自动跟踪式太阳能光伏水泵设计及性能预测

【摘要】：随着太阳能电池材料和光伏技术的发展，具有巨大社会效益和经济效益的光伏水泵系统，近年来得到广泛的应用。其具有安装方便、可不携带电池、不受电源和地点的限制以及移动性强等特点，已经广泛的应用于人畜饮水和移动灌溉等各个领域之中。光伏水泵对于我国的中西部缺电地区意义重大，随着油价的上涨以及光伏电池价格的下降，光伏系统的容量显著的增加了，太阳能利用变得越来越经济，而且光伏阵列的效率，稳定性也有了很大的提高。合适的系统设计和太阳能方阵输出与负载之间的合适的匹配，就可以实现整个装置的效率提高。在本文中对光伏水泵进行了自行设计，力求与太阳能电池板特性相配合。签于传统的光伏水泵通常为定方向式布置，其对太阳能的利用率较低的情况，通过阅读大量文献和资料，本文对常规太阳能光伏水泵进行了创新性的改进设计。主要内容如下： 1.光伏电池发电输出属于非线性，存在输出最大功率跟踪的问题。本文利用了最大功率点跟踪方法，使光伏电池工作于最大输出功率点上，获得高效功率输出。并根据光伏水泵的机械特性，对其选择合适的变频调速控制方式。 2.根据常规太阳能光伏板固定方向布置而导致对太阳能利用率低的缺点，本文创新性的增加了太阳能光伏板光线自动跟踪系统，并对原理进行深入分析，并选取合适的跟踪方式； 3.根据农业用灌溉泵的特点选取了自吸泵为系统用泵，通过设计参数设计出了符合性能要求的自吸泵，并计算出了自吸时间及高度。通过FLUENT软件对泵进行了全流场模拟，对模拟数据进行了分析，得到了自吸泵的水力性能曲线，达到了设计要求。 【关键词】：光伏水泵系统 自动跟踪 自吸泵 变速调速控制 水力设计 数值模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 光伏系统的发展现状及意义10-15
• 1.1.1 中国光伏发电发展现状10-12
• 1.1.2 国际光伏发电发展现状12-13
• 1.1.3 光伏水泵的研究意义13-15
• 1.2 研究内容15-16
• 第2章 光伏水泵系统16-30
• 2.1 光伏阵列16-17
• 2.2 最大功率跟踪17-20
• 2.2.1 最大功率跟踪 MPPT 方式18
• 2.2.2 CVT(ConstantVOltageTraeking)原理18-19
• 2.2.3 MPPT控制器19-20
• 2.3 光伏水泵电机20-22
• 2.3.1 交流异步电机负载特性20-22
• 2.4 水泵的机械特性22-24
• 2.4.1 泵相似工况曲线22-23
• 2.4.2 转速调节与泵参数变化23-24
• 2.5 光伏水泵变频调速分析24-28
• 2.5.1 异步电机 V/F 控制25-26
• 2.5.2 变频调速方式选择26-27
• 2.5.3 光伏水泵变频控制基本构成27-28
• 2.5.4 光伏水泵变频器结构28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 光伏板方向跟踪装置30-41
• 3.1 光线跟踪系统30-33
• 3.1.1 太阳运行规律及光照强度数学模型32-33
• 3.2 自动跟踪器传感器选用及布置33-36
• 3.2.1 光敏电阻的特性33-35
• 3.2.2 传感器布置35
• 3.2.3 光电跟踪器工作原理分析35-36
• 3.3 自动跟踪器机械执行部分设计36-39
• 3.3.1 单轴跟踪系统36-37
• 3.3.2 双轴跟踪系统37-39
• 3.4 光伏板数量确定39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 内混式自吸泵水力设计及内部流场模拟41-77
• 4.1 自吸泵水力设计42-54
• 4.1.1 叶轮设计42-47
• 4.1.2 压水室设计47-49
• 4.1.3 泵体设计49-50
• 4.1.4 自吸高度的计算50-51
• 4.1.5 自吸时间的计算51-54
• 4.2 FLUNET软件简介54-58
• 4.2.1 FLUNET结构54-56
• 4.2.2 FLUNET求解步骤56-57
• 4.2.3 常用边界条件57-58
• 4.3 自吸泵的三维实体造型及网格划分58-61
• 4.3.1 叶轮流道及涡壳的三维实体造型58-60
• 4.3.2 自吸泵泵体三维实体造型60
• 4.3.3 自吸泵计算区域网格划分60-61
• 4.4 内混式自吸泵内部流场CFD数值模拟61-63
• 4.4.1 数值计算方法的选择61-62
• 4.4.2 边界条件的选择62-63
• 4.5 数值计算结果分析63-76
• 4.5.1 自吸过程数值模拟63-65
• 4.5.2 正常工作情况下计算结果分析65-76
• 4.6 本章小结76-77
• 结论与展望77-78
• 结论77
• 展望77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 附录Ａ 攻读学位期间公开发表的论文82

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