光伏组件积灰特性及其透射衰减规律研究

该文以呼和浩特城区的倾斜玻璃板和光伏组件为积灰载体,测试并分析了积灰颗粒的粒径分布、形貌特征及元素组成,研究了太阳入射角与太阳总辐照度变化方向对透射衰减率的影响规律,计算了不同积灰量下由积灰引起的日平均总透射衰减率。研究表明:呼和浩特城区光伏组件积灰颗粒的体积平均径为23.10μm,粉砂质量分数约为72.77%;积灰量分别为2.75、4.59、5.86 g/m~2时,积灰引起的日平均总透射衰减率分别为1.29%、3.42%、4.71%;太阳总辐照度增时段,总衰减率随太阳入射角以类线性趋势正相关变化。太阳总辐照度减时段,总衰减率随太阳入射角以微小幅度先减小再增大,当太阳入射角增至60°时,总衰减率开始线性增大;总衰减率最小值所对应的太阳总辐照度比峰值小168 W/m~2,对应的太阳入射角比最小值小25.5°。该研究可指导呼和浩特城区光伏发电系统除尘方式的选取及除尘周期的预设。     

旱区光伏组件疏水性表面自清洁研究与参数优选

表面积尘会严重影响光伏组件的发电效率,可涂覆疏水性涂层提高其自清洁能力来降低积尘量。该研究将灰尘颗粒视为规则球体,基于颗粒接触力学理论,建立光伏组件表面与灰尘颗粒的黏附力学模型,简化光伏组件自清洁时灰尘的受力模型。采用不同疏水性涂层来改变光伏组件表面参数,计算得到光伏组件的自清洁性能与灰尘粒径、表面性能间的关系。研究结果表明：1）光伏组件表面自清洁性能与表面材料弹性模量和摩擦系数相关。2）清洁200 μm粒径以下的灰尘,光伏组件的表面弹性模量对自清洁性能起主要作用;清洁200 μm粒径以上的灰尘,则表面摩擦系数起主要作用。3）涂覆不同的疏水性涂层,光伏组件可自清洁不同粒径范围的灰尘。4）以中国西北地区为例,灰尘粒径分布为250～500 μm,可选择涂覆弹性模量在0～2 700 MPa内,摩擦系数为0.1的疏水性涂层以提高光伏组件的自清洁能力。研究结果为旱区光伏电站制备及涂覆疏水性涂层除尘提供理论依据。     

考虑光伏组件发电性能的自动除尘系统运行时间优化

该文针对自动除尘系统运行过程中动态遮挡对光伏组件输出特性影响规律和系统运行后除尘效果进行了研究分析,进而指导光伏组件自动除尘系统运行开启时刻与持续时间的设置,以实现最优化的除尘效果。结果表明：系统在横向（清扫毛刷运行过程平行于水平面）和纵向（清扫毛刷运行过程倾角等于光伏组件安装倾角）各运行周期中,清扫毛刷每经过一排电池组均会使光伏组件输出参数按V型规律变化,自动除尘系统上行时清扫装置对光伏组件的动态遮挡面积相对下行过程增加1.6150%后光伏组件输出功率低谷值下降40%左右;自动除尘系统运行效果随积灰量呈正相关变化;各类光伏组件的除尘过程应避开光伏组件有功率输出的时间段进行,根据地区与季节的不同定在日出之前10 min开始运行,可实现最优的除尘效果。     

荒漠环境中电池板表面灰尘颗粒力学模型建立

高海拔荒漠地区电池板表面积灰严重制约着光伏发电效率和光伏组件寿命。该文在分析表面能的基础上,假设接触不变形条件下,依据宏观分子间作用理论分析提出了电池板表面灰尘颗粒粘附受力模型。结合青海共和地区电池板表面灰尘主要成分和粒径组成,给出了灰尘受力参数;计算了灰尘颗粒所受的范德华力、静电力及重力,给出由参数改变引起的灰尘受力的变化规律。结果表明：当灰尘颗粒半径较小时,颗粒与电池板间的主要粘附力为范德华力,当灰尘颗粒半径较大时,重力分量则成为主导粘附力,粘附合力取值范围为10-10～10-8 N;Lifshitz常数和分子间平均间距主要影响的是范德华力;灰尘颗粒总的静电力随灰尘颗粒半径的增大而增大,静电力的取值小于范德华力和重力分量。对灰尘粘附受力大小及其规律的研究,为高海拔荒漠地区光伏除尘提供理论依据。     

