太阳电池阵弧形基板结构振动分析及优化设计

针对弧面型太阳电池阵新型基板结构,在满足结构安全的前提下以多参数轻量化设计为目标。本文基于等效板理论获得弧形太阳电池阵基板的各向异性等效性能参数,建立新构型太阳电池阵基板的三维有限元数值模型,并通过正弦扫频振动试验验证了模型的可靠性,进而初步实现了结构薄弱区域定位。最后结合工程实际,基于参数化建模结合多目标迭代优化的方法,分析结构在典型随机振动载荷作用下的最大应力随各特征参数的变化规律,从而获得满足结构安全条件下的补强优化方案,相比于原始结构,可使面板最大应力下降21%,若加强结构为单向无纬布,结构最大应力可进一步下降15.6%,为新构型太阳电池阵基板的轻量化设计提供支撑。

基于差分进化的塔式太阳能定日镜场布局优化

为提高塔式太阳能的辐射反射效率和发电性能,需要对定日镜场进行布局优化。采用日平均年光学效率的方法,计算分析定日镜年均余弦效率、大气衰减效率、截断效率及最大光学效率,为后续定日镜场的布置及优化提供评价指标。以西班牙Gemasolar塔式电站为例,采用密集campo的布置方法进行镜场初始化,验证了布置方法的高光学效率和高可靠性。采用差分进化算法对镜场进行优化,镜场年均综合效率由56.99%提高至59.03%,提升了3.58%,验证了该方法的有效性。

全碳纤维复合材料太阳能无人机机翼结构优化设计

针对大展弦比太阳能无人机的性能要求,开展碳纤维复合材料太阳能无人机机翼的优化设计。选用NACA4412为基准翼型,利用xfoil软件作为气动计算软件,基于NSGA-Ⅱ优化算法进行翼型优化。在此基础上对机翼进行三维建模,采用CFD软件进行气动特性分析,并利用ANSYS Workbench静力学模块对机翼进行流固耦合分析。结果表明:翼型优化后,升力系数提高4.20%,阻力系数降低8.74%,升阻比提高14.18%;在气动载荷作用下,从翼根向翼尖方向压力逐渐增大,翼尖处最大压力相对外界大气压力为242 Pa;在外载荷作用下,最大应力显示在翼根附近,为61.397 MPa,翼变形的最大值为40.262 mm,整体满足太阳能无人机的允许变形量在5%以内即翼尖变形不得大于半翼展长度值的5%的刚度要求。研究结果可为碳纤维复合材料太阳能无人机设计和研制提供理论参考。

三体复合动力无人艇的太阳能铺板结构优化

太阳能铺板结构优化有利于解决局部应力、变形过大的问题,对三体复合动力无人艇的研究具有重要意义。本文建立太阳能铺板局部有限元模型,计算原结构的应力和变形量,基于多优化目标综合评估各优化方案的效果,得出最优方案。计算结果表明,所提出的优化方案在不损失布置面积的前提下,使结构最大应力降低了60.2%,最大变形降低了70.52%。该优化方案可大幅度降低太阳能铺板最大应力和变形,解决了局部强度问题,为复合动力无人艇结构设计提供了新的思路。

基于图像处理技术的太阳神鸟图几何结构分析

为揭示并破译太阳神鸟金箔图案可能存在的历史与文化内涵,利用图像处理技术对图案的几何结构进行定量研究和分析。首先,利用最小二乘法结合等角螺旋的数学表达式对图案内层弧形旋转芒纹进行拟合。其次,在猜想图案几何结构的基础上得到重构图形,利用弦点距离累积技术检测出图案所涉内、外两组角点,通过计算内、外圈角点到中心的径向距离相对于重构图形中两内切圆半径的误差平均值,定量验证相关猜想的合理性。实验结果显示:太阳神鸟图案内层的弧形旋转芒纹对应等角螺旋结构,内、外圈角点到中心的径向距离相对于重构图形中两内切圆半径的误差平均值都在5.3%以内,证明了图案与古代历法的关联性。

