光伏聚光照明系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】：隨著環(huán)境保護越來越被重視,各國都在尋找一種可以替代化石燃料的新能源,而太陽能作為一種儲量豐富的新能源,也獲得了廣泛的關(guān)注。目前光伏發(fā)電是太陽能利用的最主要方式,但是卻存在著投資大、效率低的缺點。同時人類每天用于照明的電量卻與日俱增,浪費了大量的能源。而光伏聚光照明系統(tǒng)將太陽光通過光纖傳導至室內(nèi)用于照明,可以節(jié)省大量用于照明的電能,不失為一種很好的利用太陽能的方式。相對于傳統(tǒng)照明裝置不僅更環(huán)保,而且還有利于人員的身心健康,可謂一舉多得。本論文設計的光伏聚光照明系統(tǒng)包括跟蹤系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)和傳導光纖。跟蹤系統(tǒng)對太陽方位進行跟蹤,提高太陽光的利用效率;聚光系統(tǒng)匯聚太陽光提高太陽能密度;傳導光纖用于傳導匯聚的太陽光。跟蹤系統(tǒng)采用了一種新型的可調(diào)節(jié)精度的太陽方位跟蹤器,其跟蹤精度高,可以對陰晴天做出判斷,且可以通過改變外形尺寸來調(diào)節(jié)跟蹤精度。跟蹤系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)機構(gòu)包括兩種方式:一種是基于L298N控制帶蝸輪蝸桿的直流減速電機的機械轉(zhuǎn)動方案,另一種是基于云臺的機械轉(zhuǎn)動方案。聚光系統(tǒng)通過菲涅爾透鏡對太陽光進行匯聚,為了能夠降低焦點處的溫度,本論文還采取了降溫裝置:采用隔熱玻璃和二次均勻透鏡。隔熱玻璃放置于菲涅爾透鏡前,可有效反射紅外線和紫外線,降低熱效應。二次均勻透鏡放置于焦點處,太陽光在通過均勻透鏡內(nèi)部反射后,能使太陽光均勻的分布在透鏡的出光面,也可以降低溫度。本論文對二次均勻透鏡的設計進行了重點討論,通過幾何光學分析得出了二次均勻透鏡外形尺寸應滿足的條件,并用Tracepro光學分析軟件各種參數(shù)下的結(jié)果進行了模擬仿真,驗證了其效果。本文對三種常見的傳導光纖進行分析對比,得出了其優(yōu)缺點。根據(jù)降低成本的要求,系統(tǒng)采用了塑料光纖作為傳導太陽光的介質(zhì)。文末對跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度進行了測試,結(jié)果表明跟蹤精度高,滿足光伏聚光照明系統(tǒng)要求;對隔熱玻璃和二次均勻透鏡的進行了測試,其降溫效果良好。最后對光伏聚光照明系統(tǒng)的實際照明效果進行了測試,該系統(tǒng)基本能夠滿足室內(nèi)照明要求。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光纖照明 菲涅爾透鏡
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 背景介紹10-11
• 1.2 課題研究意義11-13
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.4 目前面臨的問題18-19
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 太陽跟蹤系統(tǒng)設計20-41
• 2.1 跟蹤系統(tǒng)介紹20-21
• 2.2 太陽跟蹤系統(tǒng)原理21-25
• 2.2.1 視日跟蹤21-22
• 2.2.2 光電跟蹤22-25
• 2.3 太陽方位跟蹤器的設計25-27
• 2.4 跟蹤控制電路設計27-32
• 2.4.1 采樣電路27-28
• 2.4.2 加減法器28-29
• 2.4.3 窗口比較器29-30
• 2.4.4 陰晴天判斷電路30-31
• 2.4.5 單片機控制電路31-32
• 2.5 機械運轉(zhuǎn)裝置32-39
• 2.5.1 L298N驅(qū)動帶蝸輪蝸桿的直流電機的方案32-37
• 2.5.2 基于繼電器控制云臺的方案37-39
• 2.6 控制軟件設計39-40
• 2.7 本章小結(jié)40-41
• 第三章 聚光和傳輸系統(tǒng)設計41-67
• 3.1 聚光系統(tǒng)41-48
• 3.1.1 菲涅爾透鏡41-43
• 3.1.2 隔熱玻璃43
• 3.1.3 二次均勻透鏡43-48
• 3.2 仿真驗證48-55
• 3.2.1 不同焦距菲涅爾透鏡的仿真48-51
• 3.2.2 不同位置二次均勻透鏡的仿真51-53
• 3.2.3 不同高度二次均勻透鏡的仿真53-55
• 3.3 容差分析55-58
• 3.4 傳輸系統(tǒng)58-66
• 3.4.1 傳輸原理58-60
• 3.4.2 石英光纖60-61
• 3.4.3 多組分玻璃光纖61-62
• 3.4.4 聚合物光纖62-63
• 3.4.5 太陽光與光纖耦合分析63-66
• 3.5 本章小結(jié)66-67
• 第四章 實驗及結(jié)果67-75
• 4.1 跟蹤系統(tǒng)精度測試67-69
• 4.2 隔熱玻璃和二次均勻透鏡性能測試69-72
• 4.3 系統(tǒng)照明測試72-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第五章 總結(jié)與展望75-77
• 5.1 本論文的主要工作75
• 5.2 下一步工作展望75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻78-81
• 攻讀碩士期間取得的研究成果81-82

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