槽式太陽能集熱器系統實訓課程開發

林鑫潔 王和 葛躍田 陳宇奇

摘 要：根據新能源光熱發電行業和職業技能人才需求的現狀，基于單跨槽式聚光太陽能集熱器設計了適應高職教育的實訓系統，并探索了高職院校新能源相關專業實訓課程的開發。

關鍵詞：太陽能；槽式集熱器；實訓課程開發

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、內蒙和青藏高原等地太陽能資源豐富，日照時間長，尤其是夏季太陽能的輻射量可利用率很高，開發潛力巨大[ 1 ]。我國太陽能光熱發電技術比光伏發電技術起步晚。現階段主要依托技術引進，相應的產品設備產能較低，產業鏈結構不完善，而專門培養從事太陽能光熱發電技術的專業院校更加稀缺。太陽能發電產業的發展，不僅需要加快相關人才的培養，更要注重提升相關實訓設備和場地建設，探索多元化的教學方式，才能加快構建節能型國家和節約型社會。

一、槽式太陽能集熱器系統結構

系統設計思路是綜合考慮本地區氣象信息，環境數據來分析太陽能集熱器，獲得某一時間段太陽能輻射量等數據和循環水系統的溫升等數據，從而計算該系統的熱效率。槽式太陽能集熱器系統主要由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據，包括了太陽能總輻射表、日照輻射表和散射輻射裝置；第二部分由采集風速、風向、環境溫度、壓力、濕度等環境數據的傳感器及儀表組成；第三部分為太陽能電池供電子系統，可為主機箱提供穩定電源。第四部分是主機部分，其功能是把上述三部分所采集到的數據進行轉換、處理、保存和顯示。太陽能氣象站也用于該系統前期太陽能物理數據采集分析實訓的用途。圖二為太陽能集熱器系統控制原理框圖。

出于安全考慮，集熱器的載熱介質采用水。循環水子系統由保溫水箱、水泵、液位高度傳感器、進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的核心部分，采用嵌入式操作開發系統。可通過人機界面實現與PLC的通信，完成太陽能氣象站數據、循環水子系統數據的實時采集，并發出控制指令，控制循環水子系統的給水泵并控制太陽能集熱器拋物槽機架的追日動作[ 2-3 ]。同時，其根據上述采集到的信息可以生成歷史曲線及集熱器某段時間的熱效率等數據，培養學生的分析能力，增加實訓的理論依據。

二、實訓課程開發

在此系統的基礎上，開發太陽能光熱發電技術相關專業的實訓課程主要有三點考慮：首先要緊密結合槽式光熱發電實際應用設備來設計理論和實踐課程環節；其次，要以培養學生適應能力為主線來設計課程任務；最后，圍繞“在做中學”和“任務驅動”中強化學生能力培養，從而相關職業技能。

太陽能熱發電相關技術和裝置在國內職業技術教育領域空缺較為嚴重，本著理論結合實際的原則設計了五部分教學實踐環節，分別是：

1）安全教育。通過安全教育及安全考試加強學生的安全意識、提高自我保護能力。

2）常見儀器設備認識學習。掌握太陽能輻射表、風速方向測量儀、溫度傳感器、壓力變送器、變頻器、泵等儀器設備的使用。

3）設備安裝與調試。學生在已經掌握控制流程圖、控制線路圖的基礎上繪制CAD圖，并對控制箱內設備進行選型。動手實踐部分包括相關傳感器、變送器、閥門的安裝與測試以及控制箱配置安裝與調試等。

4）數據采集與分析。待系統運行正常后，測試水箱溫度變化情況，總結流量與溫升、輻射量與溫升的關系，繪制相關溫升曲線圖。

5）實訓總結。

課程融合了多門學科的內容，理論結合實際讓學生不僅加深了理論知識，而且鍛煉了實踐能力，真正實現了“學中做，做中學”，體現了轉變教學觀念與尊重教學規律相統一的原則。

參考文獻：

[1] 陳昕，范海濤.太陽能光熱發電技術發展現狀[J].能源與環境，2012，1：90-93.

[2] 王金平，王軍，馮煒等.槽式太陽能跟蹤控制系統的研制及應用[J].農業工程學報，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計[J].南通職業大學學報，2010，24（2）：8487.

作者簡介：

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