，经设计燃烧菜子油时产生的CO2与油菜生长所需的CO2基本平衡，是一座真正意义上的零排放工厂。BIPV还注重建筑装饰艺术方面的研究，在捷克由德国WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墙。印度西孟加拉邦为一无电岛117家村民安装了12.5kW的BIPV。国内常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功一种"太阳房"，把发电、节能、环保、增值融于一房，成功地把光电技术与建筑技术结合起来，称为太阳能建筑系统(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通过专家论证。近日在上海浦东建成了国内首座太阳能--照明一体化的公厕，所有用电由屋顶太阳能电池提供。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。
3.2绿色照明光源研究
绿色照明系统优化设计，要求低能耗下获得高的光效输出，并延长灯的使用寿命。因此DC-AC逆变器设计，应获得合理的灯丝预热时间和激励灯管的电压和电流波形。目前处在研究开发中的太阳能照明光源激励方式有四种典型电路：①自激推挽振荡电路，通过灯丝串联启辉器预热启动。该光源系统的主要参数是：输入电压DC＝12V，输出光效＞495Lm/支，灯管额定效率9W，有效寿命3200h,连续开启次数＞1000次。②自激推挽振荡(简单式)电路，该光源系统的主要参数是：输入电压DC＝12V，灯管功率9W，输出光效315Lm/支，连续启动次数＞1500次。③自激单管振荡电路，灯丝串联继电器预热启动方式。④自激单管振荡(简单式)电路等方式的高效节能绿色光源。
关键词：光伏 技术管理 特点 问题 对策
1.引 言
1.1研究背景
进入21世纪以来，在资源有限和环保要求的双重制约下发展经济已成为人类实现可持续发展的一项重大挑战。其中，传统的化石能源所带来的环境污染、温室效应使得全球环境不断恶化。为了解决上述问题，科技的进步使得人类转向清洁能源的研究和应用，太阳能以其独特优势必将在本世纪得到长足发展。
近几年，中国江苏省出台了一系列推进太阳能光电技术研发应用的相关政策，将把无锡建设成世界级太阳能产业基地。如今，无锡的光伏产能产量已居全国首位。据统计，2010年无锡的太阳光伏企业电池产量2600MW左右，占全国产量的28%，全球产量的16%。
为了让使用太阳能发电更具吸引力，自2011年开始，中国政府对生产制造厂商提供保证价格。如今，中国光伏企业，尤其是无锡这一大型太阳能光伏产业基地目前面临美国出口重大压力以及欧洲市场的疲软不振，对转向国内市场的需求更为紧迫，而转战市场最大的挑战就是依靠技术进步来降低成本。因此，太阳能光伏企业的技术管理变得尤为重要。
1.2 研究方法
本研究以中国太阳能光伏企业为研究对象，以中国太阳能光伏企业技术管理为研究重点，基于企业研发管理理论及技术组织管理等理论分析太阳能光伏产业技术管理所存在的问题进行研究。
根据太阳能光伏相关产品生产企业自身特点，结合中国本土及无锡本地情况，并参考有关文献资料、研究报告等理论著作，通过多种途径获取关于有利于太阳能光伏产业发展的理论性资料；利用理论与实际相结合的方法，对国内太阳能光伏企业的技术管理进行讨论。
1.3 研究意义
该研究针对中国，特别是无锡市太阳能光伏企业进行研究，并专门讨论太阳能光伏企业的技术管理相关问题，以适应经济大潮下的新型竞争形势。
无锡市太阳能光伏产业规模大、基础好，为中国太阳能光伏产业的发展提供了夯实的基础。在此基础上，本文意在通过进一步优化企业技术管理结构，使无锡太阳能光伏产业顺利度过艰难时期，完成企业技术管理结构的优化升级，力图使企业占据产业链的上游。
1.4 文献综述
财政部、科技部、国家能源局于2012年5月初公布了2012年金太阳示范项目目录。三部委确定2012年金太阳示范工程总规模为1709MW。
何丰伦、戴劲松等专家呼吁高度警惕新能源发展的五大误区，同时提出太阳能相关企业发展所要注意的问题；却秦在太阳能冬日物语中提出由于太阳能产业的高成本特点，要求企业改变商业模式或调整企业战略。
2009年全球光伏产业发展研究报告总结了2008 年全球光伏产业的总发展态势，同时预测了德国、美国、西班牙、日本以及中国今后的光伏产业发展趋势，并指出中国是潜在的光伏重要市场，2020 年中国太阳能光伏产业装机容量将超过日本。
2012年BP世界能源统计显示：2011年太阳能发电容量增长了73.3%，达到了自1996年的最快增长速度。总容量达到63.4 GW。产能在过去的5年增加近10倍。EuPD Research在《电网平价》一文中指出：若想使光伏行业真正获得竞争力，应将关注点由组件制造商转移至光伏价值链上的其他部分。
2.太阳能光伏技术的特点及其企业管理特点
2.1 太阳能光伏技术的特点
2.1.1 规格标准明确
太阳能光伏发电的关键设备有：太阳电池组件、太阳能储能设备、太阳能控制器、太阳能逆变器等。虽然随着技术进步太阳能光伏发电关键设备的标准将会不断完善，规格将会不断提高，但在当前的技术环境下，太阳能光伏发电关键设备的规格标准是很明确的，不会存在较大的争议。
2.1.2 专业性要求高
