聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電效率分析討論

摘 要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前較為實(shí)用的利用方式，太陽(yáng)能電池可以光能直接轉(zhuǎn)化為電能，對(duì)常規(guī)式太陽(yáng)能電池進(jìn)行聚光，提升單位面積太陽(yáng)能電池的輸出功率。由于太陽(yáng)能分布不均，輻射時(shí)間也會(huì)隨著日照方位和天氣影響而影響，因此如何在利用有效的太陽(yáng)能資源已經(jīng)成為當(dāng)前我們首要解決的問(wèn)題。本文將對(duì)聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電效率進(jìn)行系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞：聚光太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；效率分析

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 18-0000-01

隨著各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)發(fā)展的主要策略之一，節(jié)能環(huán)保技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。太陽(yáng)能具有能源豐富、取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)，不受其他地域條件的影響，可免費(fèi)獲取，不會(huì)污染周圍環(huán)境。聚光光伏發(fā)電技術(shù)有助于降低成本，提升發(fā)電率，是當(dāng)前電轉(zhuǎn)化過(guò)程中最為普遍的應(yīng)用方式。

一、聚光太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法

由于太陽(yáng)能聚光光伏系統(tǒng)需要直射光才能發(fā)光，因此需要安裝適合太陽(yáng)跟蹤器的裝置。以下將對(duì)聚光太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及方法進(jìn)行分析。

（一）太陽(yáng)能光伏聚光器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前我們?cè)O(shè)計(jì)的聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)總體是由三個(gè)部分組成的，其一是通過(guò)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤器控制單元的拋物面在太陽(yáng)能情況，該聚光器使用的是拋物面形狀，中心部位有單抽，通過(guò)齒輪咬合，將步進(jìn)馬達(dá)的動(dòng)能通過(guò)變化齒輪的方式按照自西向東的在方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保證拋物面永遠(yuǎn)正對(duì)太陽(yáng)，獲得最大能量。聚光器是通過(guò)折射聚光器和反射聚光器的原理進(jìn)行操作的，在聚光光伏技術(shù)中，應(yīng)用折射透鏡實(shí)現(xiàn)聚光，該透鏡具有厚度薄、體積輕等特點(diǎn)，在應(yīng)用過(guò)程中聚光倍數(shù)可達(dá)到400倍，通過(guò)使用高效電池，每個(gè)組件的工作效率可達(dá)到20%以上，此類聚光系統(tǒng)需要另外設(shè)置多個(gè)聚光器，減少聚光器到電池的距離，進(jìn)而減少光損失，使攝入電池表面的光譜更均勻，提升太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。由于太陽(yáng)能表面溫度的升高會(huì)導(dǎo)致聚光太陽(yáng)能輸出功率逐漸降低，在光線強(qiáng)度高、電流大的情況下，工作聚光太陽(yáng)能電池溫度會(huì)隨著工作時(shí)間的增加而增加[1]。

（二）主動(dòng)式太陽(yáng)能散熱器設(shè)計(jì)

聚光太陽(yáng)能電池和普通太陽(yáng)能電池一樣，隨著太陽(yáng)能表面溫度的變化而變化，當(dāng)太陽(yáng)能輸出最大功率逐漸降低，聚光太陽(yáng)能電池是在高光強(qiáng)、大電流下工作。散熱系統(tǒng)分為主動(dòng)式冷卻和被動(dòng)式冷卻。被動(dòng)式冷卻是指聚光器在工作過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量散播到大氣中，主動(dòng)式冷卻方式可以降低太陽(yáng)電池的溫度，但是由于此類方法最大的問(wèn)題是可靠性低，如果該系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)電池組件由于表面溫度過(guò)高而被燒毀。被動(dòng)式冷卻可靠性較高，但是散熱效果不佳，電池通常會(huì)在較高的溫度下吸收太陽(yáng)電池的熱能，降低太陽(yáng)的溫度，提升轉(zhuǎn)換效率[2]。

（三）主動(dòng)式太陽(yáng)能跟蹤器機(jī)械設(shè)計(jì)

