双玻光伏组件PV/T集热器特性及实验研究

利用双玻光伏组件设计了一种新的PV/T(photovoltaic/thermal)太阳能集热器,并对其热转换和传输特性进行研究。制备了透光率分别为50%和10%的2种双玻光伏组件PV/T空气集热系统样机,并对其特性进行实验研究。结果表明透光率50%的PV/T太阳能集热器,其吸热板温度高于双玻光伏组件温度,透光率10%PV/T太阳能集热器中吸热板温度低于双玻光伏组件温度,其最大温度差达到30℃,光伏组件受吸热板温度影响减小,且透光率50%集热系统输出空气温度达94℃,日热效率为49.2%,光伏组件输出效率达到9.5%,具有较好的实用性,实验结果与理论分析结果一致。研究为PV/T太阳能集热器优化设计提供了一种新的途径。

考虑分布式光伏发电特性的CHPV组合优化调度

近年来光伏装机容量逐年提升,为进一步提高光伏的消纳能力,满足居民的电热需求,本文首先分析分布式光伏的发电特性,提出一种由微型热电联供机组和光伏机组的组合机组,简称CHPV组合,构建以运行成本最低为目标的CHPV组合优化模型,采用K-means聚类方法对某地一年的光伏数据进行聚类,生成3个典型的光伏出力场景并代入CHPV组合优化模型中,采用Cplex对本文所提模型进行仿真验证。结果表明,本文所构建的CHPV组合可有效满足居民不同季节下的电热需求和提高光伏的消纳能力。

电网次同步振荡对光伏发电系统的影响分析及抑制策略研究

在电网发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)时,光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的工作性能会受到干扰,影响PV发电系统的稳定性。针对这一问题,文中首先分析锁相环(phase-locked loop,PLL)输出相位扰动对于坐标变换过程的影响,建立计及相位扰动的PV并网逆变器的数学模型,梳理电网SSO对PV并网逆变器产生扰动的机理,并将扰动分为物理扰动量以及误差扰动量;其次,设计改进型PLL以消除相位引起的误差扰动量对PV发电系统的影响;再次,针对不同目标下的抑制效果进行对比分析,同时确定振荡电压特性对控制器产生影响的关键因素。依据上述研究,提出一种基于自适应准谐振控制器的PV发电系统功率振荡抑制策略。最后,通过搭建实验平台,对所提控制策略的有效性进行验证。

积灰对光伏组件性能影响的试验研究及数值模拟

探究光伏组件表面积灰对其输出特性的影响及污秽颗粒在组件表面的沉积规律,有助于制定清灰方案,提高光电转化效率。以置于华北电力大学风机大厅楼顶的光伏阵列为研究对象,进行人工布灰试验,探究了不同积灰量对组件输出功率、电流和电压的影响;为探究某单一因素对污秽颗粒沉积的影响,利用COMSOL软件建立与光伏组件自然积灰试验条件相同的颗粒沉积数值模型,模拟分析了风速、湿度、颗粒粒径和污秽浓度对光伏组件表面污秽颗粒沉积的影响。试验结果表明:积灰对工作电压影响较小,对输出功率和工作电流影响较大,且当积灰密度为5.07 g/m^(2)时,组件输出功率、电流和电压的变化率分别为8.71%、6.48%和0.40%。模拟结果表明:其他条件相同时,颗粒的沉积量随风速和粒径的增大均先减小后增大,在风速3 m/s和粒径15μm时取得最小值;相同条件下,颗粒沉积量均随湿度和污秽的浓度的增大而增大。

光伏模块驱动的基于范德华异质结构的热离子制冷器的性能评估

为了开发高效的太阳能冷却技术,建立了一个由光伏(photovoltaic,PV)模块和基于范德华异质结构(van der Waals heterostructure,vdWH)的热离子制冷器(thermionic refrigerator,TIR)组成的新型耦合系统。在充分考虑内部和外部的不可逆因素的情况下,建立了耦合系统的理论模型,推导了关键性能指标的数学表达式。在此基础上,研究了耦合系统的一般性能特征,并确定了允许系统运行的电压区域。根据计算,最大制冷量和最大性能系数(coefficient of performance,COP)分别为75.88 W和0.49。此外,还进行了灵敏度分析,以得出关键参数对整体性能影响的规律和大小,包括太阳辐照度、有效肖特基势垒高度、层间热阻、外部热阻、热泄漏热阻和热库温度。所得结果可能有助于实际耦合系统的设计和运行。

光伏电池反向模型仿真分析及实验研究

以MATLAB软件为仿真平台,建立了光伏电池反向Bishop子电路模型,不同光照和不同温度下光伏电池电气特性的仿真和实验结果对比证明了该模型的有效性。分析了光伏组件模型各个参数对光伏电池电气特性的影响,对模型的参数提取和实际光伏阵列设计具有指导意义。大面积光伏阵列可能会出现热斑效应,利用光伏电池反向模型,分析了热斑效应形成原因、形成条件以及旁路二极管对热斑效应的进行了仿真分析,为并联旁路二极管拓扑结构的选择提供了依据。此外,仿真分析了实际商用光伏阵列在遮挡情况下所出现的多波峰特性,验证了旁路二极管对光伏阵列的保护效果。

