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聚光光伏发电光学系统优化设计研究

作　者: 林海浩
导　师: 钟英杰
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 太阳能光伏系统遗传算法复合抛物面聚光器
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 474次
引　用: 2次
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内容摘要

利用太阳能聚光光伏发电是解决当前能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题的一种有效方法和途径。在光伏系统输出功率相同的条件下,利用聚光器材料的低成本优势,来替代昂贵的太阳能电池板,降低光伏系统的综合成本,以实现太阳能光伏转换高效性与经济性的统一。针对这一目的本文主要做了如下工作:1.基于遗传算法,对不停电独立聚光光伏发电系统中CPC系统安装倾角进行优化计算,确定杭州市CPC系统最佳安装倾角为41.4°,降低了光伏系统的太阳电池配置功率,从而降低了系统成本。2.分析比较现有的光伏发电系统中太阳能聚光器的优缺点,在普通复合抛物面聚光器的基础上,设计制造二级复合抛物面太阳能聚光器,给出设计理论与计算,建立三维模型,并用TracePro光学软件对所设计的聚光器进行性能仿真模拟。提出了二级复合抛物面太阳能聚光器的性能特点和最优结构形状。3.利用研制的二级复合抛物面太阳能聚光器和太阳能电池相结合,设计制造实验用小型独立聚光光伏发电系统。4.搭置实验台,模拟自然条件下的不同季节(春、秋分,冬至,夏至)进行聚光光伏发电系统的试验,验证遗传算法的优化结果和仿真模拟结论。由于聚光光伏发电系统具有低成本的特点,对于光伏技术进一步的全面推广具有非常重要的意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 中国太阳能资源  9
  1.2 太阳能聚光光伏发电现状及发展前景  9-15
    1.2.1 光伏发电系统简介  9-11
    1.2.2 国外研究项目和示范工程  11-12
    1.2.3 国内研究项目和示范工程  12-15
  1.3 本课题研究目的及主要工作  15-16
第2章光伏发电系统中聚光器的研究与设计  16-28
  2.1 聚光器的分类  16-17
  2.2 光伏聚光器的发展历史和研究现状  17-22
    2.2.1 折射式聚光器  17-19
    2.2.2 反射式聚光器  19-22
  2.3 CPC聚光器的实际应用设计  22-24
    2.3.1 CPC的截取  22-24
    2.3.2 非对称复合抛物面聚光器  24
  2.4 CPC的改进  24-27
    2.4.1 出射角小于π/2的复合抛物面聚光器  24-25
    2.4.2 典型二级CPC设计计算  25-26
    2.4.3 两级CPC截取比的确定  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章二级 CPC安装倾角优化设计  28-44
  3.1 平板型 CPC系统  28
  3.2 CPC系统安装倾角优化中涉及的参数  28-30
    3.2.1 太阳辐射  28
    3.2.2 光照强度对光伏电池转换效率的影响  28-29
    3.2.3 太阳角的计算  29-30
    3.2.4 二级CPC安装倾角  30
  3.3 基于遗传算法的优化  30-35
    3.3.1 问题及优化方法  30-31
    3.3.2 MATLAB遗传算法工具箱  31-32
    3.3.3 基于遗传算法的二级CPC安装倾角优化设计  32-35
  3.4 优化实例及分析  35-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章二级 CPC的建模与结构性能优化仿真  44-62
  4.1 TracePro简介  44
  4.2 TracePro软件的应用  44-45
  4.3 二级 CPC的建模  45-47
  4.4 二级 CPC光线追迹的模拟仿真  47-51
  4.5 正交试验设计  51-59
    4.5.1 正交试验设计简介  51-52
    4.5.2 二级CPC仿真模拟因素和水平的确定  52
    4.5.3 正交试验设计结果的直观分析  52-54
    4.5.4 正交试验设计结果的方差分析  54-59
  4.6 二级复合抛物面聚光器的仿真结果分析  59-61
    4.6.1 第一级聚光器接收半角θ_i对二级复合聚光器的影响  59-60
    4.6.2 第二级聚光器接收半角θ_o对二级复合聚光器的影响  60-61
  4.7 本章小结  61-62
第5章实验验证  62-72
  5.1 实验目的和实验装置  62-65
  5.2 实验方案  65-66
  5.3 实验电路图  66-67
  5.4 二级 CPC安装倾角验证实验数据和结果分析  67-68
  5.5 二级 CPC结构性能验证实验数据和结果分析  68-71
  5.6 本章小结  71-72
第6章结论与展望  72-73
  6.1 结论  72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-76
附录  76-84
致谢  84-85
攻读学位期间参加的科研项目和成果  85

聚光光伏发电光学系统优化设计研究

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