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当今社会,能源不仅为社会的发展提供了物质基础,同时也为人们生活水平的提高提供了先决条件。现代社会中,我们主要依赖的能源仍然是煤、石油、天然气等矿物燃料。但是这些能源的储存量是有限的,是不可再生的。
因此,当今世界面临着能源危机,而社会经济的发展和现代文明的建设必然导致对能源资源的掠夺和对环境生态的破坏。这样,若不加以控制,有可能孕育着全球性的冲突,甚至引发战争,把世界经济和我们人类推向灾难的深渊。我们人类应该立即转向开发和利用新能源与可再生能源,逐步摆脱对石化能源资源的依赖,才能实现既满足社会经济发展对能源的需求,又能在一个良好的生态环境条件下发展经济,建设和谐的真正文明社会。
众所周知,太阳能是一种清洁的可再生的能源,由于这些无法比拟的优点,许多国家都在大力发展太阳能发电技术,很大程度上它缓解了人类的能源危机能源危机,是实现人类可持续发展的有效途径之一,因此研究太阳能发电核心技术已经是当下迫在眉睫的问题。由于太阳能量密度很低,具有分散性,虽然太阳的辖射总量很大,但是到达地球表面时能力密度很低同时太阳能量受天气影响较大,具有不稳定,同时因为受到昼夜、季节变化、经度、海拔等因素的影响,另外天气的晴天、阴天、多云等不定因素的影响,使得到太阳辖射度达地球时变得不稳定和间断,因此大范围的使用太阳能不现实。另外由于太阳能量的分散,密度又低,因此,太阳能的利用装置必须具有相当大的面积,才能收集到足够的功率。但是,面积大,造价就会高。这些因素对太阳能的采集与利用提高了更高的要求。提高光伏发电效率主要有两个途径:提高光伏电池的光电转化效率、减少光伏电池的余弦效应或使用跟踪技术、提高太阳能量密度。光伏电池的光电转化效率与电池的材料、工艺等密切相关,随着新材料和新工艺的发展,光伏电池的转化效率越来越高;同时,随着新工艺的发展和批量化生产,其成本也越来越低。光伏电池的余弦效应就是,当太阳光线垂直照射电池板时,发电效率最高;当太阳光线和电池板法线的夹角越大,光电转化效率越低,转化效率与该夹角的余弦成正比。在光伏电池最大转化效率一定的前提下,为了提高光伏系统的转化效率,一般对光伏系统实行跟踪,即减少光伏电池的余弦效应。目前,使用较多是平板光伏发电系统,即把太阳能电池板至于阳光下,其把光能转化为电能。由于电池本身的转化效率低,同时电池的余弦效应,系统的光电转化效率较低,一般在10%以下。带有跟踪技术的平板光伏系统,即具有单轴或双轴跟踪的光伏系统,由于实现了跟踪,减少了光电池的余弦效应,因此,系统的发电效率明显高于非跟踪的平板光伏系统。跟踪技术的平板光伏的发电效率一般在12%。如前所述,由于太阳能量密度很低,想获得理想的发电功率,通常要增大光伏系统的面积,即需要较大面积的平板光伏电池。因此,如果能够提高太阳的能量密度,则可以有效地较少光电池的使用量,从而在使用较少光电池的情况下,保持较高的发电功率。因此,聚光光伏得到了迅速的发展。聚光光伏就是使用比较便宜的跟踪装置,提高太阳能量密度,而后聚光的太阳光线照射在聚光光伏电池上。由于聚光光伏电池本身光电转化效率的提高,同时由于太阳能量密度的提高,因此,聚光光伏的发电效率明显高于平板光伏。然而,由于聚光光伏的聚光特性,要求必须采用跟踪技术。如果是线聚光技术,则可以使用单轴跟踪,如果是点聚光技术,则必须使用双轴跟踪。一般的聚光光伏系统为点聚光系统,因此,必须使用双轴跟踪,从而减小保证聚光光伏电池的余弦效应,保证发电效率。使用双轴跟踪的聚光光伏的转化效率一般大于15%,高的可达25~35%。由于使用比较便宜的跟踪装置,从而减少了光伏电池的使用量,同时系统的发电效率大大提高,因此,聚光光伏系统的单位功率的投资成本较低。这就是聚光光伏迅速发展的原因之一。在太阳能光伏系统中,目前主要有太阳运动轨迹和光电跟踪跟踪两种跟踪方式太阳运动轨迹跟踪工作原理是通过数学公式,得出每一天太阳东升西落的运动轨迹,从而控制跟踪装置自动跟踪太阳。光电跟踪是通过光敏元件来检测太阳光线位置变化,从而控制跟踪装置自动跟踪太阳。据测定,在同等工作条件下,运用太阳运动轨迹跟踪跟踪和光电跟踪的太阳能光伏发电系统比传统的固定式光伏发电系统,发电量可以提高30%左右[4],本课题在现有的研究基础上,为了使得跟踪系统的精度增加和消除天气的不确定性给系统带来的影响,设计了混合式太阳自动跟踪监控系统。该系统不仅可以通过太阳运动轨迹的变化自动跟踪太阳,而且可以通过光电跟踪自动跟踪太阳。该系统解决了现有太阳能利用领域中,不能全方位全天候自动跟踪太阳、发电效率低的问题,为大规模发展聚光光伏发电技术提供了切实可行的解决方法[1]。
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