唐晶晶:倾斜南北轴多点跟踪光伏提水系统的性能研究论文

唐晶晶:倾斜南北轴多点跟踪光伏提水系统的性能研究论文

本文主要研究内容

作者唐晶晶(2019)在《倾斜南北轴多点跟踪光伏提水系统的性能研究》一文中研究指出:光伏水泵结构简单,没有复杂的控制、能量储存和转换设备,维护简单,是解决人口稀薄、缺电、缺水的偏远地区用水问题的最佳技术方案之一。但光伏水泵只有在太阳辐射高于启动所需要的最低值(I_c)时才能正常运行,而入射到固定光伏组件上的太阳辐射呈现周期性变化,早上和下午太阳辐射低,水泵不能提水,中午太阳辐射远高于提水所需要的太阳辐射,因此,系统的太阳能利用效率低。为了使太阳辐射高于I_c,通常采用跟踪技术,但连续跟踪技术易发生机械和控制故障。本研究构建了倾斜南北轴多点跟踪光伏系统(MP-PV)和V型聚光光伏系统(MP-VPV),旨在使光伏组件全天的光伏输出稳定,从而提高光伏水泵系统的太阳能利用率,降低提水成本。系统的设计理念是:V型聚光光伏组件或普通太阳电池组件安装在倾斜南北向轴(INSA)跟踪平台上,早上面向东面,当太阳光线在跟踪平面上的投影入射角(PIA)等于设定值θ_a时,将跟踪平面绕INSA自东向西旋转2θ_a,使太阳辐射的PIA始终在θ_a内,从而获得稳定的光伏输出。V型槽聚光器具有结构简单、容易制作、光照分布均匀的优点,V型槽聚光光伏系统(VPV)特别适用于光伏提水。但V型聚光器为非理想聚光器,部分入射光线需要经历多次反射后才能到达太阳电池,因此光学效率低,本研究构建了南北轴多点跟踪反射次数受限制的V型聚光光伏组件(MP-VPV-k/θ_a),对于这样的V型聚光光伏组件,PIA在θ_a以内的光线经过k次以内的反射后全部到达太阳电池上,为了全天使PIA在θ_a以内,VPV南北向倾斜安装,采用单轴多点跟踪技术。本文首先依据太阳几何学和太阳辐射理论构建了描述固定和不同跟踪模式下的光伏系统性能的数学模型,对比研究不同跟踪模式下光伏系统的年光伏输出及南北轴多点跟踪光伏系统(MP-PV)年发电量最大的优化设计。接着依据平面镜成像原理、太阳几何学、向量代数及三维太阳辐射传输对(MP-VPV-k/θ_a)系统的光学和光伏性能进行了全面的理论研究,找出系统年光伏输出最大所对应的最佳设计方案。最后搭建了实验平台,对固定、双轴和南北轴三点跟踪光伏水泵系统的性能进行了对比实验研究。研究结果表明:随着每天方位角调整次数(M)的增加,光伏组件的年光伏输出逐渐增加,但增加的幅度逐渐减少。对于跟踪轴(INSA)倾角固定的MP-PV系统(1T-MP-PV),与固定光伏系统相比,其在太阳资源丰富地区的年采光量增加了17%、19%和20%,发电量则分别增加24%、27%和28%;同时,与双轴跟踪系统相比,3P-、5P-、7P-PV的年采光量分别为双轴系统的93.5%、95.3%、95.8%,其年发电量分别为92.4%、94.6%及95.3%。对INSA倾角每年调整4次的三倾角MP-PV系统(3T-MP-PV),3P-、5P-、7P-PV的最佳θ_a分别为23~o、14.8 ~o、11 ~o;在太阳资源丰富的地区,其年采光量分别比固定光伏系统的增加了21.6%、23.5%、24%,发电量分别增加29%、32%和33%;与双轴跟踪系统相比,3P-、5P-、7P-PV的年采光量分别为双轴系统的96.7%、98.3%、98.7%,其年发电量分别为96%、98.3%及98.7%。结果还表明:对INSA倾角固定的MP-VPV-k/θ_a系统(1T-MP-VPV-k/θ_a),3P-、5P-、7P-VPV-k/θ_a(k=1和2)年发电量最大所对应的最佳θ_a分别为21~o、13.5~o和10~o,当V型聚光器的镜面反射率ρ>0.8时,所对应的最佳φ_p近似等于φ_g,当ρ<0.8时,φ_p近似为φ_g+3;对于INSA倾角每年调整4次的三倾角MP-VPV-k/θ_a(3T-MP-VPV-k/θ_a),3P-、5P-、7P-VPV-k/θ_a(k=1和2)的最佳θ_a比对应的1T-MP-VPV-k/θ_a的小0.5~o左右,φ_p与对应的1T-MP-VPV-k/θ_a基本相同。与1T-MP-VPV-k/θ_a相比,3T-MP-VPV-k/θ_a的年发大电量高5-7%;与类似的固定太阳能光伏系统相比,在太阳能资源丰富的地区,当ρ>0.8时,MP-VPV-1/θ_a的年发电量增加系数大于C_g。实验研究表明:与固定光伏组件的水泵系统相比,南北倾斜轴三点跟踪光伏水泵系统(3P-PVP)的日采光量增加22%,日抽水量增加55%;与双轴跟踪的光伏水泵相比(2A-PVP),3P-PVP的日抽水量达到2A-PVP日抽水量的97%。

