太阳能热光伏发电系统研究

【摘要】： 太阳能热光伏发电(Solar Thermophotovoltaic,STPV)是目前对太阳光热综合利用的又一种途径。STPV系统较一般太阳能光伏系统的能量密度大、转换效率高。本文针对某STPV系统,进行了较为详细的研究。 本文首先在考虑加工水平与成本的基础上,对STPV系统聚光器进行了合理选型,并根据STPV系统辐射器运行要求初步计算了聚光器的采光面面积。其次,设计了STPV系统中热光伏转换器的结构,对其中的辐射器、光伏电池分别展开讨论。并采用了光学滤波器、石英玻璃窗口、石英玻璃真空隔热罩等热控制方法,以减少热光伏系统内部能量损失。再次,研究了应用于STPV系统的水冷式散热器。根据STPV系统的散热要求,综合考虑材料、加工、密封、耗功等因素,对其结构进行了设计。借助商用CFD软件对散热器的传热与流动性能进行了数值模拟,并对其进行了实验研究,结果表明流动阻力损失与模拟值比较接近,在系统所能达到的辐射器温度水平下能够保持电池运行温度在较低水平。第四,对适合于本STPV系统的自动跟踪系统进行了机械传动机构的设计与加工,在综合考虑各种负载的情况下对驱动步进电机进行了选型与计算。以STC11F16XE单片机为控制核心,设计了采用视日运动轨迹计算跟踪方式的控制系统硬件电路,并根据STPV系统运行要求编写了软件控制代码。通过单片机系统仿真软件对所设计的单片机控制系统电路及控制程序进行了仿真调试。并在此基础上制作了跟踪系统控制模块。最后,对整个STPV系统进行了现场实验测试。从辐射器温度来看,在实验时间段内自动跟踪器跟踪效果良好,并在系统所能达到的辐射器温度水平下能够保持电池运行温度在较低水平。并对电池输出水平进行了测量,分析了其与理论水平存在差异的几方面原因。 【关键词】：太阳能聚光镜 热光伏转换器 水冷却器 太阳跟踪系统 单片机控制系统
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 太阳能热光伏发电系统课题研究目的和意义10
• 1.2 太阳能热光伏系统简介10-11
• 1.3 太阳能热光伏系统研究现状11-13
• 1.4 论文主要研究内容13-14
• 2 太阳能聚光器选择与计算14-21
• 2.1 太阳能聚光器原理及选型14-16
• 2.2 采光面积计算16-20
• 2.2.1 太阳角度计算16-17
• 2.2.2 太阳辐射计算17-19
• 2.2.3 采光面积计算19-20
• 2.3 聚光器加工20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 热光伏转换器研究21-29
• 3.1 热光伏转换器整体结构21-22
• 3.2 热光伏转换过程22
• 3.3 热光伏转换器部件研究22-28
• 3.3.1 能量转换部件22-24
• 3.3.2 热控制技术24-28
• 3.4 本章小结28-29
• 4 STPV系统散热器的研究29-43
• 4.1 STPV系统对散热器的要求29
• 4.2 散热器的结构设计29-31
• 4.3 数值模拟与分析31-38
• 4.3.1 数值模拟方法31
• 4.3.2 计算模型建立31-33
• 4.3.3 计算结果分析33-38
• 4.4 散热器加工与实验38-42
• 4.4.1 散热器加工38-39
• 4.4.2 散热器流动阻力测试39-41
• 4.4.3 散热器散热性能实验研究41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 太阳自动跟踪系统研究43-60
• 5.1 STPV系统对太阳自动跟踪系统的要求43
• 5.2 太阳自动跟踪系统控制方案选择43-44
• 5.3 跟踪机构机械系统44-47
• 5.3.1 支承机构44-45
• 5.3.2 传动机构45-47
• 5.4 执行元件47-50
• 5.4.1 执行元件概述及初步选型47-48
• 5.4.2 选型核算48-50
• 5.5 控制系统设计50-59
• 5.5.1 硬件电路简介50-51
• 5.5.2 单片机选型51-52
• 5.5.3 时钟模块及程序设计52-53
• 5.5.4 数码显示模块及程序设计53-54
• 5.5.5 按键模块及程序设计54-55
• 5.5.6 信号输出模块55-56
• 5.5.7 跟踪算法研究56-57
• 5.5.8 单片机系统仿真57-58
• 5.5.9 硬件电路实现58-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 STPV系统整体实验60-65
• 6.1 实验系统介绍60-61
• 6.2 实验结果及分析61-64
• 6.3 本章小结64-65
• 7 总结与展望65-67
• 7.1 总结65
• 7.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71

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