多层结构聚丙烯酰胺水凝胶太阳能蒸发器的制备及性能

优化设计太阳能蒸发器的结构并提高光热转换效率是改善其蒸发性能的有效途径。本工作基于原位自由基聚合反应,设计了一种多层结构的聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶太阳能蒸发器并研究了其性能。该水凝胶由底部PAM/纳米纤维素(PAM/CNF)水运输层、中部PAM/碳纳米管/氮化钛(PAM/CNTs/TiN)光热转换层以及顶部“孤岛”状PAM/空心MXene微球(PAM/HSMX)构成的粗糙表面层组成。这种设计构建的PAM/CNF-PAM/CNTs/TiN-PAM/HSMX多层结构水凝胶太阳能蒸发器(ML-SVG)不仅能够提高光热转换效率,减少热量的损耗,而且促进了水分的运输,从而赋予ML-SVG优良的蒸发性能。ML-SVG在2kW·m^(-2)太阳光照射下的蒸发速率达到2.2kg·m^(-2)·h^(-1),同时具有优良的循环使用性能,高效的污水净化和盐水淡化性能。

具有陷光结构的半透明有机/铜锌锡硫硒四端串联太阳能电池

采用半透明有机太阳能电池和铜锌锡硫硒太阳能电池构成四端串联太阳能器件,并且利用表面具有微型金字塔结构的微米聚二甲基硅氧烷(PS-PDMS)膜的减反射作用来提高太阳能电池的效率。为了研究PS-PDMS的尺寸和放置位置对四端串联太阳能电池性能的影响。制备了尺寸分别为18μm、14μm和9μm微型金字塔结构的PS-PDMS薄膜,比较了不同尺寸下PS-PDMS薄膜的减反射效果,发现9μm尺寸的PS-PDMS薄膜的减反射效果最好。将9μm尺寸的PS-PDMS薄膜用在四端串联太阳能电池的底电池时,四端串联太阳能电池具有最佳效率。最终获得了效率为11.26%的四端串联太阳能电池。与单结铜锌锡硫硒太阳能电池相比,四端串联太阳能电池的最佳效率提高了27.51%。

槽式太阳能热发电站中集热管摆动支撑的结构分析

在槽式太阳能热发电站中,集热管作为镜场的核心部件,其热性能及其支撑装置的结构可靠性直接决定了整个槽式太阳能热发电站的热效率和经济成本。通过对槽式太阳能热发电站中集热管支撑装置中几种摆动支撑结构的优劣进行对比,选出了最优结构形式,并计算分析了集热管运行过程中摆动支撑的受力情况,以期为集热管摆动支撑的进一步创新设计提供借鉴。

正X机身四旋翼太阳能无人机结构设计

设计了一款正X机身的四旋翼复合材料太阳能无人机。基于流固耦合方法分别分析该型无人机各组件的气动特性、强度特性和失稳特性,并结合3D-DIC方法开展碳纤维杆件结构静力学试验。结果表明:搭载光伏组件可有效提升四旋翼无人机的稳定悬停时间;在额定工况下,机身所受载荷不会随着飞行角度发生较大变化;在垂直飞行时,其载荷集中在中心区域;通过屈曲分析得到无人机的最大爬升速度为4 m/s,此时,泡沫板、主梁和太阳电池均满足强度要求;仿真结果与静力学试验结果的相对误差为15%,可满足工程设计的要求。

基于蛾眼仿生结构的钙钛矿太阳电池表界面光学调控

采用时域有限差分法(FDTD)和严格耦合波分析(RCWA),系统研究蛾眼仿生结构对钙钛矿太阳电池表面和界面的光学调控特性,同时通过等效介质理论(EMT)分析其中的增强机制。结果表明,蛾眼结构的引入可有效打破材料之间的界面限制,使折射率从突变转向梯度渐变,光波可几乎不受阻碍的穿过两种材料的交界面。经过优化调控,表面和界面的光学损失分别从3.52%和3.30%降到0.08%和0.06%,钙钛矿太阳电池的光电响应性能明显增强,转换效率相比平面电池提升14.93%。