Abstract

guang fu shui beng jie gou jian chan ,mei you fu za de kong zhi 、neng liang chu cun he zhuai huan she bei ,wei hu jian chan ,shi jie jue ren kou xi bao 、que dian 、que shui de pian yuan de ou yong shui wen ti de zui jia ji shu fang an zhi yi 。dan guang fu shui beng zhi you zai tai yang fu she gao yu qi dong suo xu yao de zui di zhi (I_c)shi cai neng zheng chang yun hang ,er ru she dao gu ding guang fu zu jian shang de tai yang fu she cheng xian zhou ji xing bian hua ,zao shang he xia wu tai yang fu she di ,shui beng bu neng di shui ,zhong wu tai yang fu she yuan gao yu di shui suo xu yao de tai yang fu she ,yin ci ,ji tong de tai yang neng li yong xiao lv di 。wei le shi tai yang fu she gao yu I_c,tong chang cai yong gen zong ji shu ,dan lian xu gen zong ji shu yi fa sheng ji xie he kong zhi gu zhang 。ben yan jiu gou jian le qing xie na bei zhou duo dian gen zong guang fu ji tong (MP-PV)he Vxing ju guang guang fu ji tong (MP-VPV),zhi zai shi guang fu zu jian quan tian de guang fu shu chu wen ding ,cong er di gao guang fu shui beng ji tong de tai yang neng li yong lv ,jiang di di shui cheng ben 。ji tong de she ji li nian shi :Vxing ju guang guang fu zu jian huo pu tong tai yang dian chi zu jian an zhuang zai qing xie na bei xiang zhou (INSA)gen zong ping tai shang ,zao shang mian xiang dong mian ,dang tai yang guang xian zai gen zong ping mian shang de tou ying ru she jiao (PIA)deng yu she ding zhi θ_ashi ,jiang gen zong ping mian rao INSAzi dong xiang xi xuan zhuai 2θ_a,shi tai yang fu she de PIAshi zhong zai θ_anei ,cong er huo de wen ding de guang fu shu chu 。Vxing cao ju guang qi ju you jie gou jian chan 、rong yi zhi zuo 、guang zhao fen bu jun yun de you dian ,Vxing cao ju guang guang fu ji tong (VPV)te bie kuo yong yu guang fu di shui 。dan Vxing ju guang qi wei fei li xiang ju guang qi ,bu fen ru she guang xian xu yao jing li duo ci fan she hou cai neng dao da tai yang dian chi ,yin ci guang xue xiao lv di ,ben yan jiu gou jian le na bei zhou duo dian gen zong fan she ci shu shou xian zhi de Vxing ju guang guang fu zu jian (MP-VPV-k/θ_a),dui yu zhe yang de Vxing ju guang guang fu zu jian ,PIAzai θ_ayi nei de guang xian jing guo kci yi nei de fan she hou quan bu dao da tai yang dian chi shang ,wei le quan tian shi PIAzai θ_ayi nei ,VPVna bei xiang qing xie an zhuang ,cai yong chan zhou duo dian gen zong ji shu 。ben wen shou xian yi ju tai yang ji he xue he tai yang fu she li lun gou jian le miao shu gu ding he bu tong gen zong mo shi xia de guang fu ji tong xing neng de shu xue mo xing ,dui bi yan jiu bu tong gen zong mo shi xia guang fu ji tong de nian guang fu shu chu ji na bei zhou duo dian gen zong guang fu ji tong (MP-PV)nian fa dian liang zui da de you hua she ji 。jie zhao yi ju ping mian jing cheng xiang yuan li 、tai yang ji he xue 、xiang liang dai shu ji san wei tai yang fu she chuan shu dui (MP-VPV-k/θ_a)ji tong de guang xue he guang fu xing neng jin hang le quan mian de li lun yan jiu ,zhao chu ji tong nian guang fu shu chu zui da suo dui ying de zui jia she ji fang an 。