光伏聚光照明系统关键技术研究

【摘要】：随着环境保护越来越被重视,各国都在寻找一种可以替代化石燃料的新能源,而太阳能作为一种储量丰富的新能源,也获得了广泛的关注。目前光伏发电是太阳能利用的最主要方式,但是却存在着投资大、效率低的缺点。同时人类每天用于照明的电量却与日俱增,浪费了大量的能源。而光伏聚光照明系统将太阳光通过光纤传导至室内用于照明,可以节省大量用于照明的电能,不失为一种很好的利用太阳能的方式。相对于传统照明装置不仅更环保,而且还有利于人员的身心健康,可谓一举多得。本论文设计的光伏聚光照明系统包括跟踪系统、聚光系统和传导光纤。跟踪系统对太阳方位进行跟踪,提高太阳光的利用效率;聚光系统汇聚太阳光提高太阳能密度;传导光纤用于传导汇聚的太阳光。跟踪系统采用了一种新型的可调节精度的太阳方位跟踪器,其跟踪精度高,可以对阴晴天做出判断,且可以通过改变外形尺寸来调节跟踪精度。跟踪系统的运转机构包括两种方式:一种是基于L298N控制带蜗轮蜗杆的直流减速电机的机械转动方案,另一种是基于云台的机械转动方案。聚光系统通过菲涅尔透镜对太阳光进行汇聚,为了能够降低焦点处的温度,本论文还采取了降温装置:采用隔热玻璃和二次均匀透镜。隔热玻璃放置于菲涅尔透镜前,可有效反射红外线和紫外线,降低热效应。二次均匀透镜放置于焦点处,太阳光在通过均匀透镜内部反射后,能使太阳光均匀的分布在透镜的出光面,也可以降低温度。本论文对二次均匀透镜的设计进行了重点讨论,通过几何光学分析得出了二次均匀透镜外形尺寸应满足的条件,并用Tracepro光学分析软件各种参数下的结果进行了模拟仿真,验证了其效果。本文对三种常见的传导光纤进行分析对比,得出了其优缺点。根据降低成本的要求,系统采用了塑料光纤作为传导太阳光的介质。文末对跟踪系统的跟踪精度进行了测试,结果表明跟踪精度高,满足光伏聚光照明系统要求;对隔热玻璃和二次均匀透镜的进行了测试,其降温效果良好。最后对光伏聚光照明系统的实际照明效果进行了测试,该系统基本能够满足室内照明要求。 【关键词】：太阳能 光纤照明 菲涅尔透镜
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 背景介绍10-11
• 1.2 课题研究意义11-13
• 1.3 国内外发展现状13-18
• 1.3.1 国外发展现状13-16
• 1.3.2 国内发展现状16-18
• 1.4 目前面临的问题18-19
• 1.5 本论文的主要研究内容19-20
• 第二章 太阳跟踪系统设计20-41
• 2.1 跟踪系统介绍20-21
• 2.2 太阳跟踪系统原理21-25
• 2.2.1 视日跟踪21-22
• 2.2.2 光电跟踪22-25
• 2.3 太阳方位跟踪器的设计25-27
• 2.4 跟踪控制电路设计27-32
• 2.4.1 采样电路27-28
• 2.4.2 加减法器28-29
• 2.4.3 窗口比较器29-30
• 2.4.4 阴晴天判断电路30-31
• 2.4.5 单片机控制电路31-32
• 2.5 机械运转装置32-39
• 2.5.1 L298N驱动带蜗轮蜗杆的直流电机的方案32-37
• 2.5.2 基于继电器控制云台的方案37-39
• 2.6 控制软件设计39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 聚光和传输系统设计41-67
• 3.1 聚光系统41-48
• 3.1.1 菲涅尔透镜41-43
• 3.1.2 隔热玻璃43
• 3.1.3 二次均匀透镜43-48
• 3.2 仿真验证48-55
• 3.2.1 不同焦距菲涅尔透镜的仿真48-51
• 3.2.2 不同位置二次均匀透镜的仿真51-53
• 3.2.3 不同高度二次均匀透镜的仿真53-55
• 3.3 容差分析55-58
• 3.4 传输系统58-66
• 3.4.1 传输原理58-60
• 3.4.2 石英光纤60-61
• 3.4.3 多组分玻璃光纤61-62
• 3.4.4 聚合物光纤62-63
• 3.4.5 太阳光与光纤耦合分析63-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第四章 实验及结果67-75
• 4.1 跟踪系统精度测试67-69
• 4.2 隔热玻璃和二次均匀透镜性能测试69-72
• 4.3 系统照明测试72-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第五章 总结与展望75-77
• 5.1 本论文的主要工作75
• 5.2 下一步工作展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士期间取得的研究成果81-82

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