【摘要】： 太陽能熱光伏發電(Solar Thermophotovoltaic,STPV)是目前對太陽光熱綜合利用的又一種途徑。STPV系統較一般太陽能光伏系統的能量密度大、轉換效率高。本文針對某STPV系統,進行了較為詳細的研究。 本文首先在考慮加工水平與成本的基礎上,對STPV系統聚光器進行了合理選型,并根據STPV系統輻射器運行要求初步計算了聚光器的采光面面積。其次,設計了STPV系統中熱光伏轉換器的結構,對其中的輻射器、光伏電池分別展開討論。并采用了光學濾波器、石英玻璃窗口、石英玻璃真空隔熱罩等熱控制方法,以減少熱光伏系統內部能量損失。再次,研究了應用于STPV系統的水冷式散熱器。根據STPV系統的散熱要求,綜合考慮材料、加工、密封、耗功等因素,對其結構進行了設計。借助商用CFD軟件對散熱器的傳熱與流動性能進行了數值模擬,并對其進行了實驗研究,結果表明流動阻力損失與模擬值比較接近,在系統所能達到的輻射器溫度水平下能夠保持電池運行溫度在較低水平。第四,對適合于本STPV系統的自動跟蹤系統進行了機械傳動機構的設計與加工,在綜合考慮各種負載的情況下對驅動步進電機進行了選型與計算。以STC11F16XE單片機為控制核心,設計了采用視日運動軌跡計算跟蹤方式的控制系統硬件電路,并根據STPV系統運行要求編寫了軟件控制代碼。通過單片機系統仿真軟件對所設計的單片機控制系統電路及控制程序進行了仿真調試。并在此基礎上制作了跟蹤系統控制模塊。最后,對整個STPV系統進行了現場實驗測試。從輻射器溫度來看,在實驗時間段內自動跟蹤器跟蹤效果良好,并在系統所能達到的輻射器溫度水平下能夠保持電池運行溫度在較低水平。并對電池輸出水平進行了測量,分析了其與理論水平存在差異的幾方面原因。 【關鍵詞】：太陽能聚光鏡 熱光伏轉換器 水冷卻器 太陽跟蹤系統 單片機控制系統
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 太陽能熱光伏發電系統課題研究目的和意義10
• 1.2 太陽能熱光伏系統簡介10-11
• 1.3 太陽能熱光伏系統研究現狀11-13
• 1.4 論文主要研究內容13-14
• 2 太陽能聚光器選擇與計算14-21
• 2.1 太陽能聚光器原理及選型14-16
• 2.2 采光面積計算16-20
• 2.2.1 太陽角度計算16-17
• 2.2.2 太陽輻射計算17-19
• 2.2.3 采光面積計算19-20
• 2.3 聚光器加工20
• 2.4 本章小結20-21
• 3 熱光伏轉換器研究21-29
• 3.1 熱光伏轉換器整體結構21-22
• 3.2 熱光伏轉換過程22
• 3.3 熱光伏轉換器部件研究22-28
• 3.3.1 能量轉換部件22-24
• 3.3.2 熱控制技術24-28
• 3.4 本章小結28-29
• 4 STPV系統散熱器的研究29-43
• 4.1 STPV系統對散熱器的要求29
• 4.2 散熱器的結構設計29-31
• 4.3 數值模擬與分析31-38
• 4.3.1 數值模擬方法31
• 4.3.2 計算模型建立31-33
• 4.3.3 計算結果分析33-38
• 4.4 散熱器加工與實驗38-42
• 4.4.1 散熱器加工38-39
• 4.4.2 散熱器流動阻力測試39-41
• 4.4.3 散熱器散熱性能實驗研究41-42
• 4.5 本章小結42-43
• 5 太陽自動跟蹤系統研究43-60
• 5.1 STPV系統對太陽自動跟蹤系統的要求43
• 5.2 太陽自動跟蹤系統控制方案選擇43-44
• 5.3 跟蹤機構機械系統44-47
• 5.3.1 支承機構44-45
• 5.3.2 傳動機構45-47
• 5.4 執行元件47-50
• 5.4.1 執行元件概述及初步選型47-48
• 5.4.2 選型核算48-50
• 5.5 控制系統設計50-59
• 5.5.1 硬件電路簡介50-51
• 5.5.2 單片機選型51-52
• 5.5.3 時鐘模塊及程序設計52-53
• 5.5.4 數碼顯示模塊及程序設計53-54
• 5.5.5 按鍵模塊及程序設計54-55
• 5.5.6 信號輸出模塊55-56
• 5.5.7 跟蹤算法研究56-57
• 5.5.8 單片機系統仿真57-58
• 5.5.9 硬件電路實現58-59
• 5.6 本章小結59-60
• 6 STPV系統整體實驗60-65
• 6.1 實驗系統介紹60-61
• 6.2 實驗結果及分析61-64
• 6.3 本章小結64-65
• 7 總結與展望65-67
• 7.1 總結65
• 7.2 展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-71

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