本文關鍵詞：高效聚光太陽能電池及光伏系統(tǒng)關鍵技術研究

  更多相關文章： 多結太陽能電池 聚光光伏系統(tǒng) 光學處理單元 自動跟蹤控制 太陽能綜合利用

【摘要】：相比于傳統(tǒng)光伏發(fā)電技術,聚光太陽能光伏發(fā)電作為第三代光伏技術具有無法比擬的高效率、低成本、低生產(chǎn)耗能等諸多優(yōu)勢,并有望成為未來全球具有主導地位的光伏發(fā)電技術。雖然目前用于聚光光伏發(fā)電的太陽能電池光電轉換效率已突破44.7%,但就聚光光伏系統(tǒng)的整體轉換效率而言仍有較大提升空間,因此,本文主要針對提高聚光光伏系統(tǒng)整體轉換效率的關鍵問題進行研究�；谙到y(tǒng)機械結構特點,將半導體材料、非成像光學原理、自動控制原理以及熱動力學領域的相關理論與高效聚光光伏系統(tǒng)的工作機理進行有機融合,有效地解決聚光太陽能光伏系統(tǒng)中存在的關鍵技術問題,為其應用發(fā)展提供新的思路。本論文的主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面:運用半導體光電子學理論,并結合實際光伏器件材料及結構特點建立Ga In P/Ga In As/Ge三結太陽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軟件對三結太陽能電池及其子電池在給定條件下實測得到的I-V數(shù)據(jù)進行擬合,結合兩大溫度系數(shù)的隱性限制條件迭代計算得到11個待定參數(shù);同時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,并分析相關特性參數(shù)的量化形式對聚光模組輸出性能的影響。在對傳統(tǒng)一次、二次光學單元分析基礎上,運用非成像光學原理,提出一種基于折射與反射組建的一次光學單元再與二次光學單元相結合的聚光光學系統(tǒng)。利用光學仿真軟件對設計的聚光光學系統(tǒng)進行研究,進而優(yōu)化光學結構設計,在滿足一次光學單元高輻射能量傳輸?shù)耐瑫r,通過二次光學單元實現(xiàn)太陽能電池受光面光斑能量的均勻分布,使太陽能電池處于高光電轉換效率的最佳條件�；诙S極軸聯(lián)動的機械結構特點,自行設計高精度跟蹤傳感器與自動控制系統(tǒng),并通過相關實驗驗證了該系統(tǒng)跟蹤太陽的可靠性與穩(wěn)定性;提出一種基于容差和定時相結合的跟蹤控制方案,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)仍能獲得整個光伏系統(tǒng)最大輸出功率的90%,實現(xiàn)降低跟蹤控制系統(tǒng)的運營成本。考慮聚光條件下光伏器件溫度特性,對聚光太陽能電池中的熱傳導及分布特性進行理論分析,結合聚光模組熱分布模型對其采取被動或主動散熱方式,模擬研究光伏器件的熱效應;針對高倍聚光光伏系統(tǒng),設計一種強制水冷循環(huán)新型散熱方案,在滿足對光伏器件散熱以維持其較高輸出特性的同時,達到對太陽熱能二次利用、實現(xiàn)提高太陽能綜合利用效率的目的。通過對上述四個方面的研究與設計,在微觀方面改進制作工藝,通過增大等效并聯(lián)電阻值以實現(xiàn)提高聚光太陽能電池輸出特性;在結構上采用兩次光學處理的聚光光學系統(tǒng)實現(xiàn)光斑強度均勻分布和采用二維極軸機械結構滿足光伏系統(tǒng)跟蹤精度;在控制方面結合容差與定時的優(yōu)化跟蹤方案在滿足跟蹤精度的同時,實現(xiàn)降低系統(tǒng)運營成本。綜合各部分優(yōu)勢,試圖最大程度地提高整個光伏系統(tǒng)的轉換效率及可靠性,以實現(xiàn)聚光太陽能光伏系統(tǒng)整體光電轉換率大于30%,同時,對比同等功率輸出的平板晶硅太陽能發(fā)電系統(tǒng)減小30%的占地面積。
【關鍵詞】：多結太陽能電池 聚光光伏系統(tǒng) 光學處理單元 自動跟蹤控制 太陽能綜合利用
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 聚光光伏技術發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 聚光光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢15-16
• 1.2.3 聚光光伏系統(tǒng)的構成16-17
• 1.3 本課題主要工作17-19
• 第2章 多結聚光太陽能電池相關理論研究19-37
• 2.1 太陽能電池主要特性參數(shù)19-22
• 2.2 三結聚光太陽能電池理論模型22-29
• 2.2.1 雙二極管等效電路模型推導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 相關參數(shù)對開路電壓溫度系數(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 相關參數(shù)對I-V曲線最大功率點的影響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36-37
• 第3章 聚光光學處理技術研究37-48
• 3.1 非成像光學理論37-38
• 3.2 聚光光學處理單元關鍵指標介紹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 聚光光學處理單元結構設計與仿真43-47
• 3.4 本章小結47-48
• 第4章 聚光光伏自動跟蹤控制技術研究48-64
• 4.1 聚光光伏自動跟蹤控制系統(tǒng)硬件設計48-55
• 4.1.1 二維極軸聯(lián)動機械結構設計48-51
• 4.1.2 高精度跟蹤傳感器的設計51-52
• 4.1.3 自動控制系統(tǒng)電路設計52-55
• 4.2 聚光光伏自動跟蹤控制系統(tǒng)軟件策略及性能分析55-63
• 4.2.1 自動控制系統(tǒng)跟蹤實施方案55-56
• 4.2.2 基于容差和定時相結合的跟蹤方式56-59
• 4.2.3 聚光光伏系統(tǒng)自動跟蹤誤差分析59-63
• 4.3 本章小結63-64
• 第5章 聚光光伏模組熱問題分析與有效控制64-74
• 5.1 聚光光伏模組溫度相關性64-68
• 5.2 聚光光伏模組熱問題解決方案68-73
• 5.2.1 聚光太陽能電池散熱方案68-69
• 5.2.2 聚光光伏模組強制水冷循環(huán)結構設計69-71
• 5.2.3 聚光光伏模組動態(tài)溫度控制策略71-73
• 5.3 本章小結73-74
• 第6章 總結與展望74-77
• 參考文獻77-83
• 致謝83-85
• 附錄1 攻讀碩士學位期間取得成果85-87
• 附錄2 論文中控制程序87-89

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

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本文編號：622611