槽式太阳能集热器系统实训课程开发

林鑫洁 王和 葛跃田 陈宇奇

摘 要：根据新能源光热发电行业和职业技能人才需求的现状，基于单跨槽式聚光太阳能集热器设计了适应高职教育的实训系统，并探索了高职院校新能源相关专业实训课程的开发。

关键词：太阳能；槽式集热器；实训课程开发

太阳能不仅是可利用的最丰富的能源，而且也是一种清洁能源。新疆、甘肃、内蒙和青藏高原等地太阳能资源丰富，日照时间长，尤其是夏季太阳能的辐射量可利用率很高，开发潜力巨大[ 1 ]。我国太阳能光热发电技术比光伏发电技术起步晚。现阶段主要依托技术引进，相应的产品设备产能较低，产业链结构不完善，而专门培养从事太阳能光热发电技术的专业院校更加稀缺。太阳能发电产业的发展，不仅需要加快相关人才的培养，更要注重提升相关实训设备和场地建设，探索多元化的教学方式，才能加快构建节能型国家和节约型社会。

一、槽式太阳能集热器系统结构

系统设计思路是综合考虑本地区气象信息，环境数据来分析太阳能集热器，获得某一时间段太阳能辐射量等数据和循环水系统的温升等数据，从而计算该系统的热效率。槽式太阳能集热器系统主要由PC-4型太阳能气象站模块、集热器模块、触摸屏显示处理器模块以及循环水控制模块等几大部分组成，如图一所示。

太阳能气象站由四部分组成：第一部分用来采集太阳辐射能数据，包括了太阳能总辐射表、日照辐射表和散射辐射装置；第二部分由采集风速、风向、环境温度、压力、湿度等环境数据的传感器及仪表组成；第三部分为太阳能电池供电子系统，可为主机箱提供稳定电源。第四部分是主机部分，其功能是把上述三部分所采集到的数据进行转换、处理、保存和显示。太阳能气象站也用于该系统前期太阳能物理数据采集分析实训的用途。图二为太阳能集热器系统控制原理框图。

出于安全考虑，集热器的载热介质采用水。循环水子系统由保温水箱、水泵、液位高度传感器、进水压力传感器和温度传感器、出水压力传感器和温度传感器、流量变送器等组成。其中，触摸屏模块是本系统的核心部分，采用嵌入式操作开发系统。可通过人机界面实现与PLC的通信，完成太阳能气象站数据、循环水子系统数据的实时采集，并发出控制指令，控制循环水子系统的给水泵并控制太阳能集热器抛物槽机架的追日动作[ 2-3 ]。同时，其根据上述采集到的信息可以生成历史曲线及集热器某段时间的热效率等数据，培养学生的分析能力，增加实训的理论依据。

二、实训课程开发

在此系统的基础上，开发太阳能光热发电技术相关专业的实训课程主要有三点考虑：首先要紧密结合槽式光热发电实际应用设备来设计理论和实践课程环节；其次，要以培养学生适应能力为主线来设计课程任务；最后，围绕“在做中学”和“任务驱动”中强化学生能力培养，从而相关职业技能。

太阳能热发电相关技术和装置在国内职业技术教育领域空缺较为严重，本着理论结合实际的原则设计了五部分教学实践环节，分别是：

1）安全教育。通过安全教育及安全考试加强学生的安全意识、提高自我保护能力。

2）常见仪器设备认识学习。掌握太阳能辐射表、风速方向测量仪、温度传感器、压力变送器、变频器、泵等仪器设备的使用。

3）设备安装与调试。学生在已经掌握控制流程图、控制线路图的基础上绘制CAD图，并对控制箱内设备进行选型。动手实践部分包括相关传感器、变送器、阀门的安装与测试以及控制箱配置安装与调试等。

4）数据采集与分析。待系统运行正常后，测试水箱温度变化情况，总结流量与温升、辐射量与温升的关系，绘制相关温升曲线图。

5）实训总结。

课程融合了多门学科的内容，理论结合实际让学生不仅加深了理论知识，而且锻炼了实践能力，真正实现了“学中做，做中学”，体现了转变教学观念与尊重教学规律相统一的原则。

参考文献：

[1] 陈昕，范海涛.太阳能光热发电技术发展现状[J].能源与环境，2012，1：90-93.

[2] 王金平，王军，冯炜等.槽式太阳能跟踪控制系统的研制及应用[J].农业工程学报，2015，31（2）：45-52.

[3] 吴丽琴，徐胜.基于PLC的太阳能集热供水控制装置的设计[J].南通職业大学学报，2010，24（2）：8487.

作者简介：

林鑫洁（1987-），女，汉族，工学硕士，讲师，主要研究方向电气工程及其自动化、新能源应用等。