槽式聚光太阳能热电联供系统光伏电池阵列特性分析

论文摘要

本文优选适用于热电联供系统且制作成本低廉、性能稳定、跟踪方便、操作便捷和维护简单的槽式抛物反射镜,自主设计制作槽式聚光太阳能热电联供系统。基于光伏电池工作原理,利用单晶硅电池阵列、多晶硅电池阵列、空间太阳电池阵列和砷化镓电池阵列进行实验和理论计算。首先对四种电池阵列的聚光特性进行实验探讨,在理论聚光比为16.92,而实际聚光比只有10.27的2m2槽式抛物反射聚光器上进行实验结果表明,聚光前电池阵列有较好的输出特性参数和特性曲线,聚光后,只有砷化镓输出特性曲线和特性参数较优,晶硅电池阵列的Ⅰ-Ⅴ特性曲线变差,性能参数品质降低,不同聚光倍数实验表明,十片单晶硅电池阵列和十片多晶硅电池阵列的最佳理论工作比为4.23,十六片空间太阳电池阵列的最佳理论工作比为8.46,十片砷化镓电池阵列的效率在目前聚光比下还没有达到最大,其适用于聚光倍数更高的聚光光伏系统。接着对建立的2m2槽式聚光太阳能热电联供系统的性能进行理论计算和实验验证,研究结果表明,采用40片串联的砷化镓电池阵列的系统热电性能较好,系统电效率达到9.51%,热效率为34.38%。电能产生的有用能效益远高于热能,9.51%的电效率产生的有用能占系统总有用能的68.93%,电能为高品位能量,提高系统电效率为聚光太阳热电联供系统的重点。最后着重分析电池阵列聚光特性的影响因素,光伏电池串联内阻对聚光输出性能影响巨大,串联内阻增加1Ω,晶硅电池阵列的输出功率分别减少69.78%、74.93%、和77.30%,砷化镓电池阵列的输出功率也会下降58.01%,串联内阻对电池阵列输出性能的影响应为聚光光伏系统设计和制作的重点之一。光伏电池阵列工作温度也会对输出性能有较大的影响,聚光后,空间太阳电池阵列Pm,FF和η的温度系数分别为:-0.07W/K、-0.007%/K、-0.01%/K:砷化镓电池阵列Pm,FF和η的温度系数分别为:-0.12W/K、-0.10%/K、-0.21%/K,同时高聚光光强还会引起电池阵列的电压下降,输出功率的压降系数为:-20WN,其它因素对系统电性能也有一定的影响。研究工作为系统优化提供参考价值。

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第1章绪论

1.1 课题研究的意义

1.2 槽式聚光太阳能热电联供国内外研究现状

1.2.1 聚光集热系统

1.2.2 聚光太阳能热/电联供系统

1.3 本文研究目的

1.4 本文研究的方法和内容

第2章槽式聚光太阳能热电联供系统结构及光伏电池阵列工作原理

2.1 槽式聚光太阳能热电联供系统结构

2.1.1 TCPV/T系统结构和工作原理

2.1.2 TCPV/T系统性能测试系统

2.2 应用于TCPV/T系统的光伏电池阵列工作原理

2.2.1 光伏电池及其相关原理

2.2.2 光伏电池伏安特性曲线

2.2.3 光伏电池阵列性能分析

2.2.4 光伏阵列性能测试

2.3 本章小结

第3章槽式聚光太阳能热电联供系统理论分析

3.1 建立应用于TCPV/T系统光伏电池阵列数学模型和系统能量传递方程

3.1.1 直流模型方程表述为

3.1.2 电池阵列参数随光强变化方程如下

3.1.3 电池阵列参数随电池工作温度变化方程

3.1.4 槽式聚光太阳能热电联供系统能量平衡方程为

3.2 TCPV/T联供系统电功率、热功率与总功率计算

3.3 TCPV/T系统内腔换热相关基本理论

3.3.1 内部流动强制对流换热实验关联式

3.3.2 管内层流换热关联式

3.3.3 自然对流换热的实验关联式

3.3.4 固体表面间的辐射换热热量

3.4 本章小结

第4章槽式聚光太阳能热电联供系统性能分析

2TCPV/T系统电池阵列性能实验研究'>4.1 2m²TCPV/T系统电池阵列性能实验研究

4.1.1 聚光光强的测定

4.1.2 聚光前后太阳电池阵列的主要参数

4.1.3 不同光强下各种太阳电池阵列的I-V曲线

2TCPV/T系统性能模拟计算与实验研究'>4.2 2m²TCPV/T系统性能模拟计算与实验研究

4.2.1 系统参数和系统性能

4.2.2 电池阵列性能分析

2TCPV/T系统电池阵列性能分析'>4.3 10m²TCPV/T系统电池阵列性能分析

2TCPV/T系统的制作'>4.3.1 10m²TCPV/T系统的制作

2TCPV/T系统光伏电池阵列性能分析'>4.3.2 10m²TCPV/T系统光伏电池阵列性能分析

4.4 本章小结

第5章总结与展望

5.1 本课题工作总结

5.2 研究工作的展望及后续工作

参考文献

作者攻读硕士研究生期间发表的学术论文及参与课题情况

—、学术论文

二、参与课题与项目

致谢

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