多因素耦合的光伏水泵提水系统配置优化方法

为探究提水效率影响因素及系统配置对光伏水泵提水系统性能影响,该研究利用光伏水泵循环提水系统,探究不同辐照强度、阀门开度、提水高度下光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率变化规律,并构建系统流量计算模型,根据该模型计算各个区间的提水量占比及不同提水高度下提水系统的参数,根据该系统整体效率和太阳能利用率确定最优提水高度;在此基础上,通过增加光伏组件面积及蓄水池数量降低提水系统提水成本及提高太阳能利用率,并确定提水成本最低时光伏组件面积和蓄水池数量。研究结果表明：确定光伏组件利用效率随辐照强度变化关系及水泵高效率运行区间,并确定光伏水泵最优提水高度为20 m,太阳能利用率为64.05%,整体利用效率为4.521%,提水成本为0.151元/m³;在最优提水高度的基础上,讨论了增加光伏板面积及蓄水池数量对太阳能利用率与提水成本的影响,当提水成本最低时,光伏板面积为3.71 m²,成本为0.143元/m3,太阳能利用率为90.83%;蓄水池数量为4个,成本为0.145元/m³,太阳能利用率为94.62%,表明增加光伏板面积和蓄水池...     

沙区光伏阵列对近地层风沙输移的干扰效应

沙漠地区建设光伏阵列后,地表吹蚀和堆积过程引起的地貌变化不仅严重威胁到了光伏组件固定结构的稳定,而且间接加速损耗了电板发电功率。为探究沙区光伏阵列扰动下近地层风沙输移特征,在库布齐沙漠中段的200MW光伏电站腹地区域,通过同步测定光伏阵列腹地电板不同部位(板间、板前和板后)和上风向无光伏设施覆盖的流动沙地近地层输沙率,同时利用HOBO小型移动气象站记录观测期风速和风向信息,分析不同风速风向条件下光伏阵列整体阻沙率、局部不同部位风沙流结构及通量模型。结果显示:光伏阵列与风向夹角在–12.30°～82.19°范围内,光伏阵列阻沙率为35.34%～93.02%,当夹角超过45°时,光伏阵列平均阻沙率可达84.63%;随光伏阵列与风向之间夹角增大,板间和板后位置风沙输移高度有向上层移动的趋势,而板前位置则更加贴近地表;双参数指数函数可以较好地模拟光伏阵列内不同部位近地层30cm高度范围内输沙率随高度的变化规律。研究结果有助于认识沙漠地区建设光伏阵列后近地层风沙输移规律,可为科学制定次生风沙危害防治技术方案提供依据与参考。     

CO2浓度升高对湿地松针叶蒸腾特性和水分利用效率的影响

在不同CO2浓度下，测定了湿地松上年生针叶和当年生针叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Cs）和叶面饱和水汽压亏缺（Vpdl）随光照强度的变化。结果表明；Ci和Vpdl随光照强度增强而减小；G5，Pn和Tr均随光照强度增强而增大．在达到光饱和点后G5和Pn随光照强度增强而逐渐减小；WUE随光照强度增强呈先增大，达到最大值后又逐渐减小。Ci，vpdl随CO2浓度升高而增大；Gs和Tr随CO2浓度升高而减小；Pn和WUE在CO2浓度为400～1200μmol／mol时随CO2浓度升高而增大，当CO2浓度升高至1600μmol／mol时．Pn和WUE减小；同时．随着CO2浓度升高，上年生针叶光饱和点提高。     

聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。     

设施农业用槽式太阳能聚光电热联供系统性能分析与试验

该文针对在设施农业中棚顶安装的光伏组件挡光导致棚间距离增加,提出一种可以用在设施农业中的槽式太阳能聚光电热联供系统,通过减少输出额定电功率所需光伏组件的数量以提高设施农业经济性,同时还可以在寒冷季节为作物生长提供热能。该文介绍了该聚光电热联供系统的工作原理,利用光学仿真软件对聚光器的聚光性能进行了仿真计算,搭建了聚光电热联供系统性能测试台,将电热联供系统组件与平板光伏组件工作温度进行了对比,通过改变换热介质流量,分析了系统综合性能效率随换热介质流量变化的规律。结果表明,在约2倍聚光条件下,换热介质质量流量为2.41 g/s,室外平均气温为2℃时,槽式聚光电热联供系统的输出电功率约是平板光伏组件的2倍,系统综合性能效率为69.88%,系统输出水温约为20℃左右。该研究可以为设施农业与太阳能光伏利用技术的高效耦合提供了参考。     

粒径膜厚与控释肥料的氮素养分释放特性

利用专利技术,以芬兰长之道Uki厂生产的粒径分别为2.5～3.0、3.0～4.0、4.0～5.0mm的氮磷钾复合肥制造控释肥料。在25℃和40℃恒温条件下培养0、1、2、3、4、5、6、7、14、21、28、35、42d后测定氮素释放率,以探讨粒径、包膜厚度(膜材用量)、交联剂等对氮素释放率的影响。结果表明,常温和高温下,包膜厚度相同时,氮素释放率随着肥料粒径的增加而明显增加;但氮素释放率随粒径增长的幅度在膜材用量增大的情况下减小。无论是小粒还是大粒控释肥料,其氮素释放的速率随膜材用量的增多而减小。包膜材料添加交联剂可以明显增加氮素释放率,交联剂S的用量对氮素释放率的影响小于交联剂P。同一包膜厚度和单位质量下,用大粒径核心肥料制造的控释肥料可明显减少包膜材料的用量;但要改进大粒径控释肥料的氮素释放率,应利用表面平滑的核心肥料制造包膜控释肥料。     

旋风集尘器外旋流区与内旋流区的流场分布

研究了内旋流加速旋风集尘器外旋流区和内旋流区的流场分布,测量出各旋流区的速度,推导出流场分布的空间向量。实验表明,流场切向速度的分布形式为沿半径方向递减的准自由涡,准自由涡指数为０．５,外旋流区的最小切向速度１５ｍ／ｓ,内旋流区的最小切向速度３２ｍ／ｓ,外旋流区和内旋流区上端轴向速度的分布形式为指数分布,最大轴向速度分别为４．９２ｍ／ｓ和５．５７ｍ／ｓ;内旋流区下端的轴向速度在与中心旋流的交汇处为０,并沿径向以指数递增;各旋流区的径向速度较小,方向向心。     

FIELD OBSERVATIONS OF WINDBLOWN SAND AND DUST IN THE TAKIMAKAN DESERT,NW CHINA,AND INSIGHTS INTO MODERN DUST SOURCES

Despite the importance of desert dust at global and regional scales, its exact provenance is often unclear. The Taklimakan Desert in northwest China is a common source of high‐frequency regional dust storms and is also a large source of global dust production. On the basis of field observations and the determination of the fraction of aeolian dust in surface samples, we characterized the relative intensity of windblown sand/dust processes in the Taklimakan and the volume of dust emitted (PM₁₀) during these processes. Major dust sources were degraded lands on the eastern desert margin, the Gobi and alluvial, fluvial and aeolian sediments occurring on the desert margin. These areas have high PM₁₀ emission capacity due to high‐surface PM₁₀ concentrations and intensive windblown sand/dust activity. Despite having intensive windblown sand activity, the central desert had lower PM₁₀ dust emission capacity (<1·6 kg day⁻¹ m⁻² in spring, <0·08 kg day⁻¹ m⁻² in other seasons) due to lower surface PM₁₀ fraction. The dry Taitema Lake bed was a source of potentially high dust emissions (at least 4·4–17 kg day⁻¹ m⁻² for the monitoring period) due to the intensity windblown sand/dust activities, despite low PM₁₀ concentrations. The dry river beds on the southeastern desert margin had lower dust emission potential due to low PM₁₀ concentrations and windblown sand/dust activity. Most dust emission sources lie in the paths of prevailing winds, leading to aeolian dust transported to and deposited in the desert hinterland or Hotan, Yutian and Minfeng areas, where wind stream convergence leads to high‐frequency dust storms. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