太阳能光伏发电组件设备的生产及装机应用涉及到物理、化学、计算机及气象等多领域技术的开发与应用，专业性极强。在太阳能光伏电站的设计中还需运用管理学中PEST环境分析法。因此，太阳能光伏企业既要支持每一领域的技术研究，又要完成各领域技术的有机融合，突破技术瓶颈，为企业赢得更大的经济效益，同时获得更大的社会效益。
2.1.3资源投入大
太阳能光伏发电站的建设需要大量的人力、物力、财力的投入。不论是太阳能光伏发电电站前对技术环境的分析，还是电站施工过程中和日常维护中技术工程的应用，都需要很大的资源投入。从一定程度上来说，太阳能光伏发电电站的建设是一项不可逆的工程，一旦投入各种资源，就必须将整个工程进行下去，否则之前的投入便不能收回。从另一方面来讲，电站设计之前的各项评估工作尤为重要。在技术环境评估中，需要分析国际、国家和地方技术标准和规范，如光伏并网接入规范、光伏系统技术标准等；光伏系统关键设备，如光伏设备满足项目的供给能力以及光伏设备对系统的影响等；具有国际合作基础条件的大型、超大型项目需要分析项目技术、原材料、人才、市场的国际化。
2.1.4 技术应用性强
在国内太阳能光伏发电技术领域中，所追求的是提高转化效率和降低生产成本两大方向。转化率的提高可以使太阳能资源的利用率提高，设备的使用效率提高，降低生产成本则可以为企业直接提供更多的收益。因此，领域内的技术进步可以迅速投入生产和建设进行检验，可行的技术将会创造更多的效益，推广之后将更有利于技术的进一步发展，如此良性循环，可不断推动太阳能光伏发电技术的进步。
2.2 光伏企业技术管理特点
2.2.1 研发环境要求高
太阳能光伏发电企业的技术产品研发属高技术产业研发领域，其产品研发技术提高受多方面因素影响。表2-3为运用空间面板计量模型的研究方法对研发技术影响各因素进行回归分析的结果：
2.2.2技术选择多样化
国外的太阳能光伏行业技术的发展是多样的，有晶体硅技术、非晶硅等其他技术。而在国内，晶体硅技术几乎占据垄断地位，并且各大晶体硅技术的厂家几乎全部是P型晶体硅技术这一分支，因此国内整个产业将来技术进步的方向选择上比较少。
例如，无锡尚德，南京中电等国内最早使用SE 技术的电池厂家，电池转化效率大大领先于行业中其他竞争对手。可以说，如果国内太阳能光伏发电设备生产企业能够拓展其技术发展分支，其竞争力将会大大提高。
2.2.3与企业所在产业链位置联系紧密
太阳能光伏企业的技术管理要与与企业所在的产业链位置相适应。从表2-4可以看出我国太阳能光伏产业的两头在外中间在内的发展模式，根据图2-5光伏产业链各环节资源需求情况，我国太阳能光伏企业的技术管理应向硅材料提纯、硅片生产倾斜。
国内第一大的晶体硅太阳能电池制造商无锡尚德通过并购的方式实现了产业链的垂直整合，这也一定程度上证明了产业链低端企业没有技术外泄的后顾之忧，为提高自身技术水平可以适当向产业链高端攀登。
2.2.4产品市场定位较单一
以当前的技术水平来看，同时基于成本的考虑，太阳能光伏产品只能用于独立光伏电站、风光（柴）互补电站等光伏电站及航空航天领域。随着技术的不断提高，太阳能光伏产品可能还会应用在交通、通信、石油、海洋、气象、汽车、家庭电源等领域。
3.国内光伏企业技术管理存在的问题
3.1人才资源缺乏
3.1.1光伏企业运作风险大对人才发展极其不利
光伏企业投资大，由于市场需求不确定性等一系列经营风险，光伏企业运作的风险、融资等成本会高于一般企业。这使得大部分光伏企业无法提供优厚的薪资福利来吸引人才，更难留住人才。
3.1.2光伏企业大部分处于创业阶段，缺乏留住人才的企业文化
无锡市光伏企业大都处于初创阶段，且科研与管理团队大部分来自海外，包括国际知名科学家、技术开发工程师等组建的精英技术研发团队等，本土优秀光伏人才未必受到重用，不利于留住和培养人才。
3.1.3高端人才缺乏，缺乏相关培养机制
光伏电专业人才紧缺，是无锡光伏产业快速发展的瓶颈问题之一。许多企业除了一名主要创业者（总经理）外，连招聘一个同类专业的帮手都相当困难。另外，在无锡高校普遍没有开设光伏电专业。
3.2 研发周期长
太阳能光伏发电产品属知识、技术和劳动密集型产品，其生产组织形式多样，所需的研发周期较长。而太阳能光伏产品因光伏发电项目类型多、技术要求高、光伏发电项目周期长、以客户需求为驱动、知识继承度低、信息处理方法复杂等特点而使得太阳能光伏发电产品研发周期较长。
3.3 研发环境较差
资金是进行光伏发电产品研发的前提和基础。政府和企业是两个最主要的科技资金来源。一些企业也从收益中抽出一部分投入到自己的研发机构中，但是由于光伏产品研发的高风险， 政府对太阳能光伏产品生产企业研发拨款所占份额较低，这也给企业筹集资金造成很大的困难。
中国在世界光伏发电制造领域占据着极其重要的地位。中国的光伏发电制造企业的规模，如无锡尚德，在世界同行业企业中名列前茅。然而由于国内企业基本采用引进技术、引进设备、引进原材料，产品绝大部分出口国外，属典型的“两头在外"式生产。国际上许多大型企业都会将越来越多的资本投放到这一新能源产业中来，这对我国光伏制造企业来讲既是机遇，也是挑战。行业内大部分企业在没有建立完善的产品开发体系，也没有开展有效的产品开发活动，生产技术严重落后，技术研发环境较差，核心竞争力严重不足。
3.4 技术转化率小
太阳能硅电池的主要原料――多晶硅材料的提纯属于高技术高产业投资环节，而我国的技术能力有限，硅提纯产业门槛相对较高，生产晶体硅的企业属于少数，并且技术落后于国外，差距很大。在技术水平有限的情况下，由于对太阳能光伏发电产品应用的投入非常大，新技术的应用风险很大，新技术转化为生产力的比率非常小，因此只有非常成熟的技术才可能在实际生产得到应用。
