太陽能理論課程體系的探討與研究

青春耀 陶紅歌 趙淑蘅 張志萍 劉圣勇

（1.河南農業(yè)大學，河南 鄭州450002；2.河南省生物質能源與納米材料國際聯(lián)合實驗室，河南 鄭州450002）

0 引言

太陽能課程涉及面廣、知識點多、學科交叉多。形象意義上說“萬物生長靠太陽”，而深入挖掘則發(fā)現(xiàn)太陽能課程也與此類似，幾乎涉及各學科的知識點，知識體系要求很豐富。然而對太陽能課程體系的剖析卻鮮有學者去深入研究，這對太陽能課程的教學及相關人才的培養(yǎng)產生了不利的影響。

1 太陽能課程教材

縱觀太陽能教材的發(fā)展，無論是20世紀80年代的老教材，還是進入21世紀20年代的新教材，有兩點是統(tǒng)一的，一是教材基本都是與時俱進的；二是教材的知識點概括和包容能力是不同的。對第一點毋庸置疑，而在第二點上各教材側重點也不一而足，有側重光熱的，有側重光電的，有泛泛而談蜻蜓點水的，有深入淺出注重理論的[1-3]。因此，目前想通過一本教材了解掌握太陽能所有的知識是不可能也是不現(xiàn)實的，上述理論結論也側面印證了包括高校教師與學生在內的讀者在選擇教材時將不可避免地進入一個選擇綜合癥的狀態(tài)。

特別是高校教師，因其相對學生掌握太陽能相關知識量較多，相對太陽能產業(yè)工程師及產業(yè)工人掌握理論知識點豐富，但相對產業(yè)工程師實踐經驗又偏少，與此同時，還要照顧到學生的接受能力、創(chuàng)新要求、畢業(yè)就業(yè)產業(yè)導向要求，甚至滿足學校發(fā)展長遠規(guī)劃、教務管理部門實時指導等要求，可謂集“萬千‘寵愛’于一身”，但最終落實上述各種要求靠指定一兩本教材并“按圖索驥”教學是無法實現(xiàn)的。因此，分析太陽能課程的理論課程體系并指導后續(xù)教材選取與教師發(fā)揮主動性糅合各種要求，因地制宜的教學才是可行之法。

2 太陽能理論課程內容

太陽能理論課程內容根據學時的多少可分配不同的教學方案長學時版與短學時版，根據教學側重點的不同，可分為只教授太陽能光熱版與只教授太陽能光伏版。按照目前高校太陽能課程授課內容分布，大致的太陽能課程主要章節(jié)有：太陽能基礎知識、太陽能集熱器、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能制冷、太陽能海水淡化、太陽能儲能、太陽能聚焦式熱力發(fā)電、太陽能光伏等。根據專業(yè)特點及專業(yè)的目標導向不同，教師可以有選擇地、有側重地進行相關內容的講解。例如，對熱能動力專業(yè)可以選擇主要講解太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能聚焦式熱發(fā)電等內容；而針對新能源專業(yè)可以主要講解太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能光伏等內容。再根據教學大綱學時的寬裕程度不同可以對上述內容再進行取舍。

3 太陽能理論課程體系

太陽能理論課程體系是對太陽能教學的概括與綜合，是對太陽能理論教學內容的脈絡梳理。

太陽能基礎知識包含天文學、數學、光學基礎知識，其中一小部分是中學內容的復現(xiàn)，更多的則是對后續(xù)太陽能光熱光伏內容計算的鋪墊。例如，此部分中關于入射角計算的內容需要讀者理解并掌握天文學中的天體坐標系、數學中的二面角，球面三角形正余弦定理等內容[4-6]。見圖1。

圖1 入射角推導所用天球坐標系（地平與赤緯坐標系）及二面角

太陽能集熱器，太陽能熱水系統(tǒng)知識點包含上述太陽能基礎知識，工程熱力學、傳熱學、高等數學、流體力學、光學、材料機械力學等內容，例如，對平板集熱器的理解與計算中需要分析如圖2中平板的結構和能流，構建如圖3的模型，通過工程熱力學、傳熱學分析熱平衡列出方程，對模型方程利用高等數學內容求解模型的偏微分方程得出相關理論公式用以指導分析實物優(yōu)化、得出平板集熱器效率等重要結果。

圖2 平板集熱器結構

圖3 平板集熱器模型

太陽能制冷涉及制冷相關知識（體系），特別是吸收及吸附式制冷等內容；太陽能海水淡化、太陽能儲能涉及海水淡化相關技術、能量儲存及梯級利用等知識內容；太陽能聚焦式熱力發(fā)電涉及光學、工程熱力學、傳熱學、熱力發(fā)電、儲熱等內容；太陽能光伏涉及化學化工、材料、電學、自動控制等內容。其他太陽能知識如太陽灶、太陽房、太陽池等不再一一分析。

可以看出，太陽能課程內容覆蓋面廣，有些內容自成體系又相互聯(lián)系嵌套，面寬點繁。因此，需要對課程進行認真規(guī)劃，對本科學生四年的學習內容進行合理安排，既要兼顧內容又要考慮學時，更重要的還需要對體系中相關內容進行教學大綱學習先后的設計。

4 結語

本文對太陽能理論課程體系進行剖析，指出了太陽能理論課程體系中各內容的分類及聯(lián)系，分析了太陽能知識點的結構與關涉，梳理出體系設計對本科太陽能教學的影響。為透徹理解太陽能理論課程體系，進一步提高太陽能教學水平提供一定幫助。