基于虚拟仪器的聚光太阳能伏安特性测试系统

摘要

太阳能具有绿色环保、分布范围广的优点,随着化石能源储量的不断萎缩,而传统的绿色能源中,水电对生态环境有着巨大影响,核电因为各种因素而存在着泄漏风险,风能的分布则较为不均匀且地域性区别明显,太阳能的利用成为各国开发和研究的热点。光伏发电是太阳能应用领域的重要研究方向。但是由于太阳能存在着能量密度低、光照时间不连续、光照强度不稳定的缺点,而且光电池生产的成本仍然较高,因此提高光伏发电系统的太阳能转化效率、降低发电系统的建造成本是太阳能发电领域所需解决的两个主要矛盾。
　　聚光光伏发电(Concentrated Photovoltaic, CPV)系统通过使用聚光器将大面积的太阳光集中在光电池上,提高了单位面积光电池的发电功率,大大减小了在光伏发电系统成本中占有较大份额的光电池的使用量。同时由于太阳跟踪系统的使用,CPV系统在整个白天都具有较为稳定的输出但是因为CPV系统的组件包括了太阳跟踪器、聚光器、光电池等部分,其系统结构相对复杂,各个组件对系统效率的影响各有不同,对各组件的匹配提出了一定的设计要求。论文研究开发了一种CPV系统光电测试系统,包含了自动太阳跟踪平台和光电池伏安(Ⅰ-Ⅴ)特性测量系统,能够对CPV系统进行较全面和长期的测试,为CPV系统各组件的匹配设计提供依据。研究对聚光光伏发电系统太阳跟踪系统的控制策略进行了分析,优化了双轴太阳跟踪系统的设计,保证了测试系统的先进性以及适用性。并编写了基于LabVIEW图形化编程语言开发的测试软件,控制吉时利2602A数字源表对CPV系统光电池进行测试,实现了自然光照下对光电池Ⅰ-Ⅴ特性的快速采集、显示、分析、存储等功能。经实验证明,系统具有很好的稳定性和扩展性。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 CPV系统

1.2.2 太阳能电池测试系统

1.3 论文主要研究内容及所做工作

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究内容

1.3.3 论文结构

第2章 跟踪控制策略分析

2.1 地平坐标系的建立和太阳轨迹分析

2.1.1 地平坐标系下太阳视位置与跟踪器位置

2.1.2 地平坐标下太阳运行轨迹分析

2.2 跟踪偏差控制策略

2.2.1 两种不同的跟踪偏差控制策略

2.2.2 跟踪偏差分析

2.2.3 本章小结

第3章 太阳跟踪系统的设计

3.1

3.1.1 俯仰机构的机械运动简图

3.1.2 推杆导程分析

3.2 太阳跟踪系统控制系统的设计

3.2.1 控制系统的硬件结构

3.2.2 控制系统的工作流程图

3.2.3 太阳跟踪系统控制程序的设计

3.3 本章小结

第4章 光电池伏安测试系统

4.1 硬件系统

4.2 测量模式分析

4.2.1 光电池的理论模型

4.2.2 不同的测量方式比较

4.2.3 DC与Pulse测试模式比较

4.3 软件设计

4.3.1 TSP测试控制脚本

4.3.2 LabVIEW对仪器的控制模式

4.3.3 测试系统程序

4.3.4 典型测试任务

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文