4.国内光伏企业技术管理对策
4.1 大力培养太阳能光伏高级人才
4.1.1加强人才引进与培养
充分挖掘国内人才资源，根据产业发展的特点，建立一套行之有效的人才激励机制，大力引进国际顶尖光伏人才，巩固技术带头人和高级管理人才队伍，稳定技术骨干与管理人员以及关键岗位工人。通过职业教育、继续教育和岗位培训等多种形式，多方位培养技术与经营管理人才，为光伏产业发展提供强有力的智力支撑。
4.1.2整合教育资源，打造光伏产业人才培养基地
鼓励高校开设光伏电专业，鼓励大学院所与企业联合培养光伏等新能源高级人才，支持企业建立光伏等新能源教学实习基地和博士后流动站，调整专业结构，构建光伏产业人才培养体系，打造光伏产业人才培养基地，为国内，特别是世界级光伏产业基地――无锡提供源源不断的优秀光伏人才。
4.1.3政策支持光伏高端人才发展
对光伏电企业是否能尽快列入国家和省级高新技术企业，企业的领军人是否能申报列入“国家”和“省”，都需要政府予以适当的政策倾斜。同时，既要为高层次人才提供创新创业环境，也要解决一般人才实际困难，实现人才服务的全覆盖。
4.2 优化产品技术研发环境
国内太阳能光伏企业在研发技术实力较弱的情况下， 应选择产学研合作的创新模式。高校和科研院所可以培养大量学科及综合高级人才， 适合开展基础科学研究和结合产业中关键技术进行攻关。其中， 基础研究是高校的优势所在， 对光伏发电产品的开发有重要的支持和先导作用。而企业拥有对于市场准确的把握， 可以对研发项目的市场前景做出较为准确的评价和判断。其次，通过建立信息沟通渠道， 加快建立光伏产业商情信息网络， 科研单位和企业通过参加贸易展销会、洽谈会、贸易团出访、接待来访等机会获得市场信息。
4.3 鼓励技术创新，提高技术转化率
企业的技术创新可以从企业文化入手。国内光伏企业应建立以技术创新为核心，统一在技术创新指导思想和经营哲学之下的企业文化，为企业管理人员和技术人员提供共同方向的意识精神和日常行为的指导方针。
企业可建立管理技术创新与转化的专门小组，一方面可以有效激励技术创新，另一方面对新技术进行产权保护，并加快新技术进行实际检验后投入产品生产环节。
5.结论
太阳能光伏产业作为一项新兴产业，具有发展其他能源产业所不可比拟的优势，一方面可以解决能源短缺问题并缓解使用化石燃料对环境的污染，另一方面可以促进光伏技术的发展，为产业地来更大的经济效益。因此，本文对我国的光伏产业技术管理特点作了介绍，了解现阶段我国光伏产业发展中技术管理的相关问题，弄清问题所在及应对方法。
我国的光伏产业发展因金融危机爆发受到了很大的冲击，究其原因还是因为技术水平有限，仅靠劳动密集型光伏产品的大量出口而获利。随着国家政策的关注，会有利于新能源发展的举措出台，由国家的政策保障，企业与高校的结合培养高技术人才，资金、技术、人才问题便能够解决，我国太阳能光伏企业一定会通过提高自身技术，优化技术管理而摆脱窘境，获得更大的经济效益。希望本文可以为中国太阳能光伏企业的发展提供参考。
注：本文部分研究成果来源于江南大学大学生创新训练计划项目。（项目编号：20122217）。
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关键词：太阳能；光伏发电；课程改革
中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0131-02
面临21世纪能源短缺和环境问题，国家将新能源产业列入国家战略性新兴产业。北京市中长期科学和技术发展规划纲要（2008―2020）科技发展重点任务之一是新能源利用。2012年，财政部、科技部、国家能源局联合下发“金太阳”政策及“金屋顶”政策，两大政策均支持分布式光伏发电示范项目。太阳能是能源领域的新兴重点发展方向，开设太阳能发电技术课程对提高学生的就业机会，增强学生服务社会的能力有非常重要的作用。北京信息科技大学2012级培养计划将电气工程及其自动化专业特色定位于新能源及节能技术应用。新能源特色系列课程主要有《太阳能发电技术》等5门课，其中1门必修课，3门选修课及1门实践课，《太阳能发电技术》是必修课和重要特色课，要发挥特色课程的作用，非常有必要进行课程改革。
一、太阳能光伏发电技术课程改革的意义
目前，国家需要大量的光伏发电相关的技术型人才和研究型人才，人才缺口较大。北京市重视“太阳能”学科点建设和人才培养，建议有条件的院校建立太阳能培训试验中心，以培养一大批能胜任太阳能开发需要的中高级专业技术人才和管理人才。在此形势下，开设《太阳能发电技术》课程，讲述国内外太阳能光伏发电基本理论和基本概念，从实际应用和工程设计角度，分析装置、系统和应用，介绍太阳能光伏发电的最新技术、最新成果，为学生以后从事太阳能电池研究、光伏技术应用、光伏电站建设与管理，打下坚实的基础。加强《太阳能发电技术》课程改革，对培养学生的专业素质，提高学生学习专业课的能力，增强学生的就业机会，提高学生服务于社会的能力具有十分重要的作用。《太阳能光伏发电技术》共计32学时，其中讲课24学时，实验8学时。该课程属于专业课，必修课。本课程教学目的是使学生掌握太阳能光伏发电的基本理论和方法。通过对该门课程的学习，使学生了解太阳能资源的状况，理解太阳能光伏发电的基本原理及系统的构成，掌握光伏电池、蓄电池、充放电控制器、逆变器及相关电力电子变换电路的工作原理及控制方法，熟悉最大功率跟踪的概念及常用算法，最后介绍典型小光伏发电系统的设计。
