特殊条件下太阳能平板集热器性能研究
这是一篇关于太阳能,集热器,建筑一体化,辐射强度的论文, 主要内容为集热器对太阳能供热系统性能有直接而重要的影响。在严寒的冬季或者一些特殊条件下（如泄漏状态），太阳能集热器性能有待于进一步研究。 通过试验研究了一般气象条件下太阳能集热器性能参数，包括集热器温度，蓄热水箱进出口水温度逐时变化等。实测表明，在秋冬、冬春过渡季节，环境温度变化对集热器表面温度差异的影响小于云层厚度改变引起的太阳辐射强度的影响。对一些工程中遇到的特殊条件如防冻液泄露，现场测试了漏液状态下平板式太阳能集热器性能参数，包括集热器温度，蓄热水箱进出口水温度逐时变化。通过研究对比发现，随着太阳辐射照度的增加，以及防冻液泄漏量的增加，防冻液进出口温差逐渐变大。在防冻液（主要成分为乙二醇，由于在使用中易生成酸性物质，对金属有腐蚀作用；一般加入适量磷酸氢二钠等以防腐蚀）充灌量8L的情况下，对不同漏液状态下对太阳能集热板进行了测试及换热性能分析，分别在少量漏液状态下（漏液量为28%）情况下，以及大量漏液状态下（漏液量为60%）情况下，对太阳能集热板以及防冻液和冷热水进出口的热性能变化进行了详细测试。研究表明，在较少的防冻液漏液条件下，集热器加热效果下降较缓慢，用户用热水的温度下降较小；而较多的防冻液漏液情况下，集热器加热效果下降较大，用户用热水的温度下降明显。 特别注意的是，破坏性实验表明，在漏液条件下，特别是大漏液量时，防冻液的进口温度明显升高，但是总的热储量降低，显著降低了太阳能供热系统性能。
西北养殖型村镇太阳能与沼气联合供暖系统热力性能分析及优化设计研究
这是一篇关于太阳能,沼气,联合供暖系统,热力性能,优化设计的论文, 主要内容为现阶段我国北方地区冬季清洁取暖方式仍然存在运行成本高、碳排放量较大等问题。而广大农村地区太阳能资源富集,具有利用太阳能供暖的天然优势。太阳能建筑供暖具有良好的节能环保效益,然而,太阳能固有的波动不连续性造成单靠太阳能供暖可靠性差,需选取其他能源补充供暖。村镇居民在从事农业生产过程产生了大量的生物质资源。利用厌氧发酵技术可将农业生产的生物质废弃物转化为清洁可再生的生物质燃料沼气,利用沼气补充供暖可以弥补单独太阳能系统的供暖不稳定性。日益成熟的太阳能与沼气发酵技术使得在农村推广应用太阳能与沼气这两种可再生能源进行组合式供暖的方式成为可能。联合供暖系统将实现可再生能源的最大化利用,有助于改善环境,解决农村地区能源短缺问题。本研究基于西北地区养殖型村镇的资源现状以及技术应用特点,提出了村镇太阳能与沼气联合集中供暖系统。基于热力学第一、第二定律,通过对系统热力过程进行分析,建立了联合供暖系统中主要设备的数学模型以及系统热力学分析与评价模型。基于MATLAB/Simulink仿真平台,编写了太阳能与沼气联合供暖系统热力学动态仿真模型程序。通过数值模拟的手段,对联合供暖系统进行热力性能分析与评价,包括系统能量与?流过程分析、系统热力性能评价、系统动态运行性能分析以及不同设备容量下系统的热力性能对比分析。其次,通过分析系统容量匹配关键设计参数,以均热成本为优化目标建立了太阳能与沼气联合供暖系统容量匹配优化模型。利用遗传算法对联合系统进行优化求解,并对优化结果进行了单因素检验以及优化结果的分析。此外,选取西北地区五座典型城市进行大量优化求解计算,得到太阳能与沼气联合供暖系统容量配置优化结果,并对优化结果下系统的供暖保证率进行了分析。最后,基于大量优化计算结果,总结得到不同地区应用太阳能与沼气联合供暖系统的容量匹配简化设计方法。主要研究结论如下:(1)太阳能与沼气联合供暖系统能量与?效率分析结果表明,系统具有较高的能量效率,但整体?效率较低;对系统能量和?流过程的分析表明,太阳能集热器、沼气发酵罐以及沼气锅炉是系统中?效率最低的部件,提高?效率的关键在于高品位能量梯级利用;系统动态运行性能分析表明,增加蓄能装置以及采用沼气联合太阳能进行供热的措施能够明显提高联合系统的供暖可靠性。(2)与传统独立的太阳能、沼气供暖系统相比,太阳能与沼气联合供暖系统随着设备系统容量增加,其可再生能源保证率的提升潜力更大。在生命周期成本与投资回收期方面,相较单一太阳能或沼气供暖系统,太阳能与沼气联合系统在可再生能源保证率要求较高的场景下更具有优势。