塔里木盆地多种沙源类型沙通量异变特征研究

以塔里木盆地周边地区多种沙尘源地为研究区,通过塔中、肖塘、若羌、策勒四个风沙观测场获取的沙尘暴过程中贴地层风向、风速数据以及风蚀传感器实测的撞击颗粒数等数据计算出各地起沙临界摩擦速度,利用Gillette经典的垂直沙尘通量及Lettau水平沙尘通量公式对若羌、策勒、塔中、肖塘沙尘通量进行了估算,并通过各层实测的梯度风速作为背景值界定出塔里木盆地多种沙源类型沙通量变化比对特征,结果表明:垂直沙尘通量F量级为10-8kg/(m2.s),水平沙尘通量Q量级为10-4 kg/(m.s);风速相同情况下,F若羌最大,策勒次之,塔中、肖塘较小;Q若羌值最大,策勒次之,塔中第三,肖塘最小。垂直沙通量F与风速都表现出较好的线性相关,风速递增,垂直沙通量递增;风速递减,垂直沙通量递减。在风速递增幅度相同条件下,若羌Q值递增幅度最大,策勒次之,塔中、肖塘基本相同。     

荒漠绿洲过渡带飘尘垂直分布特征及其主要气象影响因素

利用激光尘埃粒子计数器,结合气象梯度自动观测系统,于2014年7月植物生长季获取新疆艾比湖湿地国家级自然保护区东大桥管护站附近7个高度（2,3,6,12,15,21,27 m）上6个粒径段（0.3 μm≤x < 0.5 μm,0.5 μm≤x < 1.0 μm,1.0 μm≤x < 3.0 μm,3.0 μm≤x < 5.0 μm,5.0 μm≤x < 10.0 μm,10.0 μm≤x）飘尘浓度和气象数据,探究了该区域内空气飘尘垂直分布特征与主要气象影响因素。结果表明:研究区飘尘各粒径组分中,0.3 μm≤x < 3.0 μm所占比例最高,累计贡献率高达97.6%。飘尘总浓度（0.3 μm≤x）在7个高度上的分异规律为C_3m > C_6m > C_2m > C_21m > C_27m > C_12m > C_15m,表现出中间低两头高的“哑铃效应”。气象—飘尘回归方程反演的飘尘数据与实测数据呈现显著正相关（p < 0.05）,且与实测日变化趋势基本一致。风速对飘尘浓度有极显著（p < 0.01）的双重作用,风速小于临界值有利于飘尘积累,反之促进飘尘稀释,且正反效应的临界值随高度的增加而降低;相对湿度的增加极显著（p < 0.01）地降低飘尘浓度。     

高光谱成像分析植物叶片滞尘前后光谱特征变化

灰霾的监测与治理是迫切需要解决的问题,分析植被叶片滞尘前后的光谱变化特征是灰霾监测的一种有效方式。植物叶片具有吸附空气颗粒物的能力。该文通过获取10种常见树木叶片10月和11月连续26 d的高光谱图像,对比分析每种叶片滞尘前后的光谱特征变化情况,得出滞尘前后叶片光谱变化的基本趋势:1)10种叶片变化趋势基本一致,10种叶片滞尘前后光谱变化明显的区间均表现在500~550 nm、550~700 nm、730~760 nm波段内;2)滞尘前后的叶片红边位置并没有发生改变,滞尘没有对叶片内部生理结构构成影响;3)金露梅和二球悬铃木在765 nm波段处的光谱响应与其它树种存在很大差异;白杜、金银忍冬、紫薇和玉兰在550~570 nm波段区间对于滞尘的敏感度较弱。研究为大气降尘的监测以及灰霾的治理提供应用参考。为进一步通过高光谱探测灰霾典型成分提供理论支撑。     

