蝶式光伏发电聚光器研制

【摘要】： 随着世界范围内化石燃料储量逐渐枯竭,环境污染问题日趋受到重视,以及常规电网的局限性,人们对自然界广泛存在、取之不尽、用之不竭的可再生能源展开了广泛深入的研究。以太阳能为代表的可再生能源的开发利用是保护人类生态环境,减少大气污染的有效措施,也是世界新能源开发利用的一个大趋势。 太阳能被公认为是最具发展前途的一种可再生能源。它是传统化石能源最为重要的替代能源之一,是人类过去、今天和将来的生命之源、希望之源。人类将更加自觉、主动和高效地利用它。太阳能的直接利用主要有三种方式:光电转换,光化学转换和光热转换。光电转换,即光伏技术是其中非常有发展前途的一种技术。由于光伏电池的成本较高,如何提高其转换效率和利用率,以缩短成本的回收周期,获得高性价比一直是太阳能光伏技术应用研究的一个重要课题。 本文论述了一种自动跟踪太阳的蝶式光伏发电聚光器。设计一种全反射聚光器,该聚光器采用多块平面反射镜并通过巧妙的结构设计,使得太阳光经平面镜反射后均匀地照射到对应一侧的太阳能电池板阵列上,实现数倍聚光功能,从而提高单位面积太阳能电池的发电效率。该聚光器的外形象阳光下翩翩起舞的蝴蝶,聚光倍数可达到2～12倍,平面镜的利用率高达85%以上,特别适合于各种规模光伏发电系统。 本文第一章介绍全球能源危机、环境污染、生态恶化已威胁到社会发展和人类生存,开发新能源解决人类现在和未来对能源需求迫在眉睫,世界各国纷纷开展可再生能源研究;分析太阳能光伏发电的优点和不足之处,提出本文所要研究的问题。 本文第二章介绍太阳能电池的工作原理和特性,分析太阳能电池组件的结构;根据太阳能电池板的V-I、V-P特性,即在一定的光照强度下,电池板的发电量近似与垂直入射光照强度成正比,提出通过跟踪、聚光提高光伏发电的性价比。 本文第三章通过对蝶式聚光器的光学分析,建立数学模型,对聚光参数进行优化设计,在保证聚光器的机械强度时,得到了最佳聚光比;通过对太阳运行规律的研究,设计聚光器一维跟踪和二维跟踪方案,达到高精度自动跟踪太阳运转;通过风力计算,设计聚光器的防风方案,提高聚光器的稳定性;聚光引起电池板温度升高,电池板温度太高会降低电池板的光电转换效率和寿命,根据不同的聚光倍数,研制各种散热方案,并对水冷方案进行理论研究。 本文第四章介绍本人在聚光光伏发电研究时,与张耀明院士太阳能工作组成员共同研制的各种聚光器。 本文第五章介绍自动跟踪太阳的特点,并着重介绍一种驱动力矩大,跟踪精度高,可带动聚光架翻转180°的二级丝杆。 本文第六章介绍课题进行中取得的技术突破,以及有待进一步深入研究的问题;展望未来,本项目推广应用后,对缓解我国目前存在的能源短缺、环境污染以及越来越严峻的能源安全问题,将发挥积极作用,产生良好社会效应和经济效益。 【关键词】：太阳能 聚光光伏发电 聚光比
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 引言13-22
• 1.1 课题背景13-14
• 1.1.1 全球化石燃料储量面临枯竭危机13
• 1.1.2 环境污染、生态恶化已威胁到社会发展和人类生存13
• 1.1.3 开发新能源解决人类现在和未来对能源需求迫在眉睫13-14
• 1.2 国内外太阳能开发利用现状14-17
• 1.2.1 国外现状14-16
• 1.2.2 国内研发情况16-17
• 1.3 问题提出17-20
• 1.3.1 太阳能光伏发电优点17-18
• 1.3.2 太阳能光伏发电不足18
• 1.3.3 有待研究的问题及发展趋势18-20
• 1.4 课题研究内容20-22
• 第二章 聚光光伏发电系统讨论和分析22-31
• 2.1 光伏电池特性22-26
• 2.1.1 太阳电池工作原理22-24
• 2.1.2 太阳电池组件24
• 2.1.3 太阳能电池V-I、V-P 特性24-26
• 2.2 提高光伏发电日照度26-28
• 2.3 聚光光伏发电系统28-31
• 第三章 光伏发电系统的蝶式聚光器31-51
• 3.1 几种聚光方式讨论31
• 3.2 蝶式聚光器31-42
• 3.2.1 蝶式聚光器的光学原理32-34
• 3.2.2 蝶式聚光器的参数优化设计34-36
• 3.2.3 蝶式聚光器的跟踪系统36-41
• 3.2.4 蝶式聚光器的防风方案研究设计41-42
• 3.3 蝶式聚光器电池板的散热方法研究42-51
• 3.3.1 电池板背面散热器设计43-44
• 3.3.2 水冷却器研究设计44-51
• 第四章 蝶式聚光器结构优化过程51-58
• 4.1 V 型聚光器特点51-52
• 4.2 二维小型蝶式聚光器特点52-53
• 4.3 一维大型聚光器特点53-54
• 4.4 二维“十字”底梁聚光器54-55
• 4.5 小轨道三轮支撑聚光器55
• 4.6 大轨道二维跟踪聚光器55-58
• 第五章 聚光器跟踪机构58-69
• 5.1 太阳跟踪特点58
• 5.2 谐波减速器58-63
• 5.3 二级丝杆传动机构63-69
• 第六章 成果及展望69-75
• 6.1 课题预期达到水平69
• 6.2 技术创新点69-70
• 6.3 有待深入研究课题70-73
• 6.3.1 风光发电互补工程研究70-71
• 6.3.2 提高光电转换效率研究71-72
• 6.3.3 蝶式聚光光伏发电系统防护问题研究72-73
• 6.4 成果推广应用展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 发表文章目录80-81
• 申请专利81

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