多鏡面聚光型太陽能光伏系統研究

摘 要：能源是推動社會發展的重要物質基礎。隨著當前社會物質資源消耗日益加劇，人們都在尋找一種更為高效、清潔、可持續的資源來滿足當前社會對能源的需求。太陽能是當前新興能源技術最為成熟的應用領域，本文以多面鏡型太陽能光伏系統為例，對太陽能光伏系統展開研究分析。

關鍵詞：太陽能光伏系統；多面鏡聚光

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。如何最大限度的提高太陽能的利用率，仍為國內外學者的研究熱點。多面鏡聚光型太陽能光伏系統是高效收集太陽能的光伏系統，能有效降低不可再生資源在現代生產中的使用、推動現代生產逐步轉向綠色生產，加強多面鏡聚光型太陽能光伏系統更具有現實意義。

一、多平面鏡聚光方法分析與研究

在實際應用過程中，多面鏡將太陽光線匯聚在太陽板上，隨著光強不斷提升，電池板輸出功率也在不斷提升，由此可見，多面鏡選擇是多面鏡聚光型太陽能光伏系統的核心。

（一）聚光器選擇分析

1.折射式

凸透鏡是一種會聚光線的光學元件，由于大面積凸透鏡制作困難、造價昂貴且重量巨大，極大增加了聚光光伏系統的設計、制造難度。法國物理學家菲涅爾所發明的菲涅爾透鏡，并成為現階段唯一可應用于光伏系統設計、制造的透射式聚光元件。

在菲涅爾聚光透鏡的光伏系統中，應該為電池配備相應散熱裝置，避免出現電池溫度過高而導致電池熱退化、降低電池壽命的現象。同時，還要確保菲涅爾聚光透鏡能夠精確跟蹤太陽。所以在實際中，人們更傾向于基于邊緣光線原理的線聚焦菲涅爾聚光透鏡。

2.反射式

反射式聚光器利用光的反射原理進行聚光，主要采用鍍鋁面或鍍銀玻璃為反射材料，在極少的情況下采用具有高反射率的薄膜反射面，反射式聚光器代表類型為碟式聚光器、拋物面聚光器與復合拋物面聚光器。

蝶式聚光器是當前天陽能工程應用最為廣泛的聚光器，其技術已經十分成熟；復合拋物面聚光器，將光吸收體安裝在聚光器底部，聚光器兩拋物面邊由兩片槽型拋物面反射鏡組成，邊緣光學原理是符合拋物面聚光器的設計原理。

（二）多平面鏡反射型太陽能聚光器的設計

拋物面反射鏡的聚光原理

凹面鏡通過反射聚光，一般采用由拋物線繞其主軸旋轉而得到的拋物面。拋物線的含義是到一條直線（L）和一點（F）距離相等的點的軌跡。在圖2的坐標系中，拋物線的一般表達式為：

y2=4fx

在上述公式中，當x=f時，y=±2f，由此可推斷出拋物線上任意點（x0，y0）的切線為：

y0y=2f（x0+x）

所有旋轉拋物面反射鏡只是截取坐標頂點開始的完整拋物面的少部分，被截處所形成的圓的直徑為D，代表了拋物面所能接收光線總光通量。

拋物面反射鏡聚光主要有兩個特點：

（1）主光軸平行的光線經反射后經過焦點F。

（2）經過焦點F的光線經反射后與主光軸平行。

二、多鏡面聚光型太陽能光伏系統設計

（一）系統硬件設計

1.聚光系統硬件設計

鏡面按拋物面布局共有6塊平面鏡，并呈拋物線分布，每塊平面鏡能將平面鏡內所入入射的太陽光全部反射到光伏電池表面，設電池板為中心坐標（0，0，0），平面鏡坐標為（x，y，z），則反射板水平方向線角度的公式為：

根據上述公式，可求得反射板垂直方向線角度表述公式為：

2.伺服傳動系統硬件設計

為防止光伏電池過度高溫工作，本文將聚光倍數控制在4倍左右；為實現平面鏡能夠實現三維運動，本文采用雙軸驅動的方式來全方位控制鏡面的位置；每塊鏡面都配備了獨立的驅動電路，用來協調控制各個鏡面的線性運動。

本系統存在6塊平面鏡，每塊平面鏡要調整2個角度，本次系統設計共需12個電機進行協調控制，因此本系統主要采用1：16的CP-168U V2多串口卡，其通訊接口為RS232，支持系統多信號傳輸。

（二）系統軟件設計

1.主體程序設計

主體程序模塊的主要功能就是實現光伏系統初始化，包括電機控制器中設置初始信號、分配堆棧軟件環境初始化等。同時，主體程序模塊也能獲取系統狀態信息，，綜合處理各項系統問題。

2.傳動模塊數據分析

傳動模塊控制系統中電機的運動，電機的通信協議要符合下列規定：

A表示1-6號平面鏡參數（01-06）；B表示控制聚光器高度角的電機參數（01/02）；C表示聚光器順、逆時針運行方向參數（01/02）；D表示電機轉動量參數（0000-FFFF）。

三、結束語

在本次系統設計過程中，太陽準確位置是整個系統計算的核心數據，準確計算太陽位置是所得最佳聚光效果的關鍵。在系統設計、應用過程中要加強對太陽位置的計算，保證系統的運算結果的有效性。隨著社會自然資源種類不斷開發，太陽能資源的開發已成為新時代探討的課題，因此要加強太陽能獲取方式的創新與變革，不斷提升太陽能資源使用效率，滿足當今社會對資源的需求，推動社會的進步與發展。

參考文獻：

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