本文關(guān)鍵詞：高效聚光太陽(yáng)能電池及光伏系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 多結(jié)太陽(yáng)能電池 聚光光伏系統(tǒng) 光學(xué)處理單元 自動(dòng)跟蹤控制 太陽(yáng)能綜合利用

【摘要】：相比于傳統(tǒng)光伏發(fā)電技術(shù),聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為第三代光伏技術(shù)具有無(wú)法比擬的高效率、低成本、低生產(chǎn)耗能等諸多優(yōu)勢(shì),并有望成為未來(lái)全球具有主導(dǎo)地位的光伏發(fā)電技術(shù)。雖然目前用于聚光光伏發(fā)電的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率已突破44.7%,但就聚光光伏系統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)換效率而言仍有較大提升空間,因此,本文主要針對(duì)提高聚光光伏系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究。基于系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將半導(dǎo)體材料、非成像光學(xué)原理、自動(dòng)控制原理以及熱動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)理論與高效聚光光伏系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行有機(jī)融合,有效地解決聚光太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,為其應(yīng)用發(fā)展提供新的思路。本論文的主要研究?jī)?nèi)容包含以下幾個(gè)方面:運(yùn)用半導(dǎo)體光電子學(xué)理論,并結(jié)合實(shí)際光伏器件材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立Ga In P/Ga In As/Ge三結(jié)太陽(yáng)能電池雙二極管等效電路模型及聚光模組等效模型。利用MATLAB軟件對(duì)三結(jié)太陽(yáng)能電池及其子電池在給定條件下實(shí)測(cè)得到的I-V數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,結(jié)合兩大溫度系數(shù)的隱性限制條件迭代計(jì)算得到11個(gè)待定參數(shù);同時(shí)提出一種有效提取各子電池等效并聯(lián)電阻的新型擬合迭代方案,并分析相關(guān)特性參數(shù)的量化形式對(duì)聚光模組輸出性能的影響。在對(duì)傳統(tǒng)一次、二次光學(xué)單元分析基礎(chǔ)上,運(yùn)用非成像光學(xué)原理,提出一種基于折射與反射組建的一次光學(xué)單元再與二次光學(xué)單元相結(jié)合的聚光光學(xué)系統(tǒng)。利用光學(xué)仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的聚光光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究,進(jìn)而優(yōu)化光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在滿足一次光學(xué)單元高輻射能量傳輸?shù)耐瑫r(shí),通過(guò)二次光學(xué)單元實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池受光面光斑能量的均勻分布,使太陽(yáng)能電池處于高光電轉(zhuǎn)換效率的最佳條件。基于二維極軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn),自行設(shè)計(jì)高精度跟蹤傳感器與自動(dòng)控制系統(tǒng),并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)跟蹤太陽(yáng)的可靠性與穩(wěn)定性;提出一種基于容差和定時(shí)相結(jié)合的跟蹤控制方案,在確保系統(tǒng)跟蹤精度的條件下,使在較大容差(±0.35°)范圍內(nèi)仍能獲得整個(gè)光伏系統(tǒng)最大輸出功率的90%,實(shí)現(xiàn)降低跟蹤控制系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本�？紤]聚光條件下光伏器件溫度特性,對(duì)聚光太陽(yáng)能電池中的熱傳導(dǎo)及分布特性進(jìn)行理論分析,結(jié)合聚光模組熱分布模型對(duì)其采取被動(dòng)或主動(dòng)散熱方式,模擬研究光伏器件的熱效應(yīng);針對(duì)高倍聚光光伏系統(tǒng),設(shè)計(jì)一種強(qiáng)制水冷循環(huán)新型散熱方案,在滿足對(duì)光伏器件散熱以維持其較高輸出特性的同時(shí),達(dá)到對(duì)太陽(yáng)熱能二次利用、實(shí)現(xiàn)提高太陽(yáng)能綜合利用效率的目的。通過(guò)對(duì)上述四個(gè)方面的研究與設(shè)計(jì),在微觀方面改進(jìn)制作工藝,通過(guò)增大等效并聯(lián)電阻值以實(shí)現(xiàn)提高聚光太陽(yáng)能電池輸出特性;在結(jié)構(gòu)上采用兩次光學(xué)處理的聚光光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光斑強(qiáng)度均勻分布和采用二維極軸機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足光伏系統(tǒng)跟蹤精度;在控制方面結(jié)合容差與定時(shí)的優(yōu)化跟蹤方案在滿足跟蹤精度的同時(shí),實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。綜合各部分優(yōu)勢(shì),試圖最大程度地提高整個(gè)光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率及可靠性,以實(shí)現(xiàn)聚光太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)整體光電轉(zhuǎn)換率大于30%,同時(shí),對(duì)比同等功率輸出的平板晶硅太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)減小30%的占地面積。
