海洋漂浮式光伏發(fā)電裝置性能研究

【摘要】：隨著煤和石油等化石能源的大量使用,環(huán)境和資源問題日趨凸顯,對清潔能源的開發(fā)利用逐漸受到人們的重視。太陽能無污染,儲量巨大,分布廣泛,太陽能光伏發(fā)電是一種較為成熟的清潔能源技術(shù),在獨立及并網(wǎng)電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。海洋中蘊含著豐富的光伏能,海洋環(huán)境下太陽光照強度大,在海洋表面進行光伏能的利用能夠節(jié)省土地使用面積。本文提出了一種海洋漂浮式光伏發(fā)電裝置,研究其在海浪影響下的光伏發(fā)電性能。浮體裝置在海浪作用下運動,必須考慮接收面上太陽輻射能的變化規(guī)律,故首先對海浪影響下浮體的水動力性能和運動特性進行了研究。選取幾種不同形狀和質(zhì)量的浮體,對其進行水動力分析,利用AQWA軟件求取不同浮體的附加質(zhì)量和輻射阻尼隨波頻的變化規(guī)律。由于海水的粘滯效應(yīng),將浮體運動軌跡近似為水質(zhì)點運動軌跡的方法研究輕質(zhì)、小尺度浮體的運動規(guī)律。利用AQWA軟件對浮體進行時域運動仿真,得到的結(jié)果顯示在規(guī)則波浪的作用下,浮體做周期性的沉深、水平和角度擺動等運動,其運動特性與浮體本身形狀和質(zhì)量等特性有關(guān)。將靜態(tài)的太陽輻射能計算模型與動態(tài)的浮體角度擺動相結(jié)合,計算海浪影響下浮體表面所接收到的太陽輻射能,將其與相同條件下,以直射角度固定安裝的傾斜面上所接收的太陽輻射能相比較。以一圓柱浮體為例,結(jié)果表明該浮體在海浪影響下表面接收的輻射能能夠達到直射情況下的87.5%,同時所接收的輻射能隨其擺動最大幅度的增大而減小。最后針對浮體運動特性和海浪環(huán)境設(shè)計了復合拋物面聚光器,并對其進行了輻照度分析。結(jié)果表明,在上述浮體的角度擺動幅度下,復合拋物面聚光器能將大部分光線會聚至底部接收面,且由于浮體運動的影響,能夠一定程度解決光伏電池表面局部溫度較高及光伏電池利用效率低等問題。該浮體裝置可以單獨進行光伏發(fā)電,也可以作為浮子式海浪發(fā)電裝置的能量吸收裝置,從而將海浪發(fā)電和光伏發(fā)電通過同一裝置結(jié)合起來實現(xiàn)復合發(fā)電。 【關(guān)鍵詞】：浮體 光伏發(fā)電 水動力特性 太陽輻射能 聚光
【學位授予單位】：寧波大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.1.1 能源與環(huán)境8-9
• 1.1.2 清潔能源技術(shù)9-10
• 1.2 光伏發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)及研究熱點10-12
• 1.2.2 漂浮式太陽能光伏研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 光伏發(fā)電浮體及其工作原理15-16
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容16-17
• 2 浮體水動力特性分析17-35
• 2.1 波浪理論17-23
• 2.1.1 線性波浪理論18-19
• 2.1.2 非線性波浪理論19-20
• 2.1.3 波浪力的計算20-22
• 2.1.4 浮體動力學方程的構(gòu)建22-23
• 2.2 基于AQWA的浮體水動力特性分析23-33
• 2.2.1 AQWA仿真原理23-25
• 2.2.2 質(zhì)量對浮體水動力系數(shù)的影響25-31
• 2.2.3 形狀對浮體水動力系數(shù)的影響31-33
• 2.3 本章小結(jié)33-35
• 3 浮體運動分析35-44
• 3.1 基于波浪質(zhì)點軌跡的浮體運動分析35-37
• 3.2 基于AQWA的浮體運動分析37-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 4 浮體運動對發(fā)電性能的影響44-56
• 4.1 太陽輻射能計算44-49
• 4.1.1 日地位置幾何參數(shù)44-46
• 4.1.2 傾斜面上的太陽輻射能計算46-49
• 4.2 浮體運動對光照性能的影響49-53
• 4.2.1 傾角動態(tài)變化的太陽輻射能計算模型49-51
• 4.2.2 圓柱浮體光照性能分析51-53
• 4.3 浮體動能分析53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 5 漂浮式光伏發(fā)電裝置聚光系統(tǒng)設(shè)計56-64
• 5.1 聚光器原理及聚光方案的選擇56-58
• 5.1.1 聚光器的聚光比56-57
• 5.1.2 聚光方式及聚光器種類57-58
• 5.2 復合拋物面聚光器58-63
• 5.2.1 基本原理58-59
• 5.2.2 基于Tracepro的復合拋物面聚光器仿真分析59-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 6 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 結(jié)論64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻66-69
• 在學期間研究成果69-70
• 致謝70

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