面向某太阳能无人机机翼的梁结构设计制造与验证

太阳能无人机机翼具有典型的低翼载荷、大柔度、大展弦比特征,翼梁作为机翼的主承力结构,其承载能力与重量要求十分严格。如何提高翼梁结构承载效率,达到承载能力与重量的综合平衡,并实现大尺寸复合材料翼梁的整体化设计与制造,是太阳能无人机翼梁结构研究中的关键技术问题。本文首先针对太阳能无人机复合材料翼梁设计提出了一种快速选型及优化设计方法,该方法通过计算梁不同截面的承载能力来确定设计参数,同时考虑了铺层对称性、应变约束及稳定性约束,能够避免在方案阶段建立全机有限元模型并进行反复迭代计算,从而提高了翼梁结构的设计效率。其次,针对大尺寸复合材料圆管梁结构,提出了一种新型的专用成型方法,基于阴模成型实现了翼梁整体化制造并保证了制件成型质量,为类似的大型复合材料结构的制造工艺提供了参考。最后,开展了2 m量级圆管梁静力试验,典型截面的应变结果与设计结果误差不超过10%,验证了此快速优化设计方法的适用性。

背界面纳米光子结构提高透明导电氧化物基超薄Cu(In, Ga)Se_(2)太阳能电池电学性能的理论探究

透明导电氧化物(TCO)基超薄Cu(In, Ga)Se_(2)(CIGSe)太阳能电池具有建筑光伏一体化的潜力,然而由于背肖特基结的存在,其增大背复合速率S_b在提高空穴传输的同时也增加了光生电子背复合,从而抑制了其性能的提高。本文使用1D-SCAPS软件对背界面纳米光子结构(NPs)如何提高电池的性能进行理论探究,结果表明,背界面NPs的引入产生了复杂的电学效应。一方面,NPs本身不吸收光能,从而降低了背界面附近的有效光吸收体积,导致背界面光生载流子浓度降低,光生电子的背复合显著降低;另一方面,NPs的引入增加了吸收层厚度,导致空间电荷区(SCR)远离背界面,降低了其对光生电子的收集效率,增加了背复合。在高背复合速率(S_(b)=1.0×10^(7)cm·s^(-1))下,光生载流子浓度降低产生的背复合降低大于SCR移动产生的背复合增加,因此总体的背复合降低。与此同时,背复合的降低还缓解了高S_b时的光生电子损耗,从而解除了随S_b增大而增加的背复合对电池性能的抑制。这些发现为设计和优化TCO基超薄CIGSe太阳能电池提供了参考。

半透明钙钛矿太阳能电池的研究进展

半透明太阳能电池因其在发电窗户、建筑集成光伏、农业温室等领域的巨大潜力而受到越来越多的关注.钙钛矿因其优异的光电性能和通用的制造方法成为了半透明太阳能电池光吸收材料的理想候选.半透明太阳能电池具有高透明度、颜色可调性等优异性能.因此,为了保证光电转换效率的同时实现良好的透光性,科学界需要继续解决器件结构设计、吸光层和透明电极材料等问题.分析半透明钙钛矿太阳能电池在电极设计、有源层调控以及器件结构的最新研究进展,并探讨半透明钙钛矿太阳能电池当前所面临的问题和未来发展方向.

风能和太阳能清洁能源的发展现状与挑战

风能和太阳能作为技术较为成熟且装机规模较大的可再生清洁能源,其发展是推动能源结构绿色低碳转型的关键。2023年,全球新增可再生清洁能源发电装机达510吉瓦,其中太阳能光伏发电占四分之三,成为绝对主力。得益于太阳能和风能发电装机的快速增长,全球可再生清洁能源发电量占比首次超过30%。中国风能和太阳能资源丰富,风能和太阳能可开发量分别为10.9~20.1太瓦和45.6~58.9太瓦。