(3)对于太阳能资源条件较好的酒泉、西宁和银川三个地区,在生物质资源良好的条件下,系统可再生能源保证率达到了80%以上,联合供暖系统的应用条件较好;对于太阳能资源条件一般的西安和乌鲁木齐地区,在生物质资源较优的条件下发展太阳能与沼气联合供暖系统的经济性优势不明显。(4)基于太阳能与沼气组合式热源供暖系统的工程问题以及设计应用需求,以部分传统的太阳能和沼气系统设计方法为基础,基于大量优化计算,并根据工程设计特点,总结得到太阳能与沼气联合供暖系统的简化设计计算流程,提出一套完整的太阳能与沼气联合供暖系统容量匹配简化设计方法。本研究提出了一种应用于村镇的太阳能与沼气联合集中供暖系统及相应的热力学分析及优化设计方法,能够有效提高供暖系统可再生能源综合利用率以及热力性能。研究结果将为太阳能与沼气联合供暖系统的设计与运行提供理论依据。
基于MPPT算法的自供电温室大棚监控系统
这是一篇关于温室大棚,云平台,太阳能,MPPT的论文, 主要内容为随着农业现代化建设的快速发展,温室大棚管理也朝着智能化方向发展。目前国内温室大棚监控系统管理较为依赖主观经验,并且,数据的收集管理较为复杂,系统无法实现较好的远程监控。此外,温室大棚管理智能化不足和大棚内布线复杂等难题需进一步解决。因此,提高温室大棚智能化程度,建立自供电监控系统具有重要的实际意义。本课题从实际应用角度出发,研发出一套由光伏供电的温室大棚监控系统。该系统采用光伏供能,利用无线传输将环境参数实时传送至云端。控制端采用基于B/S架构网站式系统提供良好的人机交互体验,搭建具有实时查看、有序管理和精确控制功能的智能监控系统。本课题主要研究内容和成果如下:(1)利用MPPT算法和PID算法实现光伏蓄电池分段式充电,实现智能监控系统自供电。仿真验证变步长扰动观察法可以提高光伏电池最大功率点的追踪稳定性和追踪速率。MPPT算法和PID算法实现光伏对蓄电池的快充以及恒压充电,达到分段充电效果,提高自供电充电效率。(2)根据系统总体设计方案,对系统终端节点进行软硬件设计。硬件部分主要包括光伏供电模块和环境采集模块。光伏供电模块包含光伏阵列、Boost电路和稳压模块电路,环境采集模块包含温湿度模块、二氧化碳模块、光照强度模块、土壤湿度模块以及其他外围电路。软件部分根据系统需求,在硬件电路基础上实现系统的主要功能,包括光伏充电功能,数据采集功能和数据传输功能。(3)利用云平台进行数据的存储和管理。设计Web端监控系统,实现大棚环境数据的图形化显示,并且能对大棚环境参数进行智能化调节。监控系统摒弃了现阶段使用较多的C/S结构,采用B/S结构进行开发,提高系统的实用性,降低开发成本,有利于推广和普及。(4)根据设计方案,组装具体实物,并对各个模块进行测试和分析,验证了光伏供电功能、无线通信功能和Web网页端智能控制功能的可靠性,进一步提升了温室大棚系统的智能化和便捷化程度。
基于MPPT算法的自供电温室大棚监控系统
这是一篇关于温室大棚,云平台,太阳能,MPPT的论文, 主要内容为随着农业现代化建设的快速发展,温室大棚管理也朝着智能化方向发展。目前国内温室大棚监控系统管理较为依赖主观经验,并且,数据的收集管理较为复杂,系统无法实现较好的远程监控。此外,温室大棚管理智能化不足和大棚内布线复杂等难题需进一步解决。因此,提高温室大棚智能化程度,建立自供电监控系统具有重要的实际意义。本课题从实际应用角度出发,研发出一套由光伏供电的温室大棚监控系统。该系统采用光伏供能,利用无线传输将环境参数实时传送至云端。控制端采用基于B/S架构网站式系统提供良好的人机交互体验,搭建具有实时查看、有序管理和精确控制功能的智能监控系统。本课题主要研究内容和成果如下:(1)利用MPPT算法和PID算法实现光伏蓄电池分段式充电,实现智能监控系统自供电。仿真验证变步长扰动观察法可以提高光伏电池最大功率点的追踪稳定性和追踪速率。MPPT算法和PID算法实现光伏对蓄电池的快充以及恒压充电,达到分段充电效果,提高自供电充电效率。(2)根据系统总体设计方案,对系统终端节点进行软硬件设计。硬件部分主要包括光伏供电模块和环境采集模块。