跟蹤器的機(jī)械總結(jié)構(gòu)是由多個(gè)部分組成的，包括：底座、大齒輪、小齒輪幾軸承等，其中底座承載所有機(jī)械原件，齒輪和主軸固定在基座上，并且主軸相對(duì)于底座運(yùn)動(dòng)。跟蹤器的跟蹤原理是以太陽(yáng)光線被機(jī)械控制的大小為中心，轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)支架軸上大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)送控制南北方向偏移的指令，進(jìn)而控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。不同方向馬達(dá)可同時(shí)由控制系統(tǒng)操作，可實(shí)現(xiàn)雙向追蹤，其次系統(tǒng)跟蹤效率和精度也會(huì)隨之增高?？刂凭刃阅芴嵘?，整個(gè)機(jī)構(gòu)制造成本也降低了，進(jìn)而降低馬達(dá)的運(yùn)行功率。

二、聚光光伏跟蹤系統(tǒng)在控制電路原理及器件的選用

聚光跟蹤系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)光線進(jìn)行跟蹤是通過(guò)光感器實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)傳感器在不同部位的不同強(qiáng)度對(duì)比，獲得不同強(qiáng)度的光能，達(dá)到自動(dòng)跟蹤調(diào)整的目的[3]。

（一）光電傳感器的應(yīng)用

傳感器是獲取信息的源頭，我們所需要的所有信息資源只有在傳感器正常工作的情況下才能轉(zhuǎn)換，傳感器已經(jīng)應(yīng)用于教學(xué)數(shù)據(jù)及多種科研項(xiàng)目，在聚光太陽(yáng)能光伏發(fā)電過(guò)程中必須靈活運(yùn)用傳感器。傳感器一般呈現(xiàn)周期變化和動(dòng)態(tài)變化，不同傳感器有不同的內(nèi)部參數(shù)，相對(duì)應(yīng)不同靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，得到不同測(cè)量結(jié)果。

（二）光敏電阻器件傳感器的選擇

高精度的傳感器要求在具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，在自動(dòng)控制過(guò)程中，光敏電阻器件是傳感器的一種，采用光電原件來(lái)檢測(cè)非電原件的傳感器，將被測(cè)量的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，借助放大電路的作用，將其轉(zhuǎn)化為單片計(jì)算機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)。光電信號(hào)傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電組件構(gòu)成的。在信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中，光敏電阻是不可缺少的原件，主要針對(duì)光的測(cè)量，最后實(shí)現(xiàn)被控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制完成的目的。

（三）集成運(yùn)算放大器的工作原理

光敏傳感器輸出的信號(hào)需要進(jìn)行放大，選用集成運(yùn)算放大器組成的信號(hào)至關(guān)重要。集成運(yùn)放最基本的電路有同相和反相，兩種放大器進(jìn)行組合可以演變?cè)S多集成運(yùn)放電路，因此需要選用合適的集成運(yùn)算放大器來(lái)解決模擬電路中所出現(xiàn)的各種問(wèn)題[4]。

（四）光伏跟蹤系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)拋物面太陽(yáng)聚光器能對(duì)太陽(yáng)光線的實(shí)時(shí)跟蹤，在實(shí)踐中需要設(shè)置東、西、南、北四個(gè)方位，由單片機(jī)控制指令，機(jī)械控制裝置帶動(dòng)拋物面太陽(yáng)能聚光器跟蹤，保證拋物面的光線正對(duì)太陽(yáng)能在電板，獲得最大能量，因此需要對(duì)各個(gè)控制單元的硬件電路進(jìn)行控制。

（五）東西、南北方向傳感器電路設(shè)計(jì)

由于光敏傳感器輸出的信號(hào)較弱，不能推動(dòng)控制部分正常工作，需要對(duì)光敏傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。為了使光敏信號(hào)能準(zhǔn)確反應(yīng)太陽(yáng)的實(shí)際方位，需要選用高靈敏度、低噪聲的集成放大器，為了保證光敏電阻兩端不受電壓的影響，可在前端增加恒壓源11U1集成電路，不會(huì)受到電壓波動(dòng)的影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能是當(dāng)前最清潔的可再生資源，應(yīng)用前景廣泛。可以通過(guò)聚光器將太陽(yáng)光匯聚到面積很小的太陽(yáng)能電池上，從而降低太陽(yáng)能電池材料的使用量和光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，降低太陽(yáng)能電池的發(fā)電量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張常年，趙紅怡，呂原.太陽(yáng)能屯池動(dòng)追蹤系統(tǒng)的研制[J].計(jì)箅機(jī)應(yīng)用，2011（19）：200-203.

[4]紀(jì)芳.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)最人功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究[D].山東人學(xué)，2012（14）：80-83.