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。     

温室聚光光伏/温差联合发电系统的设计与性能试验

为解决温室常规能源供电能耗大及太阳能供电模式利用效率低的问题,该文根据温室特点设计了CPC(compound parabolic concentrator)型聚光光伏/温差联合发电系统,利用CPC型聚光器进行聚光,建立光伏、温差联合发电模式,采用扁平热管作为传热元件,利用水对流给系统冷却。为测试温室聚光光伏/温差联合发电系统性能,对系统的能量转换进行了分析,分析不同光辐射强度、冷却水流量对系统的影响。同时搭建了系统的试验平台,对水冷扁平热管型CPC-PV/TE联合发电系统(compound parabolic concentrator-photovoltaic/thermoelectric hybrid power generation system,CPC-PV/TE)进行试验研究,结果表明,系统联合发电效率大于单独一种发电方式的效率,实现能源的梯级利用。在CPC-PV/TE联合发电系统瞬时性能的试验期间联合效率最大可达到20.06%,发电功率最大值为125.98 W。在全天性能测试期间,CPC-PV/TE联合发电系统全天的发电效率在18.57%以上,CPC-PV/TE联合发电系统发电性能优于已有的联合发电系统,所获得的电能基本满足寒地温室内环境监控系统、照明系统的供电要求。     

太阳能光伏发电技术的发展与评价

该文分析了光伏太阳能的潜力，介绍了光伏太阳能电池、组件、系统等方面的技术现状和发展趋势，根据对光伏系统成本的预测分析了光伏发电的经济性，并且从几个方面讨论了光伏发电对环境的影响，最后提出了光伏发电实际应用的问题和发展前景。     

热开关控制光伏/温差联合发电装置设计提高发电效率

为解决光伏电池板接收太阳辐射发电时板面温度上升导致光电转换效率下降的问题,该文通过温差发电技术对光伏电池板进行主动冷却;同时为解决温差发电技术因温差较小时热电转换效率低下的问题,引入热开关对装置进行控制,并采用扁平热管作为传热单元,利用水对流为系统进行冷却。为测试基于热开关的光伏/温差联合发电装置的性能,分析了不同光辐射强度、不同板面温度、以及不同冷端温度对系统的影响,并搭建试验平台,对联合发电装置进行试验研究。结果表明,装置联合发电效率高于单独一种发电方式的效率,实现了能量的梯级利用。在对装置进行瞬时性能测试期间,发电效率最高达到19.45%,发电功率最大达到32.15 W。在6 d全天性能测试期间,联合发电装置的平均发电效率为17.72%,最高可达18.37%。所获电能基本可以满足农业温室大棚检测系统、远程传感器的供电要求。     

太阳能与发电余热复合沼气增温系统设计

为了实现大中型沼气工程在北方寒冷地区的应用推广。该文针对北方寒冷气候特点,以哈尔滨双城市沼气工程为例构建了1套太阳能-发电余热中温厌氧发酵增温系统,阐述了该增温系统的设计原理,并对沼气发酵热负荷、发电机组余热回收利用率、太阳能集热装置热效率等关键参数进行了理论计算。计算得出该沼气工程全年平均每日热量的损失为6659.2 MJ,太阳能-发电余热中温厌氧发酵增温系统全年平均每日集热量为7017.6 MJ。通过对增温效果与该工程的热量损失进行对比,表明12、1、2月份系统需沼气发电机组额外提供372.2、369.4、208.3 kWh电量增温,其余月份系统可以实现发酵工程每日热量损失的补充,保证该工程的稳定运行。在8月份对示范工程的一次发酵罐体进行了增温效果测试,表明该增温系统在28 d左右可将该发酵罐内物料温度提升到中温发酵水平。该文为北方寒冷地区大中型沼气增温保温设备的配套建设提供参考。     

光伏温差界面热耦合特性及混合发电效率

光伏温差混合发电系统实际应用中因为温差电池布线及存在尺寸误差等原因,部分光伏电池背板与外界进行自然对流及自然辐射换热,光伏温差界面热耦合特性较为复杂,对混合发电效率的影响规律有待探索。该研究通过有限元软件模拟混合发电系统热场分布,研究接触热阻与辐照度在4种温差电池与光伏电池面积比情况下对混合发电系统的影响规律。结果表明：混合发电系统中对光伏电池的降温效果随着温差电池与光伏电池面积比增大而提高,标况条件下面积比为0.25、0.50、0.75与1.00的系统分别降低光伏电池温度11.02%、13.34%、13.80%与23.12%。增大温差电池与光伏电池面积比可以提升混合系统发电效率,降低接触热阻能提升同一面积比系统发电效率,通过仿真分析与试验验证,面积比为1.00的混合发电系统采用高热导率界面材料时具有最高的发电效率。该研究采用市场化电池研究混合发电系统温度及混合发电效率影响规律,为光伏电池与温差电池联合使用提供参考依据。     

