燃气轮机耦合聚光光伏光热冷热电联供系统性能评价与优化研究

基于天然气的稳定、连续、热值高、运输便捷和太阳能的清洁、环保、可再生的优势互补,提出了一种微型燃气轮机耦合低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)的冷热电联供系统。建立了以一次能源节约率、二氧化碳减排率、年度总成本节约率和[火用]效率为目标的优化模型,并采用强度帕累托进化(SPEA-II)优化算法与优劣解距离法(TOPSIS)和权熵法结合的决策方法综合求解模型,获得Pareto最优解。结果表明:当LCPV/T面积为48.09 m^(3),LCPV/T体积流量为50 L/h,低温水源热泵容量为80.41 kW,高温水源热泵容量为250.03 kW,燃气锅炉容量为400.11 kW,余热回收锅炉换热效率为96.07%时,冷热电联产(CCHP)系统综合性能最好。优化后,系统全年平均一次能源节约率、二氧化碳减排率、年度总成本节约率和(火用)效率相较于优化前分别提升7.11%、6.46%、4.35%和5.64%。

1MW高倍聚光光伏发电并网系统的设计

本文选云南石林地区为电站场址,通过对高倍聚光光伏组件选择、光伏阵列运行方式选择、光伏阵列设计及布置方案、并网逆变器选型等光伏发电系统构成方面进行了研究设计。分析得出该电站的理论年发电量为170.07万kWh,具有良好的经济效益和环保效益。

一种高倍聚光光伏系统中太阳电池冷却的实验研究

针对高倍聚光光伏系统电池片发电效率受温度制约的问题,设计并搭建一个双轴跟踪的碟式聚光光伏发电系统,并进行户外实验。系统采用两相闭式虹吸热管为三结Ga In P/Ga In As/Ge太阳电池进行散热。研究结果表明:在聚光比为150,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,热管中水的充注率为30%时,电池片温度与热管蒸发端平均温度最低;在充注率为30%,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,随着聚光比的增大,电池和蒸发端的平均温度也随之增大;同时,电池片与蒸发端底部的温差较大,特别是在高倍数聚光工况下。所收集的数据可对碟式聚光光伏系统散热问题的研究提供一定的参考价值。

基于Ⅲ-Ⅴ多结电池高倍聚光光伏系统的技术进展

首先详细介绍了Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池的最新发展,包括电池效率的发展现状和预测以及具备提供这种电池的公司总结;然后介绍了国内外在研发基于Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池高倍聚光光伏系统方面有代表性的研究机构的最新状况;接着总结了高倍聚光光伏系统冷却技术的最新进展;最后对高倍聚光光伏技术进行了展望。

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实:该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善了菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。

太阳能高倍聚光光伏电——热联产复合系统的研究

本项论文以提高太阳能综合利用效率为目标,围绕高效太阳能光电-光热复合利用的理论建模问题,在太阳能高倍聚光光伏发电技术的基础上,发展高效太阳能光电-光热复合利用技术。在提高太阳能综合利用效率的同时,解决高倍聚光光伏发电中太阳能电池冷却这一瓶颈问题,为太阳能利用开辟了一条新的途径,具有广泛的应用前景和重要的社会意义。

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。

基于聚光光伏电池系统热管式换热器的数值研究

针对在高倍聚光下光伏电池效率受表面温度的影响,文章对聚光光伏电池系统中耦合翅片热管散热器进行了数值模拟研究。在水冷、风冷情况下,研究了热管散热器的翅片数量、分布、流体流量对电池效率、温度表面均匀性的影响,并将研究结果与普通散热器进行比较。结果表明:水冷型热管散热器的电池表面温差较低,均匀性和电池效率较高;在流量为0.64 m/s,翅片间距为1.5 mm,翅片厚度为0.4 mm的工况下,电池的综合性能最优,表面温度为314 K,温差小于1 K,均匀性良好,电效率为31.25%,热效率为66.03%。

高倍聚光光伏模组中菲涅尔透镜沿光轴方向的光照非均匀性变化及影响

对于菲涅尔透镜作为主要聚光器件的高倍聚光光伏模组,应用中通常把多结电池放置于透镜焦平面处,然而光学系统非理想性造成焦平面处的光照非均匀性,会影响三结电池及模组整体的输出特性。通过光线追踪模拟和三维三结电池网络模型,分析沿光轴方向不同位置菲涅尔透镜聚光光照非均匀性的变化,以及对高倍聚光光伏模组的影响机理和优化。结果表明沿光轴填充因子与光照非均匀性有密切关系,沿光轴不同程度的光照非均匀性导致不同程度的横向电流,填充因子随之发生变化,在远离焦平面的位置存在更优的填充因子,提升最大输出功率。实验结果也很好地验证了模拟的结果,结论对实际应用中高倍聚光光伏模组的结构优化有参考意义。