二、太阳能光伏发电技术课程存在的问题
1.教材问题。太阳能光伏发电技术的实际应用越来越多，需要大量的应用技术型人才和研究型人才，但人才培养需要有针对性的教材和相关的参考书。太阳能光伏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非常快。目前这方面的书籍很多，但实用教材却很少，有些书针对光伏发电的某一点，过于专业，有些书只是简单的科普，多数不适合作高校教材。
2.实践教学问题。实验教学对工科学生掌握所学课程的内容，灵活运用所学知识去解决实际问题的方法至关重要，太阳能发电技术更是如此。目前太阳能光伏发电实训装置相对匮乏。国内有一两家教学仪器公司开发了太阳能光伏发电实训平台，价格昂贵，能开设的实验很少，且操作性差，对锻炼学生的手动实操能力帮助不大。
3.教学案例太少，教学案例建设薄弱。工程实践部门主要完成工程设计及施工，科研院所专注于技术提升与创新，能用于教学的工程案例资料很难查询，即使能找到少许资料，技术资料也不完备，缺乏演示行和可复制性。
三、太阳能光伏发电技术课程改革的主要内容
1.教材建设。本课程没有固定的教材，参考《太阳能光伏发电及其应用》、《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》等章节内容，有些内容借鉴网上资源、科技文献的资源，经过加工整理，形成自编讲义。
2.教学内容更新。本课程内容丰富，涉及面广。涉及到光学、电工学、电力电子学、软件工程、单片机等基础知识，涵盖了供配电技术、自动控制原理等基本理论。既包含太阳能电池、蓄电池、逆变器、控制器等组成部分的基本原理，又有包含系统设计、应用、安装、检查与试验等基本技能；既包含电力电子变换电路及控制电路等硬件内容、也包含最大功率跟踪等软件内容。随着新技术新材料的出现，这些内容会不断更新，并将更新的内容添加到课堂上。
3.实验装置研制及实验内容更新。太阳能光伏发电实验平台主要由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器等组成，测试仪器主要用到万用表、电流表、功率仪、温度计、照度计、辐照计等仪表，能够进行太阳能电池板伏安特性实验、太阳能电池板不同入射角影响特性实验、太阳能电池板输出功率与负载特性实验、最大功率跟踪特性实验四个必做实验。该实验平台上还可以进行太阳能电池板开路电压和短路电流随光强变换实验、太阳能电池板暗特性曲线实验、太阳能电池串并联特性实验、太阳能电池板发电原理实验、太阳能控制器性能实验以及独立光伏发电系统实验凳选作实验。
4.教学方法改革。根据本课程的特点，上课时采用案例式教学、讨论式教学以及太阳能发电系统设计等实战教学。上课过程中，讲到一些基本理论后，举一些相关的、具有一定前沿性和趣味性的例子，加深对基础理论的理解，激发学生的学习兴趣。讲到太阳能最大功率跟踪时，可以找些太阳能最大功率跟踪的图片，视频。图片是单轴跟踪还是双轴跟踪？也可以让学生思考，除了这两种跟踪方式，还有没有别的跟踪方式？结合电力电子技术和单片机等课程，启发学生思考如何设计太阳能最大功率跟踪器。另外，在举例讲解时，也可以适当介绍本研究领域的最新动态和最新发展成果。教科书出版周期长，往往不能及时介绍学科最新、最有价值的学术成果。教师把最前沿技术引入课堂，不仅扩展了学生知识面，吸引学生学习兴趣，培养学生关注本学科发展的习惯，同时也了解学生的发展潜力，以便选拔学生。讨论式教学鼓励学生积极参加课堂讨论，帮助学生建立系统的知识结构，同时也锻炼学生的语言表达能力，将学习过程转变为师生共同学习、共同探索提高的过程。太阳能发电系统设计等实战教学是为某地区设计一套10kw太阳能光伏发电系统，要求列出当地的太阳能资源状况，光伏板的性能参数、连接方式、倾斜角，控制器的主要功能及实现功能的方案，逆变器工作原理及逆变电路，蓄电池容量等，最后给出系统的经济预算及经济效益评价。
5.学生开放实验。开放实验是以学生为主体的创新性实验，能够调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，提高其创新实践的能力。每年选拔对太阳能光伏发电技术有浓厚兴趣的学生参加。在兴趣驱动下，在导师指导下完成实验过程，参与计划项目的学生要自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验。先后完成太阳能节能洒水控制系统设计、太阳能多功能休闲椅控制系统设计、基于太阳能的教室灯光节能控制系统、太阳能智能温湿度控制器等开放实验项目。
6.教师队伍建设。“教师有一桶水，才能给学生一杯水”，说的是教师要有丰富的知识，练就一身过硬的功夫，才能把课上好。教师要不断学习，提高自身的素质和储备知识，特别是科学知识迅速发展的今天，学生获取知识的途径很多，知识面较宽广，对教师的要求也就越来越高，这就需要老师要不断的扩展自身的业务水平，提高业务素质，才能在讲台上站稳。近年来，电气工程系每年都派老师参加教学能力提高项目、国内访问学者项目，到重点大学进行进修学习、交流，每年参加教学会议。通过与国内高校教师的交流学习，找到了差距，少走了弯路，增强了信心，锻炼了沟通交流能力，更加注重团结协作，主动参与社会活动，勇于承担责任。通过交流与合作能获得心理支持，共同分享成功，分担问题；通过交流与合作获取教学信息和灵感，产生新的想法；教师在合作过程中，潜移默化地影响着学生，用无声的语言告诉学生合作很有益，教师也在身体力行他们所倡导的信念。课程组定期组织教研活动，就教材、实验内容、授课内容、考核方式、教学方法和手段等问题进行探讨。