zui hou da jian le shi yan ping tai ,dui gu ding 、shuang zhou he na bei zhou san dian gen zong guang fu shui beng ji tong de xing neng jin hang le dui bi shi yan yan jiu 。yan jiu jie guo biao ming :sui zhao mei tian fang wei jiao diao zheng ci shu (M)de zeng jia ,guang fu zu jian de nian guang fu shu chu zhu jian zeng jia ,dan zeng jia de fu du zhu jian jian shao 。dui yu gen zong zhou (INSA)qing jiao gu ding de MP-PVji tong (1T-MP-PV),yu gu ding guang fu ji tong xiang bi ,ji zai tai yang zi yuan feng fu de ou de nian cai guang liang zeng jia le 17%、19%he 20%,fa dian liang ze fen bie zeng jia 24%、27%he 28%;tong shi ,yu shuang zhou gen zong ji tong xiang bi ,3P-、5P-、7P-PVde nian cai guang liang fen bie wei shuang zhou ji tong de 93.5%、95.3%、95.8%,ji nian fa dian liang fen bie wei 92.4%、94.6%ji 95.3%。dui INSAqing jiao mei nian diao zheng 4ci de san qing jiao MP-PVji tong (3T-MP-PV),3P-、5P-、7P-PVde zui jia θ_afen bie wei 23~o、14.8 ~o、11 ~o;zai tai yang zi yuan feng fu de de ou ,ji nian cai guang liang fen bie bi gu ding guang fu ji tong de zeng jia le 21.6%、23.5%、24%,fa dian liang fen bie zeng jia 29%、32%he 33%;yu shuang zhou gen zong ji tong xiang bi ,3P-、5P-、7P-PVde nian cai guang liang fen bie wei shuang zhou ji tong de 96.7%、98.3%、98.7%,ji nian fa dian liang fen bie wei 96%、98.3%ji 98.7%。jie guo hai biao ming :dui INSAqing jiao gu ding de MP-VPV-k/θ_aji tong (1T-MP-VPV-k/θ_a),3P-、5P-、7P-VPV-k/θ_a(k=1he 2)nian fa dian liang zui da suo dui ying de zui jia θ_afen bie wei 21~o、13.5~ohe 10~o,dang Vxing ju guang qi de jing mian fan she lv ρ>0.8shi ,suo dui ying de zui jia φ_pjin shi deng yu φ_g,dang ρ<0.8shi ,φ_pjin shi wei φ_g+3;dui yu INSAqing jiao mei nian diao zheng 4ci de san qing jiao MP-VPV-k/θ_a(3T-MP-VPV-k/θ_a),3P-、5P-、7P-VPV-k/θ_a(k=1he 2)de zui jia θ_abi dui ying de 1T-MP-VPV-k/θ_ade xiao 0.5~ozuo you ,φ_pyu dui ying de 1T-MP-VPV-k/θ_aji ben xiang tong 。yu 1T-MP-VPV-k/θ_axiang bi ,3T-MP-VPV-k/θ_ade nian fa da dian liang gao 5-7%;yu lei shi de gu ding tai yang neng guang fu ji tong xiang bi ,zai tai yang neng zi yuan feng fu de de ou ,dang ρ>0.8shi ,MP-VPV-1/θ_ade nian fa dian liang zeng jia ji shu da yu C_g。shi yan yan jiu biao ming :yu gu ding guang fu zu jian de shui beng ji tong xiang bi ,na bei qing xie zhou san dian gen zong guang fu shui beng ji tong (3P-PVP)de ri cai guang liang zeng jia 22%,ri chou shui liang zeng jia 55%;yu shuang zhou gen zong de guang fu shui beng xiang bi (2A-PVP),3P-PVPde ri chou shui liang da dao 2A-PVPri chou shui liang de 97%。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自云南师范大学的唐晶晶,发表于刊物云南师范大学2019-10-16论文,是一篇关于光伏水泵论文,单轴多点太阳跟踪论文,型槽聚光器论文,系统性能论文,设计优化论文,云南师范大学2019-10-16论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自云南师范大学2019-10-16论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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