复杂光照环境下光伏阵列输出特性研究

为解决复杂光照环境下集中式光伏阵列最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)的问题,采用太阳能光伏组件的电流方程以及电路分析的原理,对串、并联光伏组件的输出过程进行理论推导,总结出集中式光伏阵列处于复杂光照环境下的输出特性,建立1种复杂光照环境下集中式光伏阵列输出特性的仿真模型。通过计算机仿真以及系统实验,对集中式光伏阵列的输出特性曲线进行分析,仿真、实验结果与理论分析保持一致。

光伏电池实用仿真模型及光伏发电系统仿真

以光伏电池输出特性为基础,给出了一种适合工程应用的行为仿真模型。该模型通过光伏电池的4个标准性能参数拟合出电池输出外特性,通过引入环境条件修正可以得到不同光强及温度下的性能参数以及较为准确的输出特性。采用该方法对不同类型的光伏电池进行建模,将仿真结果与实测结果进行对比,验证了模型的准确性。在仿真环境PSCAD/EMTDC中建立采用最大功率跟踪控制策略的光伏并网发电系统,验证了该模型的静态及动态仿真效果。

规模化光伏并网系统暂态功率特性及电压控制

规模化光伏发电是可再生能源利用的重要形式之一。由并联运行的光伏发电单元及长距离汇集线路组成的规模化光伏发电系统,其暂态功率特性将会显著影响电网受扰行为和光伏并网安全。该文建立光伏发电单元暂态仿真模型,并在PS D-BP A电力系统分析软件中开发完善了仿真功能。在此基础上,指出交流电压受扰跌落时,光伏发电单元具有低电压大电流的运行特征,揭示了长距离汇集线路呈现出暂态无功负荷特性的机理,并评估了影响因素。基于此,提出改善汇集线暂态无功特性的技术措施。针对大容量光伏接入的青海海西电网,验证了差异化整定低压保护参数或主动拉停少量汇集线路2种控制措施对降低大规模光伏低电压无序脱网威胁的有效性。

基于Pspice模拟行为模型的光伏阵列建模

根据光伏电池物理机制的数学表达式,利用Pspice仿真软件的模拟行为模型构建光伏电池的Pspice仿真模型。在此基础上,通过分析光伏阵列和光伏电池的关系及电路等效变换,建立任意功率级的PV仿真模型。该模型可以仿真任意太阳光照强度、环境温度、光伏模块参数及任意个光伏电池串并联组合下光伏阵列的I-V、P-V特性。实验和仿真结果表明,仿真模型的输出特性与实际电池的输出特性基本一致,能较好体现光伏阵列的输出特性。模型的建立为光伏发电系统的动态仿真提供了有效的模拟输入电源。

基于功率闭环控制与PSO算法的全局MPPT方法

基于对现有多峰值最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方法不足的分析,提出一种基于功率闭环控制的动态MPPT跟踪策略。该方法采用功率闭环方式实现全局最大功率点的定位,利用功率闭环控制在P-U曲线上的局部不稳定现象实现P-U曲线的快速全局扫描,克服了峰值点分布及算法参数取值对MPPT动态过程的影响。同时采用电压截止控制克服了功率闭环控制对系统整体稳定性的影响。采用基于粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法的变步长跟踪策略消除了最大功率点跟踪的稳态功率震荡问题。最后,通过仿真与实验验证该方法的可行性和有效性,结果表明,该方法不依赖光伏阵列的已知信息,便可实现静态和动态环境下全局最大功率点跟踪,提高多峰值最大功率点跟踪的动态速度和稳态跟踪精度。

光伏组件封装材料的研究进展

光伏组件已经广泛应用于大型光伏电站和分布式光伏项目,需求量快速增加。在光伏组件中,封装材料的作用是把光伏电池片分别与钢化玻璃和背板紧密粘结起来,避免光伏电池直接暴露在雨雪、风沙及灰尘等外部环境下。封装材料的特性影响了光伏组件的输出效率和使用寿命。重点介绍了光伏组件中使用的主要封装材料如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、环氧树脂、有机硅和聚烯烃的特点及研究进展,并对光伏组件封装材料的发展前景进行了展望。

光伏水泵系统控制方案及其稳定性对比分析

由于光伏阵列的I-V非线性特征,在光伏水泵系统中,驱动电机的控制方式、调节器参数及不同阵列工作点均会改变系统的传递函数结构和参数,进而影响光伏水泵系统的稳定运行。通过建立光伏水泵系统的小信号模型,详细分析系统在光伏阵列不同工作点条件下小信号模型参数的变化规律及稳定性,分别研究和对比V/F控制与矢量控制方式对系统稳定性的影响。理论分析和实验结果表明不同的控制方式对系统的稳定裕度影响差别较大,矢量控制具有快速的功率响应特性,可明显改善系统的稳定裕度。