四、结论
《太阳能光伏发电技术》是近年来发展起来的一门新课程，没有现成的经验可以借鉴，本着多学习多探索的原则，本文从教材建设、教学内容选择及更新、实验装置设计及实验内容更新、教学方法改革、开设开放实验、教师队伍建设等方面进行了改革初探，并将这些改革应用到电气工程教学实践中，收到了良好的效果。
参考文献：
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[3]张发云，李水根，李玲，等.光伏专业太阳电池多晶硅绒面创新实验设计[J].新余学院学报，2010，15（5）：73-75.
[关键词]太阳能 光伏发电 逆变 并网
中图分类号：TK511 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0363-01
1 概述
2013年年初，京津冀地区遭遇严重雾霾天气； 10月份以后，大范围雾霾污染又蔓延至哈尔滨、苏州、上海、甚至三亚等地，全国范围从北到南无一幸免。
据相关部门统计， 2013年的雾霾天数是中国近52年来的最多，创下历史纪录。
环保专家指出，导致空气质量下降的污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物、臭氧等。在一些地区，尤其是大城市，工业生产、机动车尾气、建筑施工、冬季取暖烧煤等排放的有害物质难以扩散，导致空气质量显著下降。面对越来越严峻空气污染形势，寻找新能源成为当前面临的迫切课题。照射在地球上的太阳能非常巨大，而且太阳能发电绝对干净，不产生污染。所以太阳能被誉为是理想的能源。随着太阳能光伏发电技术的发展，光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。
本文主要讨论太阳能光伏发电系统中电力电子技术的应用；介绍并网系统的组成特点；根据不同的电路拓扑，讨论太阳能最大功率点跟踪技术的实现方法。
2 太阳能光伏系统的组成
太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。
与独立供电的光伏系统相比，并网系统一般都没有储能环节，直接由并网逆变器接太阳能电池和电网。并网逆变器的基本功能是相同的。那就是，在太阳能电池输出较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。
3 太阳能光伏系统的最大功率点跟踪技术
实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，实质上是一个自寻优过程。通过对光伏阵列当前时刻输出电压与电流的检测，得到当前时刻光伏阵列输出功率，再与已存储的前一时刻光伏阵列功率值比较，舍小存大，再检测，再相比较，如此不停地周而复始，便可使光伏阵列动态地工作在最大功率点上。
在一定温度时，不同光照强度下太阳能电池的输出特性曲线不同。每条曲线都存在着一个最大功率输出点，并且这个点在当前的光照条件下是唯一的。在太阳能光伏系统中采用较多的一阶MPPT正是利用了最大功率点的dp/dv为零的特性。先对太阳能电池的输出电压和电流进行连续的采样，并将每次采样的一组电压电流数据相乘折合成功率值，然后减掉上一次采样得到的功率值，即为功率差分值。当功率达到最大值时满足式（1），同时还可以推得式（2）。
dP/dU=dUI/dU=UdI/dU+IdU/dI=0 （1）
UdI+IdU=0 （2）
令
ΔI=UdI （3）
ΔU=-IdU （4）
则当ΔU=ΔI时，即可近似认为达到最大功率点，这样就构成了最经典的一阶差分算法。
4 并网供电的太阳能光伏系统中的逆变器
光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能，如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。现在常用的逆变器有以下几种。
1）方波逆变器
此逆变器输出的电压波形为方波，逆变器线路简单，价格便宜，实现较为容易。缺点是方波电压中含有大量的高次谐波成分，在负载中会产生附加的损耗，并对通信等设备产生较大的干扰，需要外加额外的滤波器。此类逆变器多见于早期，设计功率不超过几百瓦的小容量逆交器。
2）阶梯波逆变器
阶梯波逆变器输出的电压波形为阶梯波形，阶梯波逆变器的优点是输出波形接近正弦波，比方波有明显的改善，高次谐波含量减少。但此逆变器往往需要多组直流电源供电，需要的功率开关管也较多，给光伏阵列分组和蓄电池分组带来不便。
3）正弦波PWM逆变器
正弦波逆变器的优点是输出波形基本为正弦波，在负载中只有很少的谐波损耗，对通信设备干扰小，整机效率高。缺点是设备复杂、价格高。
5 双模式逆变器
