槽式聚光太阳能电热两级系统的性能特性研究

【摘要】：江南体育在线直播观看 发电是目前最受关注的可再生能源利用方式之一。由于在对光伏电池原料提取的过程中会消耗大量能量并造成环境污染，因此，减少光伏电池的使用有着积极的意义。聚光电热联用系统是利用聚光镜来代替光伏电池的装置，这种装置不但能减少光伏电池的使用，还能获得额外的热能。但聚光电热联用系统在性能输出特性上仍存在热能品质较低的缺点。槽式聚光电热两级系统是在槽式聚光电热联用系统的基础上构建而成，改进方法：通过在电热两级腔体的后端连接再加热级金属黑腔，并改进系统的循环方式。改进目的：保证系统光伏电池阵列电效率的同时，提高系统热效率和输出热能的品质。针对系统性能研究的需要做了如下研究工作： (1)详述了利用CCD工业相机测量槽式聚光能流密度分布的方法，并通过数学统计方法对聚光能流密度的特性进行了参数化建模分析，提出聚光能流密度的四个特性参数：相对平均能流参数、能流不均匀度参数、能流峰值偏离度和能流利用率等。能流参数的提出为解决聚光能流密度与聚光光伏电池阵列的匹配问题提供了新的参考依据。 (2)通过考虑不同能流条件下光伏电池内复合机制和光伏电池内部寄生电阻的影响，建立了一种适用于中低倍聚光条件下光伏电池阵列的双指数等效电路模型，模拟结果与实验结果较好的吻合，误差在7.5%以内。模型为聚光光伏电池的输出性能研究提供理论基础。 (3)在非聚光条件下，通过设计二分段式不均匀能流研究聚光能流密度分布的微元特性，相关实验结果验证了能流不均匀性对电池阵列输出特性的影响与能流分布形状无关；同时定性分析了不同二分段式不均匀能流条件下不均匀度参数S0对光伏电池阵列输出特性的影响,通过对比分析可知，能流不均匀度参数S0和光伏电池阵列输出特性参数之间存在一定的变化关联性。 (4)研究聚光能流特性对聚光光伏电池阵列输出性能的影响。通过相关实验得到能流参数与聚光硅电池阵列输出特性参数的关系：对于一定宽度的聚光电池来说，短路电流和相对最大功率随相对平均能流值的增加而增加；开路电压随不均匀度和峰值偏离度的增大而减小；相对平均能流值对填充因子影响最大；电池的效率由能流利用率和相对平均能流值决定。对于6片串联2cm2cm的背接触电池阵列，镜面开口宽度为157cm、离焦距为2cm平面上的聚光能流分布最适合阵列性能的输出。 (5)以三种不同光伏电池(聚光硅电池、空间硅电池和砷化镓电池)阵列作为槽式聚光电热两级系统和槽式聚光后电热联用系统的电能输出组件，并对比分析了每种电池阵列条件下两套系统的电性能和热性能，结果表明：电热两级系统的平均电输出功率和平均电池阵列效率略高于电热联用系统；基于三种电池阵列电热两级系统的平均系统热效率与电热联用系统比较，分别提高了45.67%、24.32%、40.18%，水箱中工质水的温度分别增加了19.81℃、17.13℃、22.41℃；系统热能品质得到较大提高，能较好的满足生活热水供应的要求。 (6)从能量利用率角度分析，槽式聚光热电两级系统的经济性能优于平板光伏发电系统，低于热水器。 本文所得结论可以为槽式聚光电热两级系统的进一步优化和应用提供实验支撑和理论依据。 【关键词】：槽式聚光 电热两级 光伏电池阵列 能流参数 性能输出
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目录8-11
• 符号说明11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题研究的背景及意义13-15
• 1.2 槽式聚光电热两级系统国内外研究现状15-20
• 1.2.1 平板光伏(PV)发电系统15-17
• 1.2.2 太阳能聚光电热联用(CPV/T)系统17-20
• 1.2.3 槽式聚光能流系条件下聚光电池阵列的输出特性20
• 1.3 本文研究目的及创新点20-21
• 1.4 本文研究的方法和内容21-23
• 第2章 槽式聚光电热两级系统的结构与工作原理23-35
• 2.1 槽式聚光太阳能热电联供系统结构23-24
• 2.2 槽式抛物聚光器与聚光能流测量系统24-28
• 2.2.1 槽式抛物聚光器和跟踪系统24-26
• 2.2.2 聚光能流密度的测量系统26-27
• 2.2.3 聚光能流密度分布的特性参数27-28
• 2.3 槽式聚光电热两级腔体28-30
• 2.3.1 槽式聚光电热联用(CPV/T)腔体28-29
• 2.3.2 再热级金属黑腔29-30
• 2.4 槽式聚光光伏发电系统30-32
• 2.5 槽式聚光电热两级系统的集热装置32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 槽式聚光能流密度对系统电输出性能影响35-60
• 3.1 不同聚光条件下光伏电池阵列的伏安特性模型35-41
• 3.1.1 低注入条件下光伏电池的复合过程35-36
• 3.1.2 低注入条件下光伏电池阵列的伏安特性36-38
• 3.1.3 高注入条件下聚光光伏电池的复合过程38-40
• 3.1.4 槽式聚光光伏电池阵列的伏安特性40-41
• 3.2 能流不均匀对光伏电池阵列输出特性的影响41-47
• 3.2.1 分段式不均匀能流分布的特性41-42
• 3.2.2 二分段式不均匀能流对光伏电池阵列输出特性的影响42-47
• 3.3 聚光能流对光伏电池阵列输出特性的影响47-59
• 3.3.1 槽式聚光电热两级系统电池阵列的选取47-48
• 3.3.2 不同聚光条件下的能流参数提取48-50
• 3.3.3 不同聚光条件下背接触电池阵列的性能输出50-53
• 3.3.4 能流参数对背接触电池阵列输出性能的影响53-59
• 3.4 小结59-60
• 第4章 槽式聚光电热两级系统的性能分析60-73
• 4.1 槽式聚光电热两级系统的电性能研究60-64
• 4.1.1 槽式聚光电热两级系统发电配置的理论设计60-62
• 4.1.2 聚光电热两级系统与聚光电热联用系统的电输出性能对比62-64
• 4.2 槽式聚光电热两级系统的热性能研究64-67
• 4.2.1 再加热级金属黑腔的性能参数64-65
• 4.2.2 聚光电热两级系统与聚光电热联用系统的热性能对比65-67
• 4.3 槽式聚光电热两级系统的能量收益与经济评估67-71
• 4.3.1 单晶硅平板光伏发电系统的经济性能67-68
• 4.3.2 太阳能热水器的经济性能68-69
• 4.3.3 槽式聚光电热两级系统的经济性能69-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第5章 总结与展望73-76
• 5.1 本论文工作总结73-74
• 5.2 研究工作展望及后续工作74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文及参与课题情况80-81
• 致谢81

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