基于棱镜二次聚光的高倍聚光模组聚光特性与三结电池光谱响应匹配与优化

目前Ⅲ-Ⅴ多结高倍聚光(HCPV)太阳电池实验室效率记录已高达46%,而相对应的模组效率与之相差仍较大,其中由于模组中聚光非理想性引起的损失就高达20%.本文通过建立光学模型和非均匀光照的三维电池电路网络模型,以Ⅲ-Ⅴ族三结电池为例,研究了菲涅耳透镜一次聚光、棱镜二次聚光的HCPV模组的聚光特性和光电特性.结果发现.由于光线非平行入射和-菲涅耳透镜的色散现象,使得沿光轴方向短、中、长波段聚光发散及聚光不均匀,从而造成了三结电池的上、中、下各子电池光谱响应失配损失,模组光电转换性能下降;进一步,通过采用棱镜二次聚光,能较好地改善聚光和温度均匀性;通过对光轴方向上短、中、长波段的聚光特性与三结电池光谱响应匹配优化,使得模组输出功率提高10%以上.模拟结果己得到实验验证.

一种新型聚光光伏组件的光学设计

传统的聚光光伏组件(CPV)采用菲涅耳透镜聚光或者大型反射式聚光。这些组件的尺寸较大,不利于聚光光伏组件的小型化与模块化。该文主要设计制作了一种新型平板反射式聚光器,并应用到聚光光伏系统中完成相关测试,上述工作均在顺德中山大学太阳能研究院完成。该文提出了一种新型的平板反射式聚光器的设计方法。文章首先介绍聚光器的建模方法,然后进行软件模拟与分析,最后制作聚光器并组装成聚光光伏组件(CPV)进行相关测试,组件的结构设计也将详细介绍。测试结果表明通过该光学设计方法能够灵活,有效的设计适应不同应用要求的反射式聚光器。

高倍聚光技术的特点

作为公共事业级的并网发电技术,高倍聚光已经进入了商业市场。高倍聚光的基本原理是利用相对廉价的聚光光学系统来替代昂贵但是高效率的Ⅲ-Ⅴ半导体芯片,使得它在发电度电成本上与光热技术和通常的平板(晶硅)系统具有竞争力,特别是在一些高辐射度的地区。

高能流密度下太阳能密集光伏组件射流冲击冷却特性

针对高能流密度下密集阵列光伏组件的冷却控温问题,采用模块化阵列射流冲击装置实现电池控温。基于Fluent软件对密排光伏组件阵列射流冲击换热进行数值模拟,研究不同射流孔径、冲击间距比与射流孔长径比等关键参数对其电池冷却的影响特性,综合分析了质量流量和能流密度变化对其冷却效果和所获电能的影响规律。结果表明冲击间距比对电池的换热效果存在最优值,在本文范围内h_(3)/d=4.5时换热效果最佳,但随着孔径的增大其换热均匀性有所下降;射流孔高度增大,换热效果和电池表面温度均匀性均降低;随着电池表面聚焦能量增加,其发电功率将成比例增加,而电池温度仅有小幅度升高;随着质量流量的合理增加,电池温度大幅度降低,且所产生的压降功耗基本不变。该文工作能为高倍聚光密集阵列光伏组件的高效均匀控温设计提供基础。

低倍聚光光伏光热系统热性能分析

以跟踪式低倍聚光光伏光热综合利用系统为研究对象,建立了其热损失模型,计算了系统稳态热性能并选择了稳态测试条件进行实验验证。结果表明,实验热效率平均值为52.20%,理论热效率平均值为53.95%,理论与实验吻合较好,模型准确可靠。在热损失计算中,电池玻璃盖板表面反射热损失最严重,占总能量的17.63%,聚光器热损失占14.98%,辐射和对流热损占3.21%。因此提高该系统热性能主要应从提高电池玻璃盖板的透光率和聚光器反射率两方面进行。