光伏供电模块包含光伏阵列、Boost电路和稳压模块电路,环境采集模块包含温湿度模块、二氧化碳模块、光照强度模块、土壤湿度模块以及其他外围电路。软件部分根据系统需求,在硬件电路基础上实现系统的主要功能,包括光伏充电功能,数据采集功能和数据传输功能。(3)利用云平台进行数据的存储和管理。设计Web端监控系统,实现大棚环境数据的图形化显示,并且能对大棚环境参数进行智能化调节。监控系统摒弃了现阶段使用较多的C/S结构,采用B/S结构进行开发,提高系统的实用性,降低开发成本,有利于推广和普及。(4)根据设计方案,组装具体实物,并对各个模块进行测试和分析,验证了光伏供电功能、无线通信功能和Web网页端智能控制功能的可靠性,进一步提升了温室大棚系统的智能化和便捷化程度。
基于MPPT算法的自供电温室大棚监控系统
这是一篇关于温室大棚,云平台,太阳能,MPPT的论文, 主要内容为随着农业现代化建设的快速发展,温室大棚管理也朝着智能化方向发展。目前国内温室大棚监控系统管理较为依赖主观经验,并且,数据的收集管理较为复杂,系统无法实现较好的远程监控。此外,温室大棚管理智能化不足和大棚内布线复杂等难题需进一步解决。因此,提高温室大棚智能化程度,建立自供电监控系统具有重要的实际意义。本课题从实际应用角度出发,研发出一套由光伏供电的温室大棚监控系统。该系统采用光伏供能,利用无线传输将环境参数实时传送至云端。控制端采用基于B/S架构网站式系统提供良好的人机交互体验,搭建具有实时查看、有序管理和精确控制功能的智能监控系统。本课题主要研究内容和成果如下:(1)利用MPPT算法和PID算法实现光伏蓄电池分段式充电,实现智能监控系统自供电。仿真验证变步长扰动观察法可以提高光伏电池最大功率点的追踪稳定性和追踪速率。MPPT算法和PID算法实现光伏对蓄电池的快充以及恒压充电,达到分段充电效果,提高自供电充电效率。(2)根据系统总体设计方案,对系统终端节点进行软硬件设计。硬件部分主要包括光伏供电模块和环境采集模块。光伏供电模块包含光伏阵列、Boost电路和稳压模块电路,环境采集模块包含温湿度模块、二氧化碳模块、光照强度模块、土壤湿度模块以及其他外围电路。软件部分根据系统需求,在硬件电路基础上实现系统的主要功能,包括光伏充电功能,数据采集功能和数据传输功能。(3)利用云平台进行数据的存储和管理。设计Web端监控系统,实现大棚环境数据的图形化显示,并且能对大棚环境参数进行智能化调节。监控系统摒弃了现阶段使用较多的C/S结构,采用B/S结构进行开发,提高系统的实用性,降低开发成本,有利于推广和普及。(4)根据设计方案,组装具体实物,并对各个模块进行测试和分析,验证了光伏供电功能、无线通信功能和Web网页端智能控制功能的可靠性,进一步提升了温室大棚系统的智能化和便捷化程度。
基于射频和太阳能的混合能量收集器的设计
这是一篇关于混合能量收集器,接收天线,整流电路,太阳能,射频能量,双频的论文, 主要内容为随着全球自然资源的不断消耗,开发和应用可再生资源的需求愈加受到人们的关注。而且传统的供电方式具有线路复杂和老化维护的问题,需要开发免电池系统和自供电系统。基于以上两点,自发采集环境中各种可持续能源的能量收集器逐渐受到学者们的关注和研究。对于环境中充斥着各种不同功率密度的射频信号,目前已有技术可以对一定功率密度下的射频能量进行收集。但环境中射频功率密度低,造成收集到的功率能量有限。然而环境中仍旧存在着多种绿色能源,如果能同时收集多种能源,势必会提高能量收集功率。因此,本文设计出一种基于射频能量和太阳能的混合能量收集器,利用接收天线和光敏模块对二者进行收集,并将光敏模块收集到的光照电压作为偏置电压提供给整流二极管,通过射频功率和太阳能在电路中的协同作用,以实现收集到更高功率能量的目的。本文的主要工作包括:首先,结合二极管的理论模型,利用ADS电磁仿真软件对整流二极管的输入阻抗进行分析,对所选整流二极管的工作特性进行验证。同时,设计出一款工作在2.45GHz且射频输入功率为-20～0dBm的混合整流电路,选择单管串联的整流拓扑结构对信号进行转换,通过改进匹配网络结构,在太阳能的作用下使得电路的能量转换效率有所改善。