论文总字数：20025字

摘 要

当前,随着经济全球化进程的迅速发展,环境污染和能源短缺已成为制约人类社会可持续发展的两个重要因素。而太阳能作为一种新型的低能耗，可再生，清洁的能源，未来的前景十分光明。对太阳能利用的早期研究主要集中在光伏发电系统和太阳能集热系统,由于照射到光伏电池表面上的太阳能,大部分转化成了热能,而光电转换效率随着光伏电池温度的升高而降低。因此本文提出了一种微型光伏光热聚光器方案。

首先利用太阳位置的计算公式推导出聚光器中镜子的位置计算公式，建立简易的聚光器模型。

其次利用Soltrace软件进行光学仿真模拟，得出光学仿真模型，并验证之前计算的正确性。

然后从聚光器的聚光比入手,分析了聚光比和各个参数的关系，选出一组优化的参数。依据这些关系式制成的低倍聚光装置适宜于普及,可节约聚光装置成本,增加太阳能利用效率。

最后对光伏光热集热板进行分析，了解光伏光热板的结构，并计算出它不同时间的产热量，为以后设计水冷系统打下基础。

关键字：太阳能；聚光器；光伏光热一体化

Structure design and analysis of micro photovoltaic thermal concentrator

Abstract

At preset,with the rapid development of economic globalization, the traditional energy shortage and environmental pollution have become two important factors which restrict the sustainable development of human society.While as a kind of convenient,cheap, inexhaustible, low-carbon and environmental clean energy,solar energy has an extensive application.The early study of solar energy utilization mainly concentrated on the separate photovoltaic power generation system and solar collector system,due to exposure to solar photovoltaic cell surface of the solar energy, most of the heat energy made the temperature of photovoltaic battery high, while the photoelectric conversion efficiency dropped with the rise of temperature.A micro photovoltaic thermal concentrator scheme is presented by this thsis.

Firstly, the sun location formulas are derived for the calculation of the condenser mirror position calculation formula, simple condenser model was established.

Secondly, using the soltrace software to simulate the optical simulation, and verify the correctness of the calculation before.

Thirdly,A formula of flux concentration ratio is deduced from the geometric concentration ratio in this paper,the paper also analyzed relations of parameters in the formula,and low-concentrating system made according to the relationship is more suitable for widely using,meanwhile,it will decrease the cost for photovoltaic device and increase the power generation capacity.

At last, the PV thermal collector is analyzed, and the structure of photovoltaic thermal plate is understood, and the heat output of the PV is calculated, and the foundation is laid for the future design of the water cooling system.

Key Words:solar energy;concentrator;PV/T system

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2太阳能技术的研究 2

1.2.1太阳能利用形式 2

1.2.2 太阳能光伏光热集成系统 2

1.2.3太阳能聚光器 2

1.3 PV/T国内外发展现状与优点 2

1.3.1国外的发展现状 2

1.3.2国内的发展现状 3

1.3.3 PV/T一体化系统的优点 4

1.4 课题研究内容 4

第二章 微型光伏/光热聚光器数学模型的建立 5

2.1太阳位置的计算 5

2.2镜子位置确定的计算 6

2.3相邻镜子遮挡问题的研究 7

2.4 Soltrace软件的使用 8

第三章 聚光器各个参数对聚光效果的影响 11

3.1接收器的高度对聚光比的影响 11

3.2镜子对聚光效果的影响 12

3.2.1镜子长度对聚光效果的影响 12

3.2.2镜子宽度对聚光效果的影响 13

3.2.3镜子位置对聚光效果的影响 14

3.2.4镜子个数对聚光效果的影响 15

表3-2 镜子的位置参数 17

3.2.5镜子曲率的确定 17

3.3接收器尺寸及安装位置的设计 17

第四章 光伏光热平板集热器 20

4.1 光伏光热平板集热器原理 20

4.2 光伏光热平板集热器的能量分析 21

4.3光伏光热系统的仿真模型建立 22

4.3.1 光伏光热系统的发电效率 22

4.3.2 光伏光热系统的集热效率 23

4.3.3 光伏光热系统的运行参数 23

4.3.4 光伏光热系统能源效率的评价 24

4.4 PV/T平板集热器的计算 26

4.4.1传热系数的计算 26

4.4.2 热量的计算 26

第五章 总结和展望 29

5.1工作总结 29

5.2工作展望 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

能源是社会经济发展的基础，同时也是影响社会经济发展的主要因素。随着社会经济的发展，人类使用的化石能源越来越多，能源对社会经济发展的制约日益突出，对赖以生存的自然环境的影响也越来越大。中国经济社会持续快速发展，离不开有力的能源保障^[1]。我国作为发展中的大国，虽然物产丰富，但能源存储依然不容乐观。2006年的调查显示，我国煤炭资源量有10345亿吨，探明剩余可采储量约占世界的13%，并且能源资源保证程度仅为129.7年。所以对于我国来说，开发可再生能源是一个迫在眉睫的问题。水能、风能、太阳能和核能都是可再生能源的范畴，而水能和风能目前已经开始推广应用，自从日本地震引发核泄漏事件以后，各个国家开始对核能产生了恐惧^[2]。因此,二十一世纪能源发展的必然选择是太阳能。近年来，我国积极倡导对太阳能等新能源开发利用，以减轻对矿物燃料的依赖。于是，我国推出来了一系列政策来促进太阳能的利用。比如：2011年6月1日，国家发展改革委员会颁布的《产业结构调整指导目录（2011年本）》正式实施，在指导目录鼓励类新增的新能源门类中，将太阳能热发电和太阳能热利用放在新能源鼓励类的突出位置^[3]。2011年12月5日，国家能源局组织编制的《国家能源科技“十二五”规划（2011-2015）》正式发布，这是国家能源局成立三年来发布的第一部规划，也是我国历史上第一部能源科技规划,在新能源领域技术领域中，该规划确定高效大规模太阳能热发电技术等能源应用技术和工程示范重大专项^[4]。。2012年3月27日，国家科学技术部编制的《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》正式发布，在太阳能热利用方面，重点研究太阳能热发电和太阳能中温热利用技术与关键设备的产业化技术^[5]。2012年8月6日，国家能源局编制的《可再生能源发展“十二五”规划》正式发布，该规划明确提出了可再生能源发展的目标、任务和布局，对“十二五”时期可再生能源发展进行了全面部署,在太阳能热利用方面，到“十二五”末期，太阳能热发电装机100万千瓦，太阳能热利用累计集热面积达到4亿平方米。初步拟定的四个重点太阳能光热发电试点地区是鄂尔多斯高地沿黄河平坦沙漠、甘肃河西走廊平坦沙漠、新疆吐鲁番盆地、塔里木盆地和西藏拉萨等^[6]。这些政策规划的实施，必将有力促进太阳能利用技术在我国的研究与应用。

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