为了方便应用，可以设计一种既可独立运行，又可并网运行的光伏发电系统。该系统中的逆变器可以自由切换并网运行和独立运行，并且保证在切换过程中对负载和逆变器无冲击，实现平滑切换。可以采用了快速检测并网开关和抑制电流突变的过渡算法，以实现三相系统并网/独立的平滑切换。这种系统称为三相双模式逆变器发电系统。此系统中太阳能电池板组成光伏阵列，输出不稳定的直流电。DC/DC 充电控制器连接电池板和蓄电池组，实现最大功率向蓄电池充电。 蓄电池可以在太阳辐照度变化和无太阳光时持续向逆变器供给直流电。三相逆变器的输入级连接到蓄电池的直流母线上， 输出接在带有中心抽头的变压器上。这样可以带三相或单相负载运行。并网开关可以实现电网与负载、 逆变器的连接和断开。当电网无电时，并网开关断开，逆变器给负载供电。当电网有电时，并网开关闭合，负载由电网和逆变器共同供电，逆变器还可以将太阳能电池板发出的多余电能输入到电网中，也可以利用电网给蓄电池充电。
6 结论
本文对太阳能光伏系统中的最大功率点跟踪和逆变技术进行了讨论。通过对并网光伏系统进行系统组成分析，比较其构成特点和电路拓扑，讨论得出了各自适用的控制方法。文章最后介绍了一种可实现独立运行与并网运行实时切换的双模逆变器。从上述分析可以看到：太阳能光伏发电作为新能源的应用技术正在得到迅速发展，而电力电子技术作为其中的关键技术，对太阳能光伏发电应用的发展起着决定性作用。
参考文献
[1] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛等.太阳能光伏发电及其应用.北京：科学出版社，2005.
[2] 郭廷玮.太阳能的利用和前景.北京：科学普及出版社，1984.
[3] 王长贵.新能源和可再生能源的现状和展望.太阳能光伏产业发展论坛论文集，2003，9：4～17.
关键词 太阳能技术；建筑节能；一体化
中图分类号TU241 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）47-0045-02
0 引言
有限能源危机、环境污染危机为人们敲响警钟。人们开始寻求更为丰富、绿色的资源。太阳能、风能、潮汐能等被列为清洁能源。清洁能源是可持续发展的重要内容。1996年，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”。会议提出《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》、《世界太阳能规划》等重要战略目标。会议表明了联合国和世界各国对运用开发利用太阳能的决心。
1太阳能技术
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。是人类赖以生存的能量，是巨大的无污染的能源。当今太阳能科技发展的两大趋势是：一是光与电的结合；二是太阳能与建筑的结合。
太阳能利用技术主要有两种：光电转换和热能利用。相对于光电转换，太阳热能利用历史较为悠久，利用方式较多，成本较低。太阳能热利用有太阳能热水器、太阳能集成器、太阳能空调、太阳能发电等方式。目前太阳能技术现状如下。
1.1 光伏产业
光伏产业是利用光伏反应，将太阳光照射到硅材料上直接发电。90年代后，世界光伏产业出现供不应求的现象，发展迅速。世界各国纷纷制定计划和措施扩大产业链。快速发展的屋顶计划、各种减免税政策为成熟的光伏产业奠定基础。我国光伏产业经过二十多年的努力，已有一个较好的发展基础。
1. 2 太阳能热水器
太阳能热水器是可再生资源技术领域最商业化、推广最为广泛的技术，是最具适应性的技术。具有成本效率高，应用简单、安全等特点。中国成为世界最大的太阳能热利用产品的生产国。国内太阳能热水器应用面积较广。
1.3 太阳能发电
常规煤矿发电，即浪费煤矿资源，又污染环境。易受煤价、煤矿开采量影响。太阳能发电是利用集热器将太阳辐射能集中起来，带动发电机发电。第一座太阳能发电厂是在法国建立。之后众多发达国家纷纷效仿此技术，经过不断发展提高，建立越来越来越多的太阳能发电厂。技术也日益成熟。但是太阳能发电厂占地面积较大。
1.4 太阳房
利用建筑设计技术将高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地结合在一起，充分利用太阳辐射能，达到房屋取暖、制热的目的。房屋可以尽可能地吸收储存利用太阳能。太阳房可以节约75%~90%的建筑能耗，并且具有良好的经济效益，环保效益。日本人节约能源意识形成较早，早在1987年就开始建造综合太阳能利用的太阳房。目前，建太阳房2 000余座。众多发达国家也采纳了这种建房技术。建造综合太阳能利用一体房成本较高。我国综合太阳能利用的太阳房较少，欠缺重视。
2太阳能利用与建筑节能
2.1 建筑节能
建筑节能是指：在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行建筑节能标准。采用节能型的建筑技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷热率、加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生资源，在保证建筑物室内热环境质量前提下，减少采暖供热、空调制冷制热、照明、热水供应等的消耗。即主要从降低耗能需求，提高能源转换效率，利用可再生资源三方面入手。现代建筑设计进入绿色设计时代。为了可持续发展，减少建筑能耗，提高材料能源利用率成为建筑设计思考的首要问题。我国于1986年颁布的《北方地区居住建筑节能设计标准》，拉开我国节能建筑的序幕。建筑节能是我国长远规划的能源战略的主要议题。
