太阳能电池发电系统的分析

2022-09-10

以煤碳、石油等为主的燃料已经相对短缺。这是人类进入本世纪以来摆在面前最重要的挑战之一。节能、减排、环境保护已经迫在眉睫。因此, 为可再生能源的发展带来了历史性的机遇。本世纪的前10年, 太阳能的开发和利用受到社会各方面的普遍重视。如何提高效率成为行业发展的重大问题。通过分析, 提高太阳能电池阵列的可用能效率, 被看作为是进一步降低太阳能电池成本, 提升产出的有效途径。在建立太阳能电池阵列的分析模型基础上, 对系统进行模拟。基于热力学第一定律, 对系统进行定性的能量分析。在设计中, 被关心的是太阳能电池的电气特性。而事实上对于在发电过程中的能量转化同为重要。热力学第一定律认为各种不同形式的能量之间可以相互转换, 而且转化的数量不变[1]。热力学第二定律揭示了能量不仅有数量的大小, 还有“质 (品位) ”的高低。在能量传递和转换过程中, 不可逆性导致能量在“质”上的贬值。

N.Afgan等在文献[2]中认为能源系统作为一个复杂系统需要一系列特殊的方法对其进行评价。因此, 他们提出了应用于能源系统的多准则评判概念。包括资源、经济、环境、技术和社会等五个方面的评价。此文献同时还指出, 能源系统是由一系列零件组成并将初级能源形式转换成为可用的能源形式。因此, 在分析评价能源性能时不可避免地要考虑到系统与环境之间的关系。而且将这个关系进行量化, 则必须考虑到能量的数量和质量。综合前面对概念的分析, 正是一个这样合适的物理量, 可以运用它对能源进行评价, 进而对能源系统进行评价。

在热力学中, 系统的被看作是最大有用功[1], 在英文中亦被泛指为available energy或者maximum useful work[1]。 () 单独从“量”和“质”两个方面规定了能量的“价值”, 建立了人们对能的性质、能的损失和能的转换效率等问题的基本看法, 并提供了能量分析的科学基础。

从与传质、做功和热交换相关的传统热力系统来看, 以的动能和热能存在于再生能源当中[1]。在文献[3]中, C.Koroneos和T.Spachos还认为与传质相关的必须包括三种形式:化学㶲、物理㶲和复合㶲;还从[1]引用了上述三者的表达式。由于本文只讨论太阳能系统, 所以这里仅引用物理的表达式[3]:

式中H为焓, S为熵, xi为第i种成分的摩尔值。上标F为液相, G为气相。

文献[3]还通过分析的概念, 综述了不同形式的再生能源发电系统的模型。但是从公式 (1) 可以看出, 对太阳能发电系统中分析模型仅限于太阳能热电系统, 而不合适于太阳能电池系统。

此外, AS.Joshi等人在2009年综述了一个太阳能电池系统的㶲流和㶲效率的方法。该方法合理地考虑了空气对流和太阳能电池光伏效应偶合, 是用于太阳能电池发电火用分析的最佳适用公式[4]:

ψPV为太阳能电池系统的效率, %;mV为最大输出功率对应的电压, V;Im为最大输出功率对应的电流, A;Tamb为环境温度, ℃;Tcell为电池的平均温度, ℃;Tsun为太阳温度, 5777K;TS为每小时太阳辐射, W m2;A为面积, m2。显然这种方法更靠近于的概念。该文献给出光伏板与环境之间的对流和辐射换热量Q·的计算公式[4]:

其中, hac为光伏板与环境之间的对流和辐射热交换系数, hac=5.7+3.8v。而v为风速, 同m/s。因此, 可将 (2) 式变形成为:

从公式 (4) 中可以看出效率不仅仅决定于公式 (2) 中所分析的太阳温度、环境温度和太阳能电池温度, 还考虑了环境流体与太阳能电池之间的对流换热因素。该对流换热系数hac被看成是风速的函数, 风速越大则对流换热系数越大。

综上所述, 基于对流换热考虑的太阳能电池分析, 公式 (3) 是很合适的分析方法。由此所推导出来的公式 (4) 具有很大实用价值。可以为太阳能电池发电的分析提供参考方法。

摘要:目前能源危机已经成为各国发展的主要瓶颈, 石化燃料的开采和利用已经给地球的有限能源造成了严重破坏, 同时对环境产生了不利影响。这所导致的必然结果就是社会对再生能源的需求越来越紧迫。太阳能作为一种可再生能源的主要形式, 也是将来的一种最重要的能源, 将在各个领域发挥积极的作用。分析的方法即太阳能电力系统的设计、决策、优化方法。

关键词:太阳能,电力系统,分析

参考文献

[1] 曾丹岭, 敖越.工程热力学[M].上海:高等教育出版社, 2002.

[2] Afgan, N.H., M.D.G.Carvalho, and N.V[J].Hovanov, Mod-eling of energy system sustainability index.Thermal Science, 2005, 9 (2) :3~16.

[3] Koroneos, C.T.Spachos, and N.Moussiopoulos, Exergy analysis of renewable energy sources[J].Renewable Energy, 2003, 28 (2) :295~310.

太阳追踪系统设计论文

基于STC89C52单片机的太阳光追踪系统研究

【摘要】本文设计了一种以STC89C52单片机为核心的太阳光追踪系统。我们设计了光电追踪与太阳入射角度计算相结合的追踪方式,实现高精度的追踪控制。为了实现光电跟踪,设计了一种由光敏电阻搭建而成的太阳位置传感器,实现了以STC89C52单片机为控制器的太阳光追踪控制系统的硬件设计,包括系统框架、光电传感器信号处理模块、步进电机模块、外部时钟模块、液晶显示等模块设计以及软件设计。

【关键词】单片机;光电传感器;太阳光追踪

自然光是取之不尽用之不竭的绿色能源。自然光照明既节约大量照明用电,又保护环境,因此如何充分利用自然光进行照明已经成为现在绿色照明的一项重要研究内容。其中,如何提高太阳光利用率,并且实时跟踪太阳的位置以实现光线直射是技术关键。现在光能的应用成为新的研究领域。很多大型建筑中应用太阳光进行“室内采光”已经越来越受到建筑师们的关注,即采集太阳光并利用光缆把它传输到需要的地方,比如会议室、教室、矿井、人防工程、地下商场等。但是,目前太阳能利用效率低的问题一直阻碍着太阳能技术更好的普及。而太阳光自动跟踪装置的研究是提高太阳能效率的重要途径。研究高精度太阳光追踪装置,可以使日光采集的接收效率大幅度提高,从而提高太阳能的利用效率。本文所设计的太阳光自动跟踪装置能够使太阳光保持与太阳光采集器垂直, 保证最大的接收效率, 实现高跟踪精度, 具有一定的实用价值。

一、太阳能追踪系统发展现状

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