两次反射多平面镜聚光型太阳能光伏系统设计方法的探讨

摘要

当今，开发利用可再生清洁新能源是全世界面临的共同课题，其中太阳能光伏发电倍受瞩目，但目前由于光伏发电成本高，还未能充分进入市场。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仍为国内外学者的研究热点之一。本文从提高太阳能的接收效率方法出发，利用现有的技术，研究设计新型聚光型光伏发电系统，以有效降低太阳能发电成本。 本文主要工作内容如下： 1、光伏发电系统聚光器设计。以聚光型光伏发电为出发点，通过对光伏电池的输出特性和其影响因素的分析，得出普通光伏电池的最佳入射光强Em为额定光强的5～6倍。并据此设计了两次反射多平面镜聚光器增强光伏电池的入射光强，提高了光伏电池发电能力。并从光学理论方法推导出了两次反射平面镜组成结构方式，给出了一种新型两次反射多平面镜聚光器设计方法。 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，采用天文日历定位和极大光强比较定位相结合的方法，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、建立了小型两次反射多平面镜聚光型光伏发电实验系统，对小型平面镜聚光型光伏发电系统进行两轴步进跟踪控制，并给出硬件设计原理图和软件设计框图。 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的。

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致谢

第一章绪论

1.1太阳能光伏发电的背景及意义

1.2太阳能光伏发电的研究现状

1.2.1光伏发电历史

1.2.2国外光伏发电技术的现状与前景

1.2.3我国太阳能光伏发电的现状与前景

1.3聚光太阳能利用的现状与研制开发趋势

1.3.1聚光系统的分类

1.3.2聚光方法分析

1.3.3国外研究现状和发展趋势分析

1.3.4国内研究现状

1.4中国太阳能资源评价

1.5本课题研究目的及主要工作

第二章两次反射多平面镜抛物面聚光器的研究与设计

2.1太阳能电池特性分析研究

2.1.1太阳能电池的性能参数

2.1.2光伏电池的模型分析

2.1.3影响太阳能电池I-V特性的分析研究

2.1.4光伏阵列接收最佳光强的分析

2.2两次反射多平面镜抛物面聚光器的研究与设计

2.2.1两次反射多平面镜太阳能聚光器结构设计

2.2.2单个平面镜面积的计算

2.2.3多平面镜阵抛物面平面镜数量计算

2.2.4二次反射平面镜的大小计算

第三章自动跟踪系统分析设计

3.1太阳方位的确定与跟踪

3.1.1光强比较定位法

3.1.2天文日历定位法

3.1.3图像识别定位法

3.2基于太阳运动轨迹的太阳方位计算(天文日历定位法)

3.2.1太阳赤纬与太阳时角

3.2.2太阳高度角、方位角计算

3.2.3聚光器运动方程的建立

3.3跟踪控制方式分析与设计

3.3.1跟踪控制方式及分类

3.3.2跟踪方式及分类

3.3.3跟踪控制的方案设计

第四章实验系统设计

4.1两次反射多平面镜聚光太阳能实验系统的硬件结构设计

4.1.1聚光系统设计

4.1.2双轴伺服系统设计

4.1.3太阳跟踪控制系统设计

4.1.4测量采集系统设计

4.2两次反射平面镜聚光太阳能跟踪系统的软件设计

第五章总结与展望

5.1总结

5.2工作展望

参考文献