多镜面聚光型太阳能光伏系统的设计与研究

【摘要】：能源是人类社会赖以生存的根本保障，是社会经济发展的重要物质基础。人们广泛关注利用以太阳能为主体的可再生能源方面。而在太阳能的众多利用领域中，太阳能发电无疑是能源利用的一个重要研究方向，如何提高太阳能电池板的发电效率是光伏系统研究中的重要课题之一。为降低系统投资成本、提升发电效率，本文研究设计了一种多平面镜反射型聚光光伏系统。 本文主要工作内容如下： 1、在分析了光伏电池的输出特性、光照强度和温度两个重要参数的影响基础上，采用聚光器增强太阳辐射度，以提高光伏电池的发电效率。 2、分析对比了几种光伏发电系统聚光方法，设计了一种基于多平面镜反射的反射型聚光方式，给出了此种聚光方式中多个平面镜的布局和多平面镜的协调控制方法。 3、为达到理想的聚光效果，采用时钟跟踪法，对太阳位置进行准确定位，给出多个平面镜跟踪太阳移动的运动方程，通过采用方位角和俯仰角两轴跟踪控制，使聚光器准确跟踪太阳位置，达到最佳聚光效果。 4、设计了一套多平面镜聚光光伏系统，给出了系统组成结构，以及硬件原理图和软件设计框图，并以该系统进行了实验验证。 【关键词】：光伏电池 多镜面聚光 双轴跟踪 最大日照度
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 太阳能光伏发电的背景及意义13-14
• 1.2 太阳能光伏发电的研究现状及发展趋势14-17
• 1.2.1 国外光伏发电技术的现状与前景14-16
• 1.2.2 我国光伏发电技术的现状与前景16-17
• 1.3 太阳能聚光光伏系统的研究概况17-21
• 1.3.1 聚光光伏系统的研究意义18-19
• 1.3.2 聚光光伏系统的研究现状19-20
• 1.3.3 聚光器的分类20-21
• 1.4 本课题研究的目的及主要内容21-23
• 第二章 光伏电池的特性研究23-30
• 2.1 光伏电池的工作原理23
• 2.2 光伏电池的分类23-24
• 2.3 光伏电池的数学模型24-26
• 2.3.1 光伏电池的理论模型24-25
• 2.3.2 光伏电池的简化模型25
• 2.3.3 光伏电池组件与阵列25-26
• 2.4 光伏电池特性分析26-29
• 2.4.1 光伏电池的I-V和P-V特性曲线26-27
• 2.4.2 温度对光伏电池输出特性的影响27-28
• 2.4.3 光照强度对光伏电池转换效率的影响28
• 2.4.4 光伏阵列接收最佳光强的分析28-29
• 2.5 本系统所选用的光伏电池29-30
• 第三章 太阳方位的确定与跟踪方法分析30-37
• 3.1 常用太阳方位跟踪方法分析30-32
• 3.1.1 光电跟踪法30
• 3.1.2 全景图像定位跟踪法30-31
• 3.1.3 视日运动轨迹跟踪法31
• 3.1.4 时钟跟踪法31-32
• 3.2 本系统采用的太阳方位跟踪方法32-37
• 3.2.1 太阳赤纬角33-35
• 3.2.2 太阳时角35-36
• 3.2.3 太阳高度角与方位角36-37
• 第四章 多平面镜聚光方法分析与研究37-46
• 4.1 聚光器的选择分析37-38
• 4.2 多平面镜反射型太阳能聚光器的设计38-42
• 4.2.1 几何光学原理38-40
• 4.2.2 跟踪控制方案40
• 4.2.3 聚光器光强比分析40-41
• 4.2.4 电池板面积与平面镜面积关系41-42
• 4.3 多平面镜聚光系统的运动方程42-44
• 4.4 多平面镜聚光系统的协调控制算法44-46
• 第五章 系统设计与实验仿真46-56
• 5.1 多平面镜聚光型光伏系统的总体设计46
• 5.2 多平面镜聚光型光伏系统的硬件设计46-50
• 5.2.1 聚光系统硬件设计47-48
• 5.2.2 伺服传动系统硬件设计48-49
• 5.2.3 测量系统硬件设计49-50
• 5.3 多平面镜聚光型光伏系统的软件设计50-54
• 5.3.1 主体程序设计50-51
• 5.3.2 测量模块51-52
• 5.3.3 传动模块52
• 5.3.4 校正模块52-53
• 5.3.5 人机交互界面53-54
• 5.4 实验仿真54-56
• 第六章 总结与展望56-57
• 6.1 工作总结56
• 6.2 工作展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62

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