关键字 |
| 效率，冷却，跟踪，滤光片 |
介绍 |
| 1.1总则:由于石油、天然气等不可再生燃料的严峻形势，新能源的开发不断加强。因此，可再生能源已成为世界总能源消耗的一个更重要的贡献者。事实上，在过去的20年里，对太阳能的需求增加了20%到25%。全球光伏系统市场正在增长。为了从光伏系统的应用中获益，研究活动正在进行，试图进一步提高其成本、效率和可靠性。由于没有污染物排放，光伏电池直接将阳光转化为电能。太阳能电池的基本原理是将光能转化为电能。光的能量是通过光子、小包或量子光来传输的。电能储存在电磁场中，电磁场又能产生电子流。因此，太阳能电池将光(光子流)转换为电流(电子流)。 |
| 1.2现有系统:现有光伏系统是较好的选择，但存在效率低的重大缺陷。目前，在新的商业产品中，最佳的阳光转化率(太阳能组件效率)约为17.4%。 |
| 1.3提议的系统:光伏组件的一个独特特征是，由于太阳能电池中使用的晶体硅的特性，当硅温度升高时，会发生功率下降。为了克服功率下降的问题，采用了水循环的模块表面冷却。然后对模型性能进行了概念评估和实验验证。表面冷却系统还通过水循环冲洗组件表面，这导致了PV组件的额外功率上升，以响应从PV组件表面去除干扰太阳辐射的颗粒。因此，冷却系统可以降低维护成本，并防止与清洁相关的事故。此外，冷却水温度的升高也可作为热源。此外，它还提供了基于LDR的太阳跟踪电路，以提供更高的太阳运动日照。该系统可以毫无困难地应用于现有的光伏发电设施。 |
Pv电池模型 |
| PV电池的等效电路如图2.1所示。它包括电流源、二极管、串联电阻和分流电阻。 |
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| 鉴于此，负载的电流可表示为 |
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| 式中，Iph为光电流，is为二极管的反向饱和电流，q为电子电荷，V为二极管的电压，K为玻尔兹曼常数，T为结温，N为二极管的理想因子，Rs和Rsh分别为电池的串联电阻和并联电阻。 |
温度变化效应 |
| 太阳能电池对温度很敏感。温度的升高会降低半导体的带隙，从而影响大部分半导体材料参数。在太阳能电池中，受温度升高影响最大的参数是开路电压。随着温度的升高，开路电压降低，从而降低了填充因子，最终降低了太阳能电池的效率。建议在25℃下操作。不同工作温度下的功率输出如图3.1所示 |
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| 二极管反向饱和电流是温度的三次函数，可表示为: |
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| 式中，Is为二极管反向饱和电流，Tnom为标称温度，T为结温，N为二极管理想因子，Eg为半导体带隙能，Vt为热电压。一般来说，对于给定的太阳辐射，当电池温度升高时，开路电压Voc略有下降，而短路电流增大。 |
| 光伏板运行面临的主要障碍之一是太阳辐射过大和环境温度过高导致的过热。过热会大大降低电池板的效率。P-V特性是太阳电池输出功率P与输出电压V之间的关系，而太阳辐照度E和组件温度Tm保持恒定。这两个因素，即Tm和E，只要改变其中任何一个，整个特征就会发生变化。太阳能电池的最大输出功率随着电池温度的升高而降低。因此，光伏电池板的加热会显著影响电池板的输出。 |
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太阳辐射变化的影响 |
| “辐照度”一词的定义是测量地球上某一地点接收到的阳光的功率密度，以瓦特每平方米为单位。辐照度是太阳光能量密度的量度。随着太阳日晒量在一天中不断变化，I-V和P-V特征也在变化。随着太阳辐照度的增加，开路电压和短路电流都增加，最大功率点也发生变化。太阳能电池上的光强称为太阳数，其中1个太阳对应1kw /m2的标准照度。太阳能电池的光强度每天都在变化，来自太阳的入射功率在0到1kw /m2之间变化。 |
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硬件实现 |
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| 硬件由两部分组成: |
| 1.冷却装置 |