2.2 太阳能与建筑节能一体化的特点
太阳能在建筑节能方面扮演了重要角色。太阳能与建筑节能设计相结合是未来太阳能发展方向。 太阳能与建筑节能一体化有如下特点：
1）改变建筑物传统外观。太阳能技术与建筑节能设计一体化，是在建筑物设计时就考虑的问题。节能建筑物与太阳能完美地结合在一起，太阳能利用成为建筑物的一部分。改变了传统后加的太阳能结构对建筑外观的影响。太阳能产品可与建筑外形有机结合，更加美观；
2）对房屋顶没有特殊要求，平的或者倾斜的都可以，安装技术更为先进；
3）适用范围广。使用人群更为广泛。也适用于各式各样的建筑物。
2.3太阳能与建筑节能应用技术现状
1）太阳能采暖系统
太阳房采暖系统可分为主动式和被动式两种。主动式取暖方式投入成本大，维护费用高，设备组成复杂。被动式太阳能取暖，集热方式较为简单。运行费用低。但是受昼夜影响大，供热不稳定。
2）太阳能热水器
太阳能热水器是太阳能应用最为广泛普遍的一种技术。我国太阳能热水器市场需求较大。它有众多优点：节省资源、安全等。现代太阳能热水器正在往智能化、提高太阳能利用率方向发展。
3）太阳能低温热水地板
全玻璃真空管集热器作为太阳能低温热水地板的太阳能集热器。它是利用低温热水为媒介，将太阳能转化为热能的技术。它可以基本满足人们日常生活中的热水需求。
4）光电转换技术应用
利用太阳能光电池板组成太阳能屋顶，并并入电网。可为建筑物提供全部能量或部分能量。当阳光充足的时候，太阳能电池可以满足能量需求；阳光比较微弱，阴天的时候，太阳能电池提供的能量就较少。
3 推广我国太阳能建筑节能一体化发展的措施
3.1 完善相关法规政策
有关部门需要进一步完善相关法规政策。与太阳能技术专家、建筑单位共同研究制定太阳能技术使用标准与建筑节能标准。统一调控管理太阳能市场，控制建筑物能耗。
3.2 提出优惠政策
为推广太阳能建筑节能一体化发展，政府应该制定相关优惠政策，比如建筑物采用太阳能技术可以获得物质奖励，或减免税政策。提高建筑公司设计节能建筑的积极性。
3.3 进一步发展太阳能技术
加大科研力度，进一步研究发展太阳能技术。研究出成本更低，更适用于生活的节能技术。
4 结论
太阳能技术与建筑节能相结合，可以为社会带来显著的环境效益、社会效益，是可持续发展新模式。太阳能技术为建筑节能技术发展带来广阔空间。
参考文献
[1]刘贞先，伊晓路，傅军.太阳能综合利用技术探讨[J].应用技术能源，2006，11.
[2]俞光明.浅论太阳能应用与建筑节能[J].能源与环境，2009，5.
关键词：教学改革；太阳能发电；MPPT；MATLAB仿真
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0013-02
对能源危机和环境的日益关注，使用可再生能源发电得到理论研究人员和工程技术人员的广泛关注和深入探讨。在可再生能源系统中一个重要的议题是太阳能能源系统。而太阳能发电系统与电力电子课程有着紧密的关联，因此在“电力电子技术”教学创新过程中可以把太阳能发电系统放置在电力电子学的应用介绍中，这使课堂理论教学与社会发展和社会热点更加契合，也能使电力电子学更有吸引力。
普通的教学方法通常采用纯理论方式，其缺点是：在大学生电力电子的课程中，学生对于实验中突然出现的现象和对系统元件的探索缺少关注，很难达到良好的教学效果和知识传授。而太阳能控制系统的课程设计具有较强的实践性，实验环节尤为重要，由于受到实验设备、实验人员和实验条件等的限制，传统的实验教学很难开展，但是软件仿真虚拟实验则没有这方面的限制。因此，本文提出了基于MATLAB/ SIMULINK仿真软件对太阳能发电系统进行仿真研究，包括MPPT算法和变流器的拓扑设计，帮助学生加深对电力电子基础理论和应用系统设计知识的理解，填补基础理论教学与实际应用之间的断带，掌握利用仿真技术进行辅助分析与设计的技能。
一、太阳能发电系统
电力电子电路主要包括四大类：整流电路（AC-DC变换）、斩波电路（DC-DC变换）、逆变电路（DC-AC变换）、交流电力控制及交交变频电路（AC-AC变换）。与太阳能发电系统密切相关的为斩波电路和逆变电路。本文介绍的太阳能发电系统运行在离网模式，主要变流器为DC-DC变换，所以本文着重介绍斩波电路。在教学设计上，学生初次接触电力电子应用实例，实际的感观并不多，对太阳能发电系统各个模块理解有些困难，因此本文提出了一种精简的太阳能发电系统，从而达到电力电子技术教学的目的。太阳能发电系统的拓扑如图1所示。[1]它由光伏电池板、升压斩波电路、MPPT控制器和负载组成，下面详细介绍各部分的作用。
太阳能电池是太阳能发电的能量转换器件。其原理是光生伏打效应，当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光电子-空穴对。在电池内电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。[2]
太阳能电池后级一般采用Boost电路进行DC/DC变换。[3]由于在太阳能发电系统中，太阳能电池的输出功率受多种因素影响，如太阳光照强度、环境温度。在不同的环境下，太阳能电池的输出曲线是不同的，相应的最大功率点也不同。日照越强，太阳能电池能够输出的功率越大；本身温度越高，其输出功率越小。在特定的日照强度和温度条件下，太阳能电池具有唯一的最大功率输出点（MPP），也只有工作在最大功率点才输出最大功率。