基于阴影识别的光伏阵列输出特性简化仿真方法

准确绘制光伏(PV)阵列输出特性曲线在光伏发电应用中非常必要。然而,目前的输出特性曲线仿真方法通常将局部遮阴组件等效为整块遮阴并以等效辐照度近似。本文首先分析了辐照度等效对光伏阵列局部遮阴组件输出特性仿真引入的误差,提出了一种考虑局部遮阴情况的光伏阵列输出特性简化仿真方法,然后根据光伏阴影图像特点,详细介绍了阴影识别算法的实现流程。针对实际光伏阵列图像的仿真结果表明,基于阴影识别的光伏阵列输出特性简化仿真方法可以准确且快速地绘制出局部遮阴光伏阵列的输出特性曲线。

南极中山站30 kW光伏发电系统工作特性研究

研究南极中山站地区太阳辐照度和环境温度的联合分布情况,确定极端环境条件;建立不同辐照度和温度条件下光伏电池I-V特性分析模型,分析极端条件对电池发电特性的影响;研究确定2种30 kW光伏发电阵列方案,并对光伏阵列的发电性能进行仿真分析。研究结果:极区环境对光伏组件的发电特性有较大影响,在倾角、辐照度和环境温度等因素影响下,光伏组件的开路电压、最大功率电压能够增大16.9%,短路电流、最大功率电流增大31%,瞬间最大功率可能增大50.2%。

遮蔽条件下光伏并网系统的全局MPPT控制

遮蔽条件下的光伏并网系统其功率输出曲线呈现出多峰特性,采用常规的算法跟踪阵列的最大功率点很可能陷入局部极值点而不能跟踪到全局最大功率点,针对此问题,提出一种基于蚁群算法和扰动观察法跟踪全局最大功率点的方法。采用蚁群算法搜索阵列的全局最大功率点对应的电压并通过并网控制系统的电压外环控制其稳定,在此基础上采用小步长的扰动观察法提高跟踪的准确度。通过Simulink建立光伏并网系统的仿真模型,结果表明,在遮蔽条件下,可以快速准确地跟踪到光伏并网系统的全局最大功率点,提高了光伏阵列的输出功率。

基于MATLAB的光伏电池建模方法的比较

光伏电池的数学模型分为原理模型和工程模型;基于SIMULINK仿真工具建立了两类数学模型的仿真模型,合理地选择参数,得出了光伏电池在不同工作环境下的输出特性曲线。分析比较了两类光伏电池模型特性曲线,仿真结果表明原理模型更精确,但未知参数较多,实用性较差;而工程模型参数少,精确度不高,实用性好。对工程模型精确度不高的原因进行了分析,研究了工程模型中修正系数的典型值,对修正系数的典型值进行调整,改善了工程模型输出特性曲线的精确度,提高了工程模型的通用性。

建筑一体化电热冷联产光伏组件能量特性研究

传统太阳能光伏或光热建筑一体化只能为建筑提供单一电能或热能。通过研究一种集成发电、集热、制冷3种功能的建筑一体化电热冷联产光伏组件,对其夏季工况下能量特性进行了实际检测。结果表明:白天,组件集热同时能有效降低光伏电池温度,组件工作温度高于环境温度约8~16℃,发电和集热效率分别为14.1%~13.7%和40.1%~15.7%;晴朗夜间,组件通过对流和辐射两种传热方式进行散热制冷,总制冷功率为26.0~268.5 W/m^2。电热冷联产光伏组件适合与热泵结合,为建筑提供所需能源。

基于改进扰动观察法的光伏MPPT控制策略

光伏阵列由于受到环境因素的影响,其输出特性的功率-电压(P-V)曲线通常呈现多峰状态。针对传统扰动观察法仅适用于单峰追踪的缺点,将光伏阵列输出特性中的峰值分布规律应用于最大功率点追踪过程中。将扰动观察法用于确定各个峰值点,通过判断峰值点的分布特征从而得到最大功率点的相关数据。通过在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型进行验证,仿真结果表明,改进的算法策略能够从多个局部峰值中找到最大功率点,并具有良好的追踪精度及稳态性能。

基于DDRTS的光伏组件电气特性仿真

依据太阳电池组件电学模型,运用电力系统实时数字仿真系统(DDRTS)软件,搭建了光伏组件模型。结合光伏组件生产厂家给定参数,进行输出特性仿真,验证了光伏发电是与许多参量相关的高度非线性电源;编程实现自定义模型,读入实测数据(光照强度和环境温度),进行光伏组件模型的输出电压、输出电流及出力仿真,通过与实测出力数据比较结果表明,该模型具有较好的精准性,为光电接入电力系统的研究和分析提供了条件。