基于微热管阵列的太阳能温差发电组件效率影响因素分析

为了提高太阳能中低温利用效率,该文将微热管应用于太阳能温差发电中,制成太阳能光热发电组件,并对组件光热转换效率、热电效率的影响因素进行分析。分析结果表明：集热器在受到外部环境、热损失的影响下,瞬时热效率优于国家规定的太阳能集热效率;在温差为30 ℃时,不同对数热电单元对转换效率几乎无影响;温差越大,热电对数对转换效率影响越大,127对热电单元,在温差为270 ℃时,提高到6.53%,转换效率要比1对热电单元要高出4.12%;相同数目温差发电片采用不同的串并联方式,对发电效率也有较大影响;负载电阻低于2 Ω,4片并联的输出功率最大;负载电阻为1 Ω时,4片并联的输出功率可达0.39 W;负载电阻介于2和15 Ω之间时,2片串联再并联的输出功率最大;负载电阻为5 Ω时,达到0.52 W;负载电阻大于15 Ω,4组件串联时其输出功率最大。     

太阳能温差发电片底部阴影区的补偿设计与性能测试

在利用聚光器进行温差发电时,光线由于受发电部分遮挡,底部会产生一定的阴影区,阴影区域的存在使整体的输出功率不能达到最佳,因此,为进一步提高整体输出功率,该文以抛物式聚光板为例进行2种类型的补偿设计,即平面板式和抛物式。通过一定的数学模型,在获得阴影区域的相关参数基础上进行分析,得到2种补偿类型的最优补偿尺寸、放置位置及角度参数。并以平面板式补偿参数为例,采用Tracepro软件获取相关数据由MATLAB运行,分析了当补偿尺寸、放置角度等参数有偏差时对补偿效果的影响,验证了通过模型分析建立的最优补偿参数的正确性。在2种不同类型的补偿方式模拟中,抛物式补偿效果较优。最后,试验结果表明经过补偿后温差发电片热端温度有所提高,经抛物式补偿热端温度的变化范围为315.14~357.46 K,平面板式补偿后热端温度的变化范围为312.6~453.407 5 K,而无补偿时热端温度变化范围为309.78~448.89 K,而冷端温度在补偿前后三者基本保持不变,在285.12~290.47 K范围内变化。在09:00-14:00测试时间段内,没有补偿时系统输出的功率范围为20.05~28.94 W,经平面板式补偿后输出功率提高至20.36~29.78 W的范围,经抛物式补偿后输出功率提高至21.04~30.35 W的范围。试验结果表明相较于平面板式补偿抛物式补偿的效果较优,且对阴影区域补偿后可以进一步的提高整体输出功率。     

太阳能光伏发电风险评价

具有零排放、寿命长、资源永不枯竭等优点的太阳能光伏并网发电产业逐渐成为当今世界最受关注的新兴产业之一,太阳能光伏并网发电产业风险性评估分析已成为焦点。该文根据太阳能光伏并网发电项目的具体特征,构建了项目风险评价指标体系,应用粗糙集以及模糊层次分析方法对太阳能光伏并网发电项目进行实证分析,结果表明：太阳能光伏并网发电项目基本良好,发电能力稳定性和投资成本大直接受制于该项目的发展建设。对此太阳能光伏并网发电产业应在保持其自身无污染、开发强度大的优点基础上,提高发电的稳定性、降低发电成本、国内自己研发产品原料、提高技术与产品质量。     

独立光伏发电系统在农村的应用

介绍了独立光伏发电系统的原理与构成,通过分析福建农村发展太阳能的自然条件和机遇,并结合一个典型的农村家庭用电需求,阐述了户用独立光伏发电系统的设计,光伏发电系统对于解决无电地区和边远地区的用电问题具有重要意义。     

户用风光互补发电系统设计与经济评价(简报)

湖区渔民远离电网,获得生活用电是提高渔民生活质量的重要方面,风光互补发电系统的应用是解决离网地区电力供应的一个新的选择。以金湖县宝应湖为例,根据当地风能和太阳能资源,对风光互补发电系统进行设计,在确定风力发电机瓦数为150 W情况下,给其匹配85 WP太阳电池组件能满足用户用电需求,对风光互补发电系统进行成本效益分析,表明该系统在此地区推广有其经济可行性。     