内旋流加速旋风集尘器混流区与中心旋流区的流场分布

混流区和中心旋流区是内旋流加速旋风集尘器的主要特征之一。该文研究了内旋流加速旋风集尘器混流区和中心旋流区的流场分布,计算出各旋流区的速度,导出流场分布的空间向量。实验表明混流区的切向速度分布为准自由涡形式,准自由涡指数为０．５,在加速气流作用下,混流区切向速度显著增加,最大切向速度２２．６ｍ／ｓ,加速了粉尘分离;混流区轴向速度沿径向递增,最大轴向速度在外边壁处（１．５１ｍ／ｓ）,径向速度为向心向;中心旋流区切向速度为强制涡,轴向速度高达４０ｍ／ｓ,径向速度较小且为离心向。     

Studying the function of ecosystem in preventing aeolian dust emission in the dryland areas of China

Aeolian dust emissions can cause many environmental hazards, like accelerating land degradation and desertification, polluting air, harming human health, and so on. The dryland areas of China (DAC) are hot spots of aeolian dust emissions. To date, many efforts have been paid to researching dust emissions processes and effects, but research studies on ecosystems' function in preventing dust emissions are still very limited. In this study, we investigated the function of DAC ecosystems in preventing dust emissions, and the corresponding driving factors through integrated wind erosion modelling system (IWEMS) modelling. The main results indicate that: (1) from 2001 to 2020, the ecosystems of DAC prevented the emission of dust ~40,554 Tg, approximately 15 times as much as the total actual dust emission (~2776 Tg); (2) the function of DAC ecosystems in preventing dust emissions was relatively strong in spring and winter; (3) grassland ecosystems had the strongest function in preventing dust emissions among all the land cover types, avoiding the emission of dust ~20,857 Tg over 2001–2020; (4) dust emission prevention function provided by the DAC ecosystems benefits almost every region of China, which provides a theoretical basis for formulating ecological compensation policies; and (5) the changes in dust emissions were dominated by wind speed in most areas of DAC.     

稻麦联合收割机降尘系统的设计与试验

稻麦联合收割机作业过程产生粉尘,影响操作者身体健康,同时造成环境污染。为了解粉尘产生状况及成分特性,该研究进行了稻麦联合收割机作业粉尘检测试验。在此试验基础上,设计了一种负压吸尘、滤筒集尘的稻麦联合收割机机载式降尘系统。该系统利用现有稻麦联合收割机动力,可随时更改风机工作参数,以满足多种田间工作条件。通过理论分析确定影响降尘系统工作效率的主要因素为收割机速度、风机转速和环境湿度,试验指标为割台、尾部降尘系统效率,开展三因素三水平试验,构建各因素和试验指标之间的数学回归模型。拟合和优化分析所得试验结果,得到最优参数组合为:收割机速度3.73 km/h,风机转速3 507 r/min,环境湿度56%,此时,割台降尘系统效率为76.8%,尾部降尘系统效率为79.6%,对最优工作参数进行试验验证,验证优化最佳参数组合可行性,降尘系统在较难工作条件下满足降尘要求的最低风机转速为3 332 r/min。该研究可为收割机降尘系统的设计提供依据。     

Dust characteristics and source-sink relations in eastern West Africa (SW-Niger and Benin) and South America (Argentinean Pampas)

In order to quantify dust input and to describe its characteristics under different environmental conditions, and to get information on source-sink relation, dust was collected monthly with bulk deposition samplers (open bucket type) in 2 and 4 m height over a 2—3 years period at different sites in West Africa (SW-Niger and Benin) and in the semi-arid Argentinean Pampas. Dust input, mineralogy (bulk and clay), chemical properties including total element content and particle-size distribution showed a clear seasonal pattern in eastern West Africa. Far-transported Saharan dust in the dry season could be distinguished from local material transported in the rainy season. In Argentina, high sand content of the samples pointed to an important participation of local components in the collected material. This was supported by higher contents of seaborne salts at the coastal sites, and the highest amounts of collected dust at the site of highest wind velocities. Due to the lack of seasonal differences in dust amount and its characteristics, and the aeolian genesis of the Pampas soils, a separation of local material and long-range dust was not possible.     

中国北部沙尘暴现状、成因与防治对策

分析了中国北部荒漠化与沙尘暴产生的根源,提出了防治荒漠化与沙尘暴的对策及今后研究的方向,认为农田和草地沙化应是今后研究的重点。