根据太阳能电池特性，有以下几种最大功率点跟踪方法：CVT法；基于扰动的自寻优控制算法，主要有扰动观察法、电导增量法等；基于优化模型的控制算法，主要有短路电流检测法、开路电压检测法、电流扫描法等；基于人工智能的处理算法，主要有模糊控制、人工神经网络等；负载电流/电压最大法。扰动观察法是目前研究最广也是应用较为普遍的控制算法之一。其原理是每隔一段时间对太阳能阵列的工作点实施扰动，然后测量其功率变化，与扰动之前的功率值相比较，若功率值增加，则表示扰动方法正确，可朝同一方向扰动；若扰动后的功率值小于扰动前，则往相反的方向扰动。由于扰动观察法结构简单，跟踪算法简单，容易实现，容易被接受和理解，所以采用扰动法进行最大功率点跟踪。
二、仿真实例
为了构建与实际相符合的教学场景，引入仿真软件MATLAB/
SIMULINK，利用 MATLAB/ SIMLINK软件构建电力电子电路进行仿真演示，电力电子变换与控制领域的典型开关电路均可建立仿真模型，通过对模型的仿真，可直观展示各种参数变化对电路波形的影响以及数值计算，可以为教学现场营造一种真实的电力电子电路工作场景，能够有效地弥补传统教学方式的不便和不足，学生能够全面准确理解教学内容。同时，在电路仿真时，可以模拟各种电力电子器件故障，如开路、短路等，能够清晰地展示各种电力电子电路的工作过程，使学生能够直观、全面地掌握课程学习内容，同时将学习活动情境化、趣味化，大大加深了学生对所学知识的理解，使学生能够将隐性的理论知识转化为显性的技能。[4]因此，将MATLAB仿真软件引入太阳能发电系统课程设计的教学，可以充分利用MATLAB的强大运算与图形化功能，提高课程教学质量与教学效果。
1.太阳能电池内部特性MATLAB仿真
太阳能电池的I-V特性随光照和电池表面温度的变化而变化。单个太阳能电池的输出伏安特性表达式为：
（1）
式中：I――太阳能电池输出电流；U――太阳能电池输出电压；Iph――光生电流；I0――二极管反相饱和电流；K――玻尔兹曼常数（K=1.38×10-23J/K）；q――电子的电荷量（q=1.6× 1019C）；n――二极管特性因子；RS――太阳能电池的串联电阻；Rsh――太阳能电池的并联电阻。
根据太阳能电池内部特性，结合式（1）在MATLAB/ SIMULINK仿真实验平台中建立太阳能电池内部特性仿真模型，如图2所示，对太阳能电池的输出特性进行实验研究。本案例初步设置光照强度Sref为400W/m2，温度Tref为25℃，电池开路电压UOC为66V，峰值电压Um为54.2V，短路电流ISC为25.44A，峰值电流Im为23.25A。
2.占空比扰动法的MATLAB仿真研究
干扰观测法算法简单且易于硬件实现，所以被广泛地应用。经典干扰控制法步长不易确定，如果步长大可以较快跟踪到最大功率，但在最大功率附近振动较大。如果步长较小，虽然在最大功率点附近振荡较小，但跟踪的速度又太慢。在本案例中，采用PWM信号占空比D作为控制变量，相对于干扰观测法，占空比扰动法由于直接把占空比作为控制变量，只需要控制一个参数，从而使控制器简单化。[5]图3为MPPT模块的MATLAB仿真模型。
3.太阳能发电系统MATLAB仿真模型
在建立太阳能电池内部特性模型及MPPT模块模型后，在SIMULINK中建立太阳能发电系统整体仿真模型，该模型采用光照强度S和温度T作为输入，以流过负载的电流I和负载两端的电压U作为输出来进行仿真。将电路元器件模块按太阳能发电系统结构图连接起来组成仿真电路，如图4所示，主要由太阳能电池板模型、升压斩波电路、MPPT模块、负载（500Ω电阻）组成。
4.仿真结果分析
太阳能电池板输出电压（左）、电流（右）波形如图5所示，图6左右分别为负载电压和电流波形。由仿真结果可以看出，给定参数的太阳能电池在光照强度Sref为400W/m2，温度Tref为25℃条件下，输出电压为78V，输出电流为9.7A，负载电压为550V，电流约为1.1A。由图5、图6可见，电池输出电压、电流在1s前已达稳定，说明Boost电路实现太阳能发电系统最大功率点跟踪是可行的。此仿真模型和仿真结果有利于本科生学习太阳能发电控制系统和理解相关电力电子技术。
三、结论
以太阳能光伏发电系统为案例，基于MATLAB仿真平台设计的“电力电子技术”教学模式，不仅在教学方式上进行整改，并且在教学内容上也进行了改革创新，形成理论与实践并进，理论与仿真相结合的教学新思路和新模式。一方面改善了教育质量，提高了学生对课堂学习的兴趣，另一方面向学生介绍了新能源，增强“电力电子技术”吸引力的同时使学生拥有更多的实践经验，帮助学生加深对电力电子基础理论和应用系统设计知识的理解，掌握利用仿真技术进行辅助分析与设计的技能。
参考文献：
[1]P.Bauer，W.Kolar.Teaching Power Electronics in the 21st Century[J].EPE Journal，2003，13（4）：43-50.
[2]汪义旺.MATLAB仿真在光伏发电技术实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2011，28（7）：177-179.
[3]李京，胡仁杰.光伏电池在Boost电路中的最大功率跟踪[J].电气技术，2013，（4）：21-24.
