燃烧供热热光伏系统实验研究

针对未来深空探测供电需求,设计了一套热光伏发电系统,采用丙烷燃烧器模拟同位素热源,并利用低禁带GaSb电池实现了系统的热电转换。研究了气体流量、过量空气系数、回热器性能、滤波器等对辐射器温度及电池输出功率、系统转换效率的影响。结果表明：电池输出功率随燃气量单调增加,而在一定燃气量下,存在一最优过量空气系数使其达到最大值;同时,回热器和滤波器对辐射器温度和电池输出特性有很大影响;本实验系统可以实现最大输出功率密度0.45W/cm 2,系统转换效率2.8%。     

基于热管散热平台的热光伏系统实验研究

针对深空探测同位素电源的发展需求,设计了一套基于热管散热平台的热光伏系统,采用分离型热管实现了热光伏系统的热控要求,并实验验证了热光伏系统的热电转换性能。研究了加热功率、充液量对热管启动特性、壁面温度的影响,分析了辐射器温度、电池温度对系统电输出特性的影响,并对系统的转换效率进行了评估,结果表明：采用热管散热器可有效将半导体电池温度控制于25℃以下,在辐射器温度为1 173℃时,系统热电转换效率达到12.1%。     

光伏水泵提水系统功率补偿器设计

光伏水泵提水系统是一种环保、可持续的新能源提水系统。但是光伏阵列的输出功率既不稳定又不连续,难以实现24 h连续高效运行。由此提出了一种光伏-市电联合供电的提水系统,通过功率补偿器进行协调控制,亦即在光伏出力不足时,自动接入市电进行功率缺额补偿。针对已有的系统为单级电路的特点,分析了现有的功率补偿器方案的局限。提出了一种三相市电经过整流电路后直连直流母线的功率补偿器设计方案;根据设计方案,在MATLAB/Simulink环境中搭建了相应的仿真模型并进行仿真验证;最后,通过试验对功率补偿器的功能、效率等进行了测试,试验结果验证了设计方案的可行性。     

基于预测电流控制的光伏并网系统最大功率点跟踪算法

针对光伏发电的突变性及昼发夜停特性提出一种新型的基于预测电流控制的光伏并网系统最大功率点跟踪(MPPT)算法。根据实际情况考虑光伏阵列的非线性特性,最大功率点周围光伏电压的振荡及逆变器、滤波器的设计等。为了确保系统采用控制算法的稳定性,MPPT的设计应运而生,在此基础上通过改进算法从光伏系统的电压与电流预测基准电流进而控制光伏并网系统。通过与传统的波动相关控制方法对比给出了仿真结果。仿真结果表明:在光照发生突变时,与传统的波动相关控制法相比,提出的改进算法的跟踪速度较之提升9.3%,并能够准确跟踪光伏并网系统最大功率点,且性能稳定可靠。     

基于机翼-帆尾的高纬度跨年驻留太阳能飞机总体参数设计方法

拓展太阳能飞机在较高纬度地区的跨年驻留性能有助于促成太阳能飞机的广泛实用化。建立了适用于任意高度、任意纬度、任意指向的光伏组件面功率模型,并考虑了光伏组件的温度效应,通过能量仿真得出：在方位角跟踪方式下,滚偏角为90°的主动式光伏组件的日均面功率最优。然后在布局与能源综合设计思想指导下,建立了一套基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法,其组成模块包括各部件质量方程、气动效率方程、用于构建气动布局参数与全机光伏组件面功率特性之间映射关系的Kriging代理模型,以及参与总体参数匹配优化设计的量子粒子群优化（QPSO）算法及其多目标评价函数。面向高纬度与跨年驻留的设计指标,开展了机翼-帆尾太阳能飞机的方案实例设计,其中驻留纬度与高度指标分别为45°N和18 km。详细分析了此方案在23.5°N~55°N纬度域内的可持续高度包线。研究结果表明：与传统布局形式相比,机翼-帆尾布局形式大幅提升了高纬度地区冬季附近的光伏组件面功率,有效地减小了翼展尺度、机翼面积并提升了巡航速度,具有良好的应用优势。方案设计实例也验证了基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法的可行性。     

光伏阵列风荷载干扰效应风洞试验研究

风荷载是光伏板设计的主要荷载,对于大面积光伏阵列,其风致干扰效应明显,风荷载取值需要进一步研究明确.本文采用刚性模型测压风洞试验研究了光伏板体型系数干扰效应.通过改变倾角、风向角和光伏板的组数,研究了阵列中干扰效应对光伏板风荷载取值的影响.结果表明:当光伏板面迎风或者背风时,出现最大正压或负压;上游光伏板对下游光伏板存...     

高空驻留太阳能飞机主动式光伏组件面功率特性研究

 光伏组件面功率特性是影响太阳能飞机性能指标的关键因素之一。首先建立了考虑光伏组件表面温度、太阳能飞机飞行高度、纬度及一年四季等因素的光伏组件面功率模型,分析了光伏组件在一年范围内的日均直射、日均水平面功率随飞行高度、纬度和季节等关键设计指标参数的变化规律,对比研究了3种跟踪采能方式下的主动式光伏组件(TPM)的逐时、日均面功率特性。结果表明:在一天的光照时间内和全年范围内,主动式光伏组件能显著提高光伏组件的面功率特性。然后,参考了典型的太阳能飞机"Helios"和"Zephyr",综合考虑能源与气动特性,初步设计了一种采用主动式光伏组件的高空驻留太阳能飞机布局方案,通过分析其日均净面功率特性得出:合理设计主动式光伏组件,可以显著提高太阳能飞机的日均净面功率约32%~66%,甚至可达116%。这些结论均说明,从采能效率和气动特性两方面综合来说,所提出的基于主动式光伏组件的布局设计思想在高空驻留太阳能飞机总体布局设计时具有良好的应用优势。     

光伏玻璃表面微织构柱体抗颗粒冲击性能研究

为分析光伏电池玻璃表面微织构形状和颗粒碰撞方式对表面微织构损伤的影响,建立模拟月尘颗粒碰撞表面微织构仿真模型,结合实验验证,探究表面微织构损伤情况。结果表明:30 μm直径的模拟月尘颗粒以5 m/s的速度撞击表面微织构时,损伤形式主要包括边缘破损、劈裂破损和断裂,损伤面积与表面微织构整体相比较小,损伤深度在0.06～0.29 μm之间,仅为表面微织构柱体高度的1%～4.8%;中心正碰时,四棱台表面微织构的抗冲击性最好,圆台表面微织构次之,六棱台表面微织构最差;颗粒以4种碰撞方式撞击圆台表面微织构时,损伤程度从大到小依次为边缘碰撞、45°边缘碰撞、中心正碰、45°中心碰撞。研究结果可为玻璃表面微织构的工艺改性提供参考。     

交流光伏水泵系统控制策略

光伏水泵系统具有无污染、全自动等优点,且应用的场合较多,为此设计了一种以TMS320F28335为主控制器的光伏水泵控制系统。控制系统中的三相异步电机调速部分采用基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式的变压变频(VVVF)控制,最大功率点跟踪部分采用恒定电压法(CVT)和扰动观察法结合最大功率点跟踪(MPPT)技术。试验结果表明系统实现最大功率点跟踪并稳定运行。     

航天光伏标准体系建设探讨

概述国内外光伏产业及其标准化建设的情况,重点介绍建立航天光伏标准体系的必要性和建设思路,简述航天光伏标准体系架构,并对体系表进行简要的分析。