致敬远方的英雄:论歌剧《太阳雪》的戏剧创作特色

歌剧《太阳雪》的文学剧本创作以裘山山的长篇小说《我在天堂等你》为依托,节选精彩段落重新组合,将庞大的小说织体结构精炼浓缩。运用四重编创手法,挑选适宜歌剧演绎的剧情线索和人物形象,形成具有回旋变奏曲式的戏剧结构。作为歌剧剧本的特殊属性,编创者时刻以歌剧思维统领全局,使剧本具有歌唱性、音乐性、戏剧性。在字里行间展现出中国军人不辱使命、英勇顽强的伟大精神。

高精度准直式太阳模拟器光机结构设计

为了实现对卫星控制系统中太阳敏感器的高精度地面标定和测试,提出一种真实模拟太阳光辐射特性的高精度准直式太阳模拟器设计方案,根据模拟器热功率高的特点,对氙灯与组合聚光镜、转向平面反射镜、光学积分器等主要组成部分进行了详细的光机结构与热控结构的设计。运用Ansys软件进行热学仿真分析,保证热控结构设计的合理性与最优性。通过实际检测,设计的太阳模拟器可以真实地模拟太阳光辐射特性,准直角小于32′,辐照面小于Φ100 mm时,不均匀度优于±1.6%;辐照面在Φ（100~300）mm时,不均匀度优于±4.2%,满足对高精度太阳敏感器的地面标定和精度测试。

考虑太阳辐射作用的砌体结构温度场

为探讨砌体结构的温度裂缝机理 ,对砌体结构的温度场进行了研究 .由通用有限元软件 SAP AL OGOR的稳态温度场计算结果得出砌体结构的温度分布规律 ,提出了简化的计算方法 ,即对墙体和屋面分别按独立的一维问题进行计算 .推导了一维瞬态温度场的隐式差分公式 ,取消了时间步长和空间步长的相互约束 .编制了程序进行计算 ,所得墙体计算结果与实测资料相吻合 ,表明该计算方法是简洁可行的 ;同时 ,利用该方法可为砌体结构的温度应力计算提供可靠的温度参数 .

基于差分进化算法的太阳自动跟踪控制方法

为在浮空器平台上实现对太阳的准确跟踪,分析目前太阳能光伏发电系统中常用的跟踪方法和浮空器上太阳跟踪装置的特点,阐述被动式太阳跟踪方法和差分进化算法的原理。由于浮空器平台的不稳定性,在ZieglerNichols(Z-N)法整定PID参数的基础上,运用差分进化算法对PID参数做进一步优化,可实现太阳能的充分利用,减少动态跟踪时驱动电机的能量损耗。仿真结果表明:该控制方法可改善系统的动态特性,使系统的鲁棒性更强,为工程应用提供可靠的理论依据。

超轻质太阳能电池嵌入式结构设计

文章提出一种用于太阳能飞机的超轻质太阳能电池嵌入式蒙皮结构,以硬质聚氨酯泡沫作为机翼上蒙皮,太阳能电池片胶接在蒙皮上。对具有多块太阳能电池的嵌入式结构进行有限元分析,随着粘接点数的增加,结构的应力和位移均减小,当粘接点数增加到16点以后,应力和位移变化不大。通过增加硬质聚氨酯泡沫的厚度或利用玻璃纤维带进行局部加强均可改善结构的刚度,但后者效果更为明显。通过优选玻璃纤维带的参数,嵌入式结构的刚度有了极大提高。

相变墙体应用于轻钢结构太阳房的研究

阐述了轻质相变墙体的制备和热工性能分析,详细介绍了在西宁地区某轻钢结构被动式太阳房中的工程设计及应用情况,通过在无采暖设备情况下进行了室内环境温度的测试,评价采用轻质相变墙体的轻钢结构建筑作为被动式太阳房设计和使用的实验效果。实验结果显示轻质相变墙体应用于轻钢结构试验房,增大了建筑的蓄热能力和热惰性指标值,能有效对太阳热能进行储放,与普通轻钢结构试验房相比较,显著改善夜间室内热环境。