球面折射镜低倍聚光型光伏系统的设计与研究

【摘要】：能源和环境的可持续发展已成为人类最关注的重大问题之一,其中光伏应用倍受瞩目。光伏发电中如何最大限度的提高太阳能的利用率、降低光伏发电系统成本是国内外学者的研究热点之一。本文从提高太阳能接收效率的思路出发,研究设计新型聚光型光伏发电系统,这对推进可再生能源利用与发展具有很好的意义。 本文主要工作内容如下： 1、光伏发电系统聚光器设计。以聚光方式提高太阳能接收效率思路出发,对聚光型光伏系统的性能和技术要求进行分析,设计了一种球面折射镜低倍太阳能聚光器,可有效提高常规光伏电池的发电能力。 2、聚光型光伏发电系统的跟日器设计。为达到理想的聚光效果,采用天文日历定位法和光偏比较定位法相结合的方法,对太阳位置进行准确定位,通过采用方位角和俯仰角两轴跟踪控制方法准确跟踪太阳位置。 3、研究了全天候状况下的智能跟踪控制策略。依据全天候环境特征以及光伏系统运行状态特征,通过识别与推理判断决策出系统测控方式,实现聚光型光伏发电系统的全天候跟踪运行与优化控制。 4、搭建了聚光型光伏发电系统实验仿真系统,对球面镜折射聚光型光伏发电系统进行两轴跟踪控制,并给出硬件设计原理图和软件设计框图。 仿真实验表明,该聚光器能够达到设计要求的聚光效果,跟日器能够准确跟踪太阳,系统设计方法是可行有效的。 【关键词】：光伏电池 聚光器 自动跟踪控制 系统设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 光伏发电的背景及意义13
• 1.2 光伏发电的发展及研究现状13-17
• 1.2.1 国外光伏发电技术的现状与前景14-15
• 1.2.2 我国光伏发电技术的现状与前景15-17
• 1.3 聚光型光伏发电的发展及研究现状17-20
• 1.3.1 聚光器的分类17-18
• 1.3.2 国外聚光型光伏产业的发展现状18-20
• 1.3.3 我国聚光型光伏产业的发展现状20
• 1.4 本课题研究的目的及主要内容20-22
• 第二章 球面折射型太阳能聚光器的研究与设计22-34
• 2.1 聚光光伏系统性能与技术要求分析22-27
• 2.2 球面折射型太阳能聚光器的研究与设计27-34
• 2.2.1 球而折射型太阳能聚光器的设计27-28
• 2.2.2 球面折射型太阳能聚光器理论计算28-34
• 第三章 定日跟踪系统分析设计34-51
• 3.1 常用太阳方位跟踪方法分析34-36
• 3.1.1 光偏比较定位法34-35
• 3.1.2 时钟定位法35
• 3.1.3 图像识别定位法35-36
• 3.2 基于天文日历法的太阳方位跟踪36-40
• 3.2.1 太阳赤纬角和太阳时角36-37
• 3.2.2 太阳方位角和高度角37-38
• 3.2.3 聚光器运动方程的建立38-40
• 3.3 跟踪控制方式分析与设计40-44
• 3.3.1 跟踪控制方式分类40-42
• 3.3.2 跟踪控制方案的设计42-44
• 3.4 全天候状况下的智能跟踪方法研究44-51
• 3.4.1 环境与对象特征的获取44-46
• 3.4.2 全天候跟踪型光伏系统智能控制策略46-50
• 3.4.3 高精度太阳方位的跟踪控制设计50-51
• 第四章 实验系统设计与实验仿真51-66
• 4.1 球面镜折射聚光太阳能跟踪实验系统的总体设计51-52
• 4.2 球面镜折射聚光太阳能跟踪实验系统的硬件设计52-60
• 4.2.1 聚光器的设计52
• 4.2.2 双轴伺服传动机构的设计52-53
• 4.2.3 测量采集单元的设计53-55
• 4.2.4 太阳定位跟踪控制器的设计55-60
• 4.3 球面镜折射聚光太阳能跟踪实验系统的软件设计60-63
• 4.4 实验仿真63-66
• 4.4.1 仿真实验条件63
• 4.4.2 仿真内容及结果分析63-66
• 第五章 总结与展望66-67
• 5.1 论文总结66
• 5.2 今后工作展望66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71

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