虛擬仿真技術在光伏類專業課程教學中的應用

謝 軍，史志明，鐘 俊

(1.安徽職業技術學院 機電工程學院，安徽 合肥 230011；2.陜西致信恒源能源科技有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

近年來，在國際能源結構向可再生能源轉移以及能源消耗和環境保護問題愈發受人關注的背景下，我國陸續推出了《能源發展戰略行動計劃(2014—2020年)》等產業政策，推動了光伏發電產業的快速發展。我國電池片生產起步較早，屬于我國傳統優勢制造業。截至2019年上半年，我國光伏產業整體保持健康發展：一是制造規模穩步提升；二是技術水平不斷提升，結合MBB、半片、疊瓦等新技術后，組件量產最高功率已突破400 MW。

隨著光伏企業例如晶澳太陽能、通威、隆基綠能等生產廠家對光伏專業高素質技能型人才的需求日益增長，與之對應，雖然近些年不少高職院校新增了光伏發電類相關專業，但太陽能電池片及組件生產工藝實訓項目的開設對實訓條件的要求較高，電池片生產設備和電池組件的檢測設備成本較高，而且生產工藝更新升級較快，人才職業能力的培養并不樂觀。

近年來，黨中央、國務院高度重視教育信息化工作，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》關于“建立數字圖書館和虛擬實驗室”的精神，《關于開展國家級虛擬仿真實訓教學中心建設工作的通知》(教高司函〔2013〕94號)指出“虛擬仿真實訓教學是高等教育信息化建設和實訓教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物。”隨著5G網絡上線覆蓋后，未來虛擬仿真將大規模應用于移動設備學習網絡課程，同時虛擬仿真將與IOT物聯網相結合，數字孿生的應用將越來越多。

為解決以上光伏電池實訓教學問題，在實際教學中，引入一套光伏新能源虛擬仿真中心教學平臺，主要用于虛擬實訓教學，向學生展現一個虛擬的光伏電池片、電池組件生產、檢測等環節，并讓其在過程中學習和活動，以實現對其專業知識的傳授和職業能力的培養。

1 虛擬仿真平臺的建設內容及實施

虛擬仿真實訓平臺建模采用Unity3D和3dx Max進行開發。3dx Max 現已成為世界上應用最廣的三維建模、動畫、渲染工具之一，完全滿足制作高質量動畫、最新設計效果的需要。Unity3D是一個用于制作三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫的專業開發工具。其開發的軟件可以發布到Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL(需要HTML5)、Windows phone 8和Android平臺，也可以利用Unity Web player插件發布網頁軟件，支持Mac和Windows的網頁瀏覽[1-2]。

平臺軟件以功能模塊化進行搭建，學員可以在虛擬場景中通過交互設備進行相應的學習和訓練，這樣可以滿足多人的教學需求。也可將軟件切換為練習和考試模式，滿足教學的所有需求。平臺建設目標和技術架構如圖1—2所示。

圖1 虛擬仿真平臺建設目標

2 結語

本虛擬仿真實訓平臺采用通過校企合作等手段，綜合運用虛擬現實技術開發，通過模擬一個涵蓋全產業鏈、工廠化對象背景、情景化真實操作、廣泛性教學的虛擬仿真實訓中心，有效實現教學現場與生產現場、教學內容與工作內容、考核與考證的對接，實現學校教育與社會需求的緊密結合，形成學校與企業及行業之間共建、共享、共營的局面，達到融專業教育與實踐實務為一體、融積累知識與提升能力為一體、融學習與樂趣為一體的目的。

圖2 虛擬仿真平臺技術架構

該平臺為光伏發電類相關專業類課程的理論教學和實踐訓練提供了不同層次需求的豐富的教學資源。增強了學生對光伏發電過程的整體認識。虛擬仿真技術具有的安全性、可重復性和開放性，不僅有效解決了實驗教學條件不足的問題，也有利于培養具有創新精神和實踐能力的高素質高技能復合型的人才[3-4]。