国内太阳能聚光PV/T系统聚光器的研究进展

介绍了太阳能聚光光伏光热一体化(PV/T)系统聚光器的分类、国内研究现状,分析了目前聚光器设计中的3类曲面形式、聚光方式及其特点、主要材料等关键问题,总结了各类聚光器的数值模拟或实验研究的结果,并对聚光器的发展进行了展望,提出了聚光器的发展方向。

太阳电池表面镀分光膜的CPV/T系统设计与光学分析

提出一种线性菲涅尔反射聚光分频光伏光热(CPV/T)综合利用系统,其太阳电池表面镀有分光膜,可将不利于光伏发电谱段的太阳辐射反射至热接收器进行光热利用。使用光线追踪法对此系统的结构参数和光学性能进行理论分析,结果表明太阳电池表面辐射能流密度均匀性好,热接收器光线拦截率高,所设计的分光膜能对太阳能进行有效分频利用,使系统结构紧凑,为进一步提高光伏光热系统总效率提供可能性。

太阳能CPC聚光建筑屋顶热电性能及建筑节能的理论研究

提出了一种附带有雨水收集功能的与建筑耦合的CPC聚光光伏系统,该系统主要包括集水箱、CPC、光伏电池板和矩形铝管等。利用集水箱进行雨天补水,晴天放水;CPC、光伏电池板置于屋顶表面,进行高效发电的同时,避免阳光直射辐射造成室内冷负荷增大;光伏板背部的中空铝制基板内嵌于建筑屋顶,其内通有收集的雨水,有效带走光伏余热。分析了冷却水流速和温度、聚光倍数对CPC聚光水冷系统性能的影响,室外空气流速和辐照度对3种不同形式光伏电池性能的影响,以及该系统的经济性。该系统降低了阳光直射屋顶表面所带来的建筑得热,有效降低了室内冷负荷,同时收集了雨水,并获得高品位电能,实现了与建筑的高度耦合及光电光热的综合利用,有效地降低了建筑能耗。

浸没冷却液体对聚光三结电池电性能的影响

为把直接液浸冷却方式应用于采用密排III-V族电池组件的高倍聚光光伏系统,分析了适用于浸没冷却高倍聚光下III-V族聚光三结电池候选液体的种类、液膜厚度对Ga In P/Ga In As/Ge聚光三结电池电性能的影响,探索了该电池在液浸条件下电性能变化的机理.结果表明:不同液体液膜厚度对聚光三结电池短路电流的影响远大于对其开路电压的影响;随着浸没液体厚度的不断增加,聚光三结电池的效率呈现先升高后降低的趋势,在4.0 mm液厚时效率达到最大,其中化妆级白油在此厚度浸没下电池效率可提升8.99%.机理分析表明:薄液膜的存在降低了聚光三结电池表面的菲涅尔反射的光学效应和液体分子的吸附降低了电池表面复合速率的电学效应是引起电池效率提升的主要原因.

基于TRNSYS仿真的不同跟踪方式下CPV/T系统的热电性能及经济性分析

利用TRNSYS软件仿真预测了采用不同跟踪方式的聚光光伏光热(CPV/T)系统在西安、兰州和拉萨这3个地区的全年热、电性能。仿真结果显示,以西安为例,3种跟踪方式中,采用双轴跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率均最高,分别为40%和11.34%;采用单轴东西向跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率次之,分别为35.67%和10.74%;采用单轴南北向跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率均最低,分别为32.19%和10.16%。从动态投资回收期的角度对采用不同跟踪方式的CPV/T系统的经济性进行了评价,计算结果表明,采用单轴东西向跟踪方式的CPV/T系统的经济性最佳,在西安、兰州和拉萨这3个地区,其动态投资回收期分别为4.84、4.93和4.81年;采用双轴跟踪方式的CPV/T系统的经济性次之,在上述3个地区其动态投资回收期分别为5.65、5.69和5.48年;采用单轴南北向跟踪方式的CPV/T系统的经济性最差,在上述3个地区其动态投资回收期分别为6.09、6.26和6.00年。

等厚型平板菲涅尔透镜设计与研究

针对当前曲面菲涅尔透镜普遍存在的加工工艺复杂、面型精度难于控制、制作成本较高等问题,在研究非等厚型平板菲涅尔透镜设计方法的基础上,提出一种中心透镜为球面、外侧环带为倾斜面的等厚型平板菲涅尔透镜的设计方法,给出了具体的设计实例,并进行了建模和光学仿真,模拟结果表明:该菲涅尔透镜设计的光学效率达到90.7%。