【關(guān)鍵詞】：多結(jié)太陽(yáng)能電池 聚光光伏系統(tǒng) 光學(xué)處理單元 自動(dòng)跟蹤控制 太陽(yáng)能綜合利用
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 太陽(yáng)能電池發(fā)展概況11-13
• 1.2 聚光光伏系統(tǒng)概述13-17
• 1.2.1 聚光光伏技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 聚光光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)15-16
• 1.2.3 聚光光伏系統(tǒng)的構(gòu)成16-17
• 1.3 本課題主要工作17-19
• 第2章 多結(jié)聚光太陽(yáng)能電池相關(guān)理論研究19-37
• 2.1 太陽(yáng)能電池主要特性參數(shù)19-22
• 2.2 三結(jié)聚光太陽(yáng)能電池理論模型22-29
• 2.2.1 雙二極管等效電路模型推導(dǎo)22-25
• 2.2.2 雙二極管等效電路模型待定參數(shù)的提取25-29
• 2.3 雙二極管等效電路模型主要參數(shù)影響分析29-33
• 2.3.1 相關(guān)參數(shù)對(duì)開(kāi)路電壓溫度系數(shù)的影響29-30
• 2.3.2 滿足短路電流溫度系數(shù)的條件及其影響30-31
• 2.3.3 相關(guān)參數(shù)對(duì)I-V曲線最大功率點(diǎn)的影響31-33
• 2.4 雙二極管模型等效并聯(lián)電阻的提取33-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 聚光光學(xué)處理技術(shù)研究37-48
• 3.1 非成像光學(xué)理論37-38
• 3.2 聚光光學(xué)處理單元關(guān)鍵指標(biāo)介紹38-43
• 3.2.1 聚光比38-39
• 3.2.2 聚光入射角39-40
• 3.2.3 聚光光斑能量均勻性40-43
• 3.3 聚光光學(xué)處理單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真43-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 聚光光伏自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)研究48-64
• 4.1 聚光光伏自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)48-55
• 4.1.1 二維極軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48-51
• 4.1.2 高精度跟蹤傳感器的設(shè)計(jì)51-52
• 4.1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)52-55
• 4.2 聚光光伏自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)軟件策略及性能分析55-63
• 4.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)跟蹤實(shí)施方案55-56
• 4.2.2 基于容差和定時(shí)相結(jié)合的跟蹤方式56-59
• 4.2.3 聚光光伏系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤誤差分析59-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 第5章 聚光光伏模組熱問(wèn)題分析與有效控制64-74
• 5.1 聚光光伏模組溫度相關(guān)性64-68
• 5.2 聚光光伏模組熱問(wèn)題解決方案68-73
• 5.2.1 聚光太陽(yáng)能電池散熱方案68-69
• 5.2.2 聚光光伏模組強(qiáng)制水冷循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)69-71
• 5.2.3 聚光光伏模組動(dòng)態(tài)溫度控制策略71-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 第6章 總結(jié)與展望74-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 致謝83-85
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間取得成果85-87
• 附錄2 論文中控制程序87-89

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 盛飛;呂輝;官成鋼;;應(yīng)用于聚光光伏系統(tǒng)的高精度跟蹤器的研究[J];太陽(yáng)能;2014年12期

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本文編號(hào)：622611