基于太阳能烟囱发电系统集热性能试验的集热棚倾角优选

选取太阳能烟囱发电系统集热特性为研究对象,针对太阳能烟囱发电系统在不同集热棚倾角的集热特性进行试验测试。对不同集热棚倾角下蓄热层温度场及集热棚内竖直平面温度场的分布特性参数进行计算分析。通过对呼和浩特地区太阳能烟囱集热棚倾角为0°~40°分别进行比较分析结果表明:在呼和浩特地区10°集热棚倾角在春夏秋季不同太阳辐照强度GHI(global horizontal irradiance)下,蓄热层温度场温度存在最大值且均匀性最佳;竖直平面温度场温度分布最佳;竖直平面内Gr数最大。得出在10°集热棚倾角下太阳能烟囱集热棚内各项集热性能具有最优值。此试验研究为在呼和浩特地区实现太阳能烟囱搭建提供技术支撑。     

菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电输出性能模拟与试验

该文基于直通式微通道冷却的菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电输出性能的仿真和试验进行研究,结果表明,太阳辐照度、聚光元件间的装配距离、入射角及热对流等对系统热电性能的影响较大;太阳直接辐照度为226 W/m2时,菲涅尔透镜与聚光元件间距离增大2 mm后,功率和电效率分别下降0.98 W和7.4%,对于确定的菲涅尔高倍聚光PV/T系统,存在最佳聚光元件装配参数范围;当太阳直接辐照度一定时,冷却工质流量越大,电池表面温度下降越快,但在较高流量时,随着流量持续增大,电池表面温度下降趋势减小;当入射角由0°增大至1°后,系统得热量下降0.25 MJ,在太阳辐照度达到500 W/m2时,输出功率下降6.35 W;试验系统输出性能稳定,且适用于大型系统,该文研究为系统实际运行参数调控提供理论和试验依据。     

温室便携式温差发电系统的设计与试验

为解决在极端条件下,偏远地区温室大棚小功率器件,如节能灯、温度湿度监控系统、数码设备等必要用电设备的随时供电问题。该文设计了一种便携式且可持续供电的温差发电系统。该系统发电结构为一个小型的长方体发电箱,且系统总质量较轻,满足便携性。该系统采用生物质燃烧产生的热量作为热源,使用扁平热管作为导热元件,冷端利用水冷散热。使用ANSYS对系统进行仿真分析,并搭建试验平台,采集并记录相关数据,数据显示该系统热端的最高温度为270.1℃,输出的最大功率为10.7 W,热电效率最大为5.73%;结果表明,该系统具有便携性,热端温度较高,具有较高的热电效率,在极端条件下或偏远地区可实现随时发电,同时为便携式发电系统的研究与应用提供了有力依据。     

太阳能光伏环路热管热水系统光电光热性能试验

为减少建筑热水能耗,该文研究了一种新型太阳能光伏环路热管热水系统。该系统将太阳能光伏光热利用与环路热管有机结合,并以电加热为辅助热源制备生活热水。搭建了室外测试平台,对该系统进行了典型工况及全天性能的测试研究,分析了循环工质充注量对系统性能的影响。结果显示,系统在环路热管运行模式下,夏季工况的光热效率和综合能源效率最高,日平均值分别为62.1%和68.1%;冬季工况的光电效率和综合?效率最高,日平均值分别为13.7%和10.9%。整套系统的综合能源效率和综合?效率略高于环路热管模式。30%充注量的工况更有利于系统光热效率和光电光热综合能源效率的提高,40%充注量的工况则有利于系统光电光热综合?效率的提高。该研究表明太阳能光伏环路热管热水系统在寒冷地区运行性能良好,为系统工质充注量的选择提供了参考依据。     

农村水能与太阳能混合发电系统的设计与应用

针对农村水能和太阳能2种可再生能源混合发电创新模式,该文设计了一种互补型的混合发电系统。在系统特点分析的基础上,构架了总体设计方案。在混合发电系统的设计过程中重点应用了混合直流系统构建技术、光伏谐波抑制与无功补偿技术、共享型微机监控技术等关键技术。核心技术的应用使光伏电站可为水电站提供直流电源和无功补偿、为电网提供谐波抑制;同时通过共享型微机监控技术使水电站和光伏电站共享现有控制单元、数据通讯网络、工作站及服务器,节约了投资成本。实践和计算表明,农村水能与太阳能混合发电系统的设计能够节约一次性投资成本超过50%,并产生长期的谐波抑制和无功补偿效益;每1 kW电量能节约0.4 kg标准煤,减少0.997 kg二氧化碳（CO2）;同时具有保护大坝和节约国土资源等社会效益。