对称式两级反射空间太阳能电站的在轨聚焦实时调节方法研究

发布时间：2017-09-19 08:24

  本文关键词：对称式两级反射空间太阳能电站的在轨聚焦实时调节方法研究

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【摘要】：随着人类对能源需求的日益增大以及化石能源的枯竭,空间太阳能的开发正在成为地球空间科学所研究的重点对象。聚光光伏技术利用集成的大口径聚光器来替代昂贵的平板太阳能电池,从而在降低成本的同时也提高了光电转化效率,它是经济性和高效率的统一。运行于地球同步轨道的空间太阳能电站,具有全天候工作,发电效率高,低碳环保等优点,特别是随着光伏发电理论研究的进步,聚光光伏发电系统越来越受到关注。其中,对称式两级反射空间太阳能电站具有系统聚光比适中、电池接收板能流分布均匀等优点,适宜用于空间聚光光伏发电。本论文针对运行于地球同步轨道上的空间对称式两级反射太阳能电站的调节方式进行研究,提出了自己的解决方案,为其应用发展提供了新的思路。本文的主要工作内容如下:1.分析了空间发电站的发展现状,提出了对称式两级平面反射太阳能聚光光伏系统,在充分分析了该系统的数学物理模型及其在空间运用的优势后,对其目前的理论研究现状做了总结,提出本论文的研究方向。2.针对该系统的在轨实时调节方式进行研究,针对地球自转和公转造成的入射光线入射角变化的不同情况,进行了一天和一年两种情况下的讨论。地球自转,相当于太阳入射光绕系统装置的一级调节轴360°旋转,此时,一级偏轴抛物反射面以一级调节轴为自转轴旋转,实现360°对太阳入射光的实时追踪,从而使太阳能电池阵接收来自两片一级偏轴抛物反射面的能流;地球的公转,造成太阳入射光在-23.45°到+23.45°之间偏转,根据倾斜入射光引起抛物面散焦的理论,太阳光偏转角度只能很小,否则就会引起剧烈散焦;散焦会造成电池板阵列上能流接收效率低下,为了解决这个问题,本文提出了“焦点追踪”调节方法:通过调节一级偏轴抛物反射面使其实时追踪太阳入射光实现光线聚焦,从而通过调整二级圆形平面反射镜的位置和倾角来实现对光线的二次反射,将太阳光尽可能大的打到太阳能电池阵列上。通过对焦点追踪法的推导,最终得到具体的运动轨迹信息。3.采用soildworks三维建模方法和optisworks光学仿真,分别对一天和一年两种情况进行仿真,得到电池阵列上接收到的光斑能流密度分布,并对其进行能流密度均匀性分析以及从方差、标准差角度对光斑上能流密度数据值的波动性分析;分析结果表明:在一天和一年的调节过程中,太阳能电池阵列上光斑分布均匀性良好,所以本论文所采用的实时调节方法是有效的,它适用于空间中对称式两级反射太阳能电站在轨全年实时调节,能实现太阳能电池阵列上的最佳能流聚集。
【关键词】：聚光光伏系统 抛物面散焦理论 能流密度分布 光斑均匀性 实时调节
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V442;TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 选题的背景16-18
• 1.1.1 能源现状16-17
• 1.1.2 太阳能17-18
• 1.2 空间太阳能电站发展状况18-25
• 1.2.2 美国19-21
• 1.2.3 日本21
• 1.2.4 欧洲21-22
• 1.2.5 中国22-25
• 1.3 本文的目的意义和主要研究内容25-28
• 1.3.1 本文的研究目的和意义25
• 1.3.2 本论文的主要研究内容25-28
• 第二章 对称式两级反射太阳能聚集系统及相关理论28-42
• 2.1 对称式两级反射太阳聚集系统28-34
• 2.1.1 系统运行轨道28-29
• 2.1.2 系统数学物理模型29-31
• 2.1.3 结构参数选择31-34
• 2.2 倾斜入射光引起抛物面反射镜的散焦分析34-39
• 2.2.1 抛物面的光学性质34
• 2.2.2 倾斜入射光引起抛物面反射镜的散焦34-39
• 2.3 本章小结39-42
• 第三章 仿真软件选择和光斑均匀度判断42-48
• 3.1 三维建模软件和光学仿真软件的选择42-44
• 3.1.1 Soildworks三维建模软件选择42-43
• 3.1.2 Optisworks光学仿真软件43-44
• 3.2 聚光光斑的均匀度以及其判断标准44-46
• 3.2.1 判断光斑均匀度的常规方法44-45
• 3.2.2 方差、标准差判断法45-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 系统调节分析48-60
• 4.1 一级调节轴48-49
• 4.2 太阳赤纬角基本理论49-50
• 4.3 系统在轨一年调节分析50-59
• 4.3.1 一级偏轴抛物反射面的理论推导51-53
• 4.3.2 二级圆形平面反射镜的调节53-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 仿真结果及分析60-78
• 5.1 一天调节仿真及结果分析60-68
• 5.1.1 一天调节仿真结果60-63
• 5.1.2 仿真分析63-68
• 5.2 抛物面散焦仿真68-69
• 5.3 一年调节仿真及结果分析69-76
• 5.3.1 一年调节仿真结果69-72
• 5.3.2 仿真结果分析72-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 本论文的研究成果及创新78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 作者简介86-87

【参考文献】

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本文编号：880563