| 2.太阳能跟踪装置 |
| 5.1冷却单元:该单元由LM 35组成，温度传感器与PIC接口，放置在面板上。当面板温度达到35°C以上(即高于标准温度条件)时，LM 35感知并向PIC发送信号。然后PIC控制器将发送一个信号给继电器，使继电器打开30秒，继电器打开30秒后将激励直流泵从水箱中抽出水。这些水不仅可以冷却面板，还可以清洁面板。然后用过的水被放回水箱。在再次冷却面板后，温度被感知，循环重复。采用直流泵，只在温度升高时才供水，既节能又节水。 |
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| 5.2太阳能跟踪单元:该硬件单元在面板上安装了LDR电路。当它是黑暗的或没有足够的光落在安装在面板上的LDR上时，它将激发一个继电器，因此一个直流电动机，其机械设置将使面板朝这个方向移动，以提供更好的太阳能照射。电机将移动电池板，直到电池板获得足够的太阳辐射。 |
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| 研究发现，使用空气作为冷却剂可使太阳能电池温度降低4.7℃，太阳能电池板效率提高2.6%，而使用水作为冷却剂可使太阳能电池温度降低8℃，太阳能电池板效率降低3%。因此，人们发现用水冷却比空气冷却更有效。 |
光学滤光片分析 |
| 6.1滤光片:滤光片选择性地传输特定波长范围内的光，即颜色，同时阻挡其他波长的光。根据结构的不同，光伏组件可以从一系列频率的光中产生电力，但通常不能覆盖整个太阳范围(特别是紫外线、红外线和低光或漫射光)。因此，大部分入射阳光能量被太阳能组件浪费了，如果用单色光照明，它们可以提供更高的效率。因此，另一种设计理念是将光分割成不同的波长范围，并将光束定向到调谐到这些范围的不同单元上。据预计，这将使效率提高50%。 |
| 6.2光的频率对太阳照射量的影响:一般来说，太阳照射量很大程度上取决于照射到电池板上的光的频率(波长的倒数)。这可以用数学方法描述如下: |
| 根据黑体普朗克定律， |
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| 式中，I =单位面积功率(W/m2)， h=普朗克常数，v =辐射频率，c=真空中光速，k=玻尔兹曼常数，T=绝对温度。I近似等于β(太阳日照) |
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| 因此，在增加光学滤光片后，可以改变太阳辐射的频率或波长，从而改变日照量，从而改变效率。 |
结论 |
| 本文的目标是提高光伏板的效率。为了以最少的水和能量冷却面板，开发了一种非加压冷却系统。低成本的太阳能跟踪也已纳入，以保持更好的太阳能日照。可以得出结论:; |
| 1.在炎热和多尘的地区，使用所提出的冷却系统可以冷却和清洁光伏电池板。 |
| 2.它还可以为实时应用提供低成本的太阳能跟踪。 |
| 这个项目的未来范围是光学滤光片可以用来减少不必要的辐射造成的反射损失，从而只允许有用的辐射到达太阳能晶圆。这种方法可用于开发光伏组件，以吸收来自太阳辐射的特定波长的光，以提高效率。 |
参考文献 |
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- Rustemli。年代,Dincer.F。(2011)“在Mat lab/Simulink中对光伏板的建模和温度影响的检测”，电子与电气工程，ISSN 1392-1215，第3(109)，pp. 35-40。
- Savita Nema, R.K. Nema, GayatriAgnihotri(2010)，“基于MATLAB/Simulink的光伏电池/模块/阵列研究及其实验验证”，《国际能源与环境杂志》，Vol.1, No.3, pp.487-500。
- TarakSalmi, MounirBouzguenda, Adel Gastli, Ahmed Masmoudi(2012)，“太阳能光伏电池的MATLAB/Simulink建模”，国际可再生能源研究杂志，第2卷，第2期
- 女子.G。N.， Swapnil Dubey，“光伏模块及其应用的基础”，英国皇家化学学会，2010。
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