当射频输入功率为-10dBm且光照强度为140lux时,整流电路的整体转化效率仿真和实测结果分别为64.7%和54.9%。并且,基于三维电磁仿真软件HFSS设计出一款工作在2.45GHz宽带圆极化天线,将接收天线与光敏模块及混合整流电路进行系统搭建,完成系统性能测试,实测结果表明,当射频功率从-20dBm到0dBm增加,同时太阳能光照强度从44lux到548lux增加时,系统的能量转换效率从35%增加到73%。其次,针对功率变化范围为-35～-20dBm的射频能量,为了能与太阳能实现协同工作,设计了两款工作在2.45GHz和5.8GHz的双频整流电路,分别为双频双支路整流电路和双频单支路整流电路。当射频输入功率为-30dBm,并与光照电压协同作用于电路时,双频双支路整流电路的整体转换效率为39.3%,双频单支路的整体转换效率为39.9%。另外设计了一款针对2.45GHz和5.8GHz的双频带接收天线,用来与双频单支路电路搭建系统,完成天线和电路的联合仿真。该双频带接收天线在2.45GHz处呈现圆极化特性,在5.8GHz处呈现椭圆极化特性。仿真结果表明,当射频功率从-35dBm到-20dBm增加,同时太阳能光照强度从25lux到122lux增加时,联合仿真的能量转换效率从36.7%增加到58.9%。
太原地区太阳能—地源热泵耦合系统设计及优化研究
这是一篇关于TRNSYS,地源热泵,太阳能,联合供暖,土壤补热的论文, 主要内容为地热能作为一种清洁、可再生能源,近年来逐渐受到人们的关注。地源热泵技术作为一种开发浅层地热能的技术,逐步被运用到建筑领域。但在寒冷地区,地源热泵技术导致的土壤冷堆积问题始终没有得到很好的解决。为解决上述问题,本文提出了太阳能与地源热泵系统联合运用的解决思路,并对此进行了相关研究。本文利用Transient System Simulation Program(TRNSYS)软件,对太原地区独立居民建筑进行了建筑负荷计算。在此基础之上,结合工程规范,对太阳能-地源热泵耦合系统进行了初步设计,并对相关设备进行了选型。之后,利用TRNSYS软件对独立地源热泵系统进行建模,并研究了土壤、地埋管以及热泵机组相关参数的运行变化规律。同时,还研究了地源侧设计参数对土壤冷堆积的影响。在此基础之上,进行了独立地源热泵系统的优化设计。另外,依据太阳能-地源热泵耦合系统基本原理,提出了两种太阳能-地源热泵耦合系统运行模式:辅助加热模式和联合供暖模式。并对两种运行模式的控制策略进行了设计。同时,运用TRNSYS软件构建了耦合系统的数值模型。在模型的基础之上,分别研究两种运行模式下土壤、地埋管以及热泵机组相关参数的运行变化规律,并对这两种运行模式能否降低土壤冷堆积进行评价。此外,对辅助加热模式进行了重点研究。研究了辅助加热模式下太阳能集热器循环部分相关设计参数对土壤冷堆积的影响,并对辅助加热运行模式的系统设计进行了优化。最后,利用费用年值法对太阳能-地源热泵耦合系统经济性进行分析,并给出了耦合系统的环境效益评价。主要研究成果如下:(1)太原市独立居民建筑供暖季累计热负荷远大于制冷季累计冷负荷。因此,仅地源热泵系统对该建筑进行全年的供暖制冷时,土壤必然会出现冷堆积。(2)太阳能-地源热泵耦合系统的两种运行模式均能降低土壤冷堆积程度。其中,辅助加热模式,能够实现系统运行10年,土壤平均温度仅下降0.2℃;联合供暖模式虽能够减少土壤冷堆积,但蓄热水箱供水后,较高的回水温度会影响热泵机组正常运行。因此,应注重考虑联合供暖时的管路设计。(3)当进行耦合系统优化设计时,应着重优化地埋管间距、地埋管设计流量、蓄热水箱供水温度以及太阳能集热器面积等设计参数。(4)经济性方面,太阳能-地源热泵耦合系统的费用年值略高于市政管网供暖+空调制冷的费用年值,二者差别不大,但该耦合系统环境效益突出。综上所述,太阳能-地源热泵耦合系统在寒冷地区能够解决土壤冷堆积问题。对于无法进行市政管网供暖、且有生活热水需求的农村独立居民建筑,使用太阳能-地源热泵耦合系统供暖制冷属于较优选择。本文的结论对太阳能-地源热泵耦合系统在实际工程中的应用具有一定参考价值。
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