海洋漂浮式光伏发电装置性能研究

【摘要】：随着煤和石油等化石能源的大量使用,环境和资源问题日趋凸显,对清洁能源的开发利用逐渐受到人们的重视。太阳能无污染,储量巨大,分布广泛,太阳能光伏发电是一种较为成熟的清洁能源技术,在独立及并网电力系统中广泛应用。海洋中蕴含着丰富的光伏能,海洋环境下太阳光照强度大,在海洋表面进行光伏能的利用能够节省土地使用面积。本文提出了一种海洋漂浮式光伏发电装置,研究其在海浪影响下的光伏发电性能。浮体装置在海浪作用下运动,必须考虑接收面上太阳辐射能的变化规律,故首先对海浪影响下浮体的水动力性能和运动特性进行了研究。选取几种不同形状和质量的浮体,对其进行水动力分析,利用AQWA软件求取不同浮体的附加质量和辐射阻尼随波频的变化规律。由于海水的粘滞效应,将浮体运动轨迹近似为水质点运动轨迹的方法研究轻质、小尺度浮体的运动规律。利用AQWA软件对浮体进行时域运动仿真,得到的结果显示在规则波浪的作用下,浮体做周期性的沉深、水平和角度摆动等运动,其运动特性与浮体本身形状和质量等特性有关。将静态的太阳辐射能计算模型与动态的浮体角度摆动相结合,计算海浪影响下浮体表面所接收到的太阳辐射能,将其与相同条件下,以直射角度固定安装的倾斜面上所接收的太阳辐射能相比较。以一圆柱浮体为例,结果表明该浮体在海浪影响下表面接收的辐射能能够达到直射情况下的87.5%,同时所接收的辐射能随其摆动最大幅度的增大而减小。最后针对浮体运动特性和海浪环境设计了复合抛物面聚光器,并对其进行了辐照度分析。结果表明,在上述浮体的角度摆动幅度下,复合抛物面聚光器能将大部分光线会聚至底部接收面,且由于浮体运动的影响,能够一定程度解决光伏电池表面局部温度较高及光伏电池利用效率低等问题。该浮体装置可以单独进行光伏发电,也可以作为浮子式海浪发电装置的能量吸收装置,从而将海浪发电和光伏发电通过同一装置结合起来实现复合发电。 【关键词】：浮体 光伏发电 水动力特性 太阳辐射能 聚光
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.1.1 能源与环境8-9
• 1.1.2 清洁能源技术9-10
• 1.2 光伏发电技术研究现状10-15
• 1.2.1 光伏发电技术的关键技术及研究热点10-12
• 1.2.2 漂浮式太阳能光伏研究现状12-15
• 1.3 光伏发电浮体及其工作原理15-16
• 1.4 课题主要研究内容16-17
• 2 浮体水动力特性分析17-35
• 2.1 波浪理论17-23
• 2.1.1 线性波浪理论18-19
• 2.1.2 非线性波浪理论19-20
• 2.1.3 波浪力的计算20-22
• 2.1.4 浮体动力学方程的构建22-23
• 2.2 基于AQWA的浮体水动力特性分析23-33
• 2.2.1 AQWA仿真原理23-25
• 2.2.2 质量对浮体水动力系数的影响25-31
• 2.2.3 形状对浮体水动力系数的影响31-33
• 2.3 本章小结33-35
• 3 浮体运动分析35-44
• 3.1 基于波浪质点轨迹的浮体运动分析35-37
• 3.2 基于AQWA的浮体运动分析37-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 浮体运动对发电性能的影响44-56
• 4.1 太阳辐射能计算44-49
• 4.1.1 日地位置几何参数44-46
• 4.1.2 倾斜面上的太阳辐射能计算46-49
• 4.2 浮体运动对光照性能的影响49-53
• 4.2.1 倾角动态变化的太阳辐射能计算模型49-51
• 4.2.2 圆柱浮体光照性能分析51-53
• 4.3 浮体动能分析53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 漂浮式光伏发电装置聚光系统设计56-64
• 5.1 聚光器原理及聚光方案的选择56-58
• 5.1.1 聚光器的聚光比56-57
• 5.1.2 聚光方式及聚光器种类57-58
• 5.2 复合抛物面聚光器58-63
• 5.2.1 基本原理58-59
• 5.2.2 基于Tracepro的复合抛物面聚光器仿真分析59-63
• 5.3 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 在学期间研究成果69-70
• 致谢70

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