【摘要】：光伏水泵結(jié)構(gòu)簡單,沒有復雜的控制、能量儲存和轉(zhuǎn)換設備,維護簡單,是解決人口稀薄、缺電、缺水的偏遠地區(qū)用水問題的最佳技術(shù)方案之一。但光伏水泵只有在太陽輻射高于啟動所需要的最低值(I_c)時才能正常運行,而入射到固定光伏組件上的太陽輻射呈現(xiàn)周期性變化,早上和下午太陽輻射低,水泵不能提水,中午太陽輻射遠高于提水所需要的太陽輻射,因此,系統(tǒng)的太陽能利用效率低。為了使太陽輻射高于I_c,通常采用跟蹤技術(shù),但連續(xù)跟蹤技術(shù)易發(fā)生機械和控制故障。本研究構(gòu)建了傾斜南北軸多點跟蹤光伏系統(tǒng)(MP-PV)和V型聚光光伏系統(tǒng)(MP-VPV),旨在使光伏組件全天的光伏輸出穩(wěn)定,從而提高光伏水泵系統(tǒng)的太陽能利用率,降低提水成本。系統(tǒng)的設計理念是:V型聚光光伏組件或普通太陽電池組件安裝在傾斜南北向軸(INSA)跟蹤平臺上,早上面向東面,當太陽光線在跟蹤平面上的投影入射角(PIA)等于設定值θ_a時,將跟蹤平面繞INSA自東向西旋轉(zhuǎn)2θ_a,使太陽輻射的PIA始終在θ_a內(nèi),從而獲得穩(wěn)定的光伏輸出。V型槽聚光器具有結(jié)構(gòu)簡單、容易制作、光照分布均勻的優(yōu)點,V型槽聚光光伏系統(tǒng)(VPV)特別適用于光伏提水。但V型聚光器為非理想聚光器,部分入射光線需要經(jīng)歷多次反射后才能到達太陽電池,因此光學效率低,本研究構(gòu)建了南北軸多點跟蹤反射次數(shù)受限制的V型聚光光伏組件(MP-VPV-k/θ_a),對于這樣的V型聚光光伏組件,PIA在θ_a以內(nèi)的光線經(jīng)過k次以內(nèi)的反射后全部到達太陽電池上,為了全天使PIA在θ_a以內(nèi),VPV南北向傾斜安裝,采用單軸多點跟蹤技術(shù)。本文首先依據(jù)太陽幾何學和太陽輻射理論構(gòu)建了描述固定和不同跟蹤模式下的光伏系統(tǒng)性能的數(shù)學模型,對比研究不同跟蹤模式下光伏系統(tǒng)的年光伏輸出及南北軸多點跟蹤光伏系統(tǒng)(MP-PV)年發(fā)電量最大的優(yōu)化設計。接著依據(jù)平面鏡成像原理、太陽幾何學、向量代數(shù)及三維太陽輻射傳輸對(MP-VPV-k/θ_a)系統(tǒng)的光學和光伏性能進行了全面的理論研究,找出系統(tǒng)年光伏輸出最大所對應的最佳設計方案。最后搭建了實驗平臺,對固定、雙軸和南北軸三點跟蹤光伏水泵系統(tǒng)的性能進行了對比實驗研究。研究結(jié)果表明:隨著每天方位角調(diào)整次數(shù)(M)的增加,光伏組件的年光伏輸出逐漸增加,但增加的幅度逐漸減少。對于跟蹤軸(INSA)傾角固定的MP-PV系統(tǒng)(1T-MP-PV),與固定光伏系統(tǒng)相比,其在太陽資源豐富地區(qū)的年采光量增加了17%、19%和20%,發(fā)電量則分別增加24%、27%和28%;同時,與雙軸跟蹤系統(tǒng)相比,3P-、5P-、7P-PV的年采光量分別為雙軸系統(tǒng)的93.5%、95.3%、95.8%,其年發(fā)電量分別為92.4%、94.6%及95.3%。對INSA傾角每年調(diào)整4次的三傾角MP-PV系統(tǒng)(3T-MP-PV),3P-、5P-、7P-PV的最佳θ_a分別為23~o、14.8 ~o、11 ~o;在太陽資源豐富的地區(qū),其年采光量分別比固定光伏系統(tǒng)的增加了21.6%、23.5%、24%,發(fā)電量分別增加29%、32%和33%;與雙軸跟蹤系統(tǒng)相比,3P-、5P-、7P-PV的年采光量分別為雙軸系統(tǒng)的96.7%、98.3%、98.7%,其年發(fā)電量分別為96%、98.3%及98.7%。結(jié)果還表明:對INSA傾角固定的MP-VPV-k/θ_a系統(tǒng)(1T-MP-VPV-k/θ_a),3P-、5P-、7P-VPV-k/θ_a(k=1和2)年發(fā)電量最大所對應的最佳θ_a分別為21~o、13.5~o和10~o,當V型聚光器的鏡面反射率ρ0.8時,所對應的最佳φ_p近似等于φ_g,當ρ0.8時,φ_p近似為φ_g+3;對于INSA傾角每年調(diào)整4次的三傾角MP-VPV-k/θ_a(3T-MP-VPV-k/θ_a),3P-、5P-、7P-VPV-k/θ_a(k=1和2)的最佳θ_a比對應的1T-MP-VPV-k/θ_a的小0.5~o左右,φ_p與對應的1T-MP-VPV-k/θ_a基本相同。與1T-MP-VPV-k/θ_a相比,3T-MP-VPV-k/θ_a的年發(fā)大電量高5-7%;與類似的固定太陽能光伏系統(tǒng)相比,在太陽能資源豐富的地區(qū),當ρ0.8時,MP-VPV-1/θ_a的年發(fā)電量增加系數(shù)大于C_g。實驗研究表明:與固定光伏組件的水泵系統(tǒng)相比,南北傾斜軸三點跟蹤光伏水泵系統(tǒng)(3P-PVP)的日采光量增加22%,日抽水量增加55%;與雙軸跟蹤的光伏水泵相比(2A-PVP),3P-PVP的日抽水量達到2A-PVP日抽水量的97%。
【圖文】：

圖 1.2 槽式聚光系統(tǒng)碟式聚光系統(tǒng)一種可獨立運行的三維跟蹤聚光系統(tǒng)，對使用地域位置要求較低，有規(guī)模較小、聚光比高、效率高等優(yōu)點。然而聚光器反射鏡面組件由于長期處于室外，抗變形和防腐要求高，所需成本增加；加之聚光光斑尺寸的要求，對其制造精度的要求很高。而鏡面組件的制造模具回彈修正設計難度較大，模具加工成本也較高，，鏡面組件的制造精度較難保證[32]。

行紿嶸

本文編號：2594507