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ISSN 0254-0096 CN 11-2082/K
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基于IPOA的太阳电池模型参数辨识
吴艳娟, 刘振朝, 王云亮
太阳能学报    2024, 45 (1): 1-10.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1416
摘要200)      PDF (1951KB)(150)   
太阳电池模型参数的准确辨识对光伏组件功率预测和最大功率点追踪有较大影响,必须保证较高的辨识精度。传统的智能算法能做到一定程度上的参数辨识,但均存在精度不足、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题。针对此类问题,提出基于改进鹈鹕优化算法(IPOA)的太阳电池模型参数辨识方法。该算法中种群个体联系紧密,通过随机性的互相学习进行位置更新,在工程应用领域有着较传统算法更好的效果。同时,针对该算法特点,引入基于Jaya算法的位置更新策略,使种群的候选解更趋向最优解;改进了递减因子,使模型在迭代中后期寻优效果更好。增加了莱维飞行策略,有效提高了算法精度。在不同的太阳辐照度条件下,IPOA都有较好效果,辨识结果与实际曲线拟合度高,表明IPOA能在不同环境中对太阳电池模型参数进行准确有效辨识。
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积灰性质对光伏组件输出性能影响研究
陈宇翔, 崔凝, 李斌, 李庆哲, 马凯
太阳能学报    2024, 45 (1): 11-19.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1569
摘要98)      PDF (2126KB)(82)   
该文针对光伏电站现场的灰成分,进行不同粒径和不同成分积灰对光伏组件输出性能影响实验,基于实验数据建立积灰密度、太阳辐照度与光伏组件输出功率以及工作电流的拟合模型。实验结果表明,光伏组件开路电压和最佳工作电压受积灰性质波动较小,光伏组件最佳工作电流受积灰性质影响较大,光伏组件最大输出功率衰减主要是受到光伏组件最佳工作电流降低的影响,积灰粒径分布对光伏组件最大输出功率和最佳工作电流的影响远大于积灰成分的影响。
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结构形状对太阳能烟囱系统热特性的影响研究
贾靖, 聂晶, 王静文, 苏昊, 闫素英, 高虹
太阳能学报    2024, 45 (2): 1-9.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1557
摘要213)      PDF (2896KB)(50)   
不同太阳能烟囱(SC)形状对系统集热特性影响不同。建立10°圆形SC数值模拟模型和试验台架,将系统数值模拟与试验测试结果对比验证,二者相对误差值小于4%,数值模拟方法正确;采用相同的数值模拟方法对0°圆形、0°方形和10°方形SC模型进行计算,将不同系统计算结果进行对比。结果表明:不同系统结构蓄热层表面温度场均匀性和受烟囱阴影影响不同,10°方形蓄热层表面温度场受烟囱阴影影响最小;对比烟囱内流体速度,10°方形具有更高速度梯度,更有利于确定涡轮机的位置;不同系统烟囱内部流体总焓差不同,10°方形SC系统总焓差较大;相比于0°圆形SC系统,其他3个SC系统的集热效率分别提高了11.328%、43.705%和66.061%,质量流量提升了59.36%、8.39%和39.04%。
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应用于光伏并网的双模共地型逆变器
梁国壮, 韩沛松, 赵焕文, 王飞, 曹媛, 田涵雷
太阳能学报    2024, 45 (1): 20-24.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1460
摘要78)      PDF (1645KB)(39)   
研究一种新型无变压器双模式电压源逆变器(VSI);其中共地型结构短路寄生电容,理论上可完全消除漏电流。该逆变器由升降压开关(SBB)模块和LC滤波网络集成,且输出波形具有良好的对称性。所提拓扑具备宽输入电压范围内满足并网电压增益、结构紧凑、调制策略简单等特点 。同时,SBB模块可实现软充电,电流应力控制在允许范围内。详细介绍了逆变器的结构特点、工作原理,并设计了闭环控制单元。最后研究结果表明所提VSI的可行性和良好性能。
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风向角和倾角对光伏阵列风荷载的影响
全勇, 吴建高, 陈艳, 王辛铭, 敬海泉
太阳能学报    2024, 45 (1): 25-31.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1147
摘要85)      PDF (2406KB)(38)   
该文通过数值模拟方法,系统研究单竖排光伏阵列的风荷载特性以及风向角和倾角的影响。结果表明:光伏阵列在横风作用下,迎风侧光伏组件的风荷载系数最大;光伏组件阻力系数、升力系数以及扭矩系数均随倾角的增大而增大,且在倾角小于20°时变化速率较大,大于20°之后体型系数趋于平缓;光伏阵列中,组件风荷载系数的遮挡效应十分明显,迎风侧光伏组件降低了背风侧组件的来流风速,使得位于下游区域的光伏组件所受风荷载显著减小,且倾角越大遮挡效应越明显。
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2种海上风力机漂浮式风电场平台动态响应对比
何鸿圣, 李春, 王博, 李蜀军, 张立, 丁勤卫
太阳能学报    2023, 44 (4): 1-8.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0564
摘要310)      PDF (2493KB)(35)   
为研究不同海上风力机漂浮式风电场平台风浪流联合作用下动态响应,分别建立基于OC3-Hywind Spar与ITI Energy Barge平台漂浮式风力机的2×2阵列漂浮式风电场,结合辐射/绕射理论与有限元方法,使用海洋工程软件AQWA及风力机仿真软件FAST分别进行水动力学与气动载荷计算,分析2种漂浮式风电场平台时频响应特性。结果表明:Spar与Barge平台频域响应均集中在2.00 rad/s以下低频区域,在2种风电场中,Spar风电场各平台在垂荡、纵摇、横摇、艏摇4自由度及机舱振动加速度上稳定性较好;风电场中平台横荡、纵荡及机舱振动加速度大小与其在风电场中所处位置有关。
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基于IAOA-VMD-LSTM的超短期风电功率预测
肖烈禧, 张玉, 周辉, 赵冠皓
太阳能学报    2023, 44 (11): 239-246.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1054
摘要36)      PDF (1921KB)(34)   
为了对风电功率进行精确预测,提出一种基于改进算术优化算法(IAOA)、变分模态分解(VMD)和长短期记忆网络(LSTM)的超短期风电功率预测模型(IAOA-VMD-LSTM)。利用IAOA对VMD的关键分解参数kα进行优化,得到的各固有模态函数(IMF)具有周期性,能够提升LSTM的预测精度,同时利用IAOA对LSTM网络参数进行优化。通过对风电功率数据进行预测分析,结果表明IAOA-VMD-LSTM预测模型相比于其他模型的预测精度更高。
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太阳能-地源热泵系统控制策略及运行特性研究
孙畅, 张磊, 张广宇, 鞠晓磊, 鲁永飞
太阳能学报    2024, 45 (1): 95-101.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1548
摘要38)      PDF (2287KB)(33)   
为解决西北村镇地源热泵系统应用中土壤温度逐年降低的问题,设置太阳能-地源热泵系统(SGSHP),分析SGSHP的适用区域。以某小学为测算对象,使用文献调研、数字化模拟等方法,仿真模拟运行策略。结果表明,农业设施和学校适合采用SGSHP,非供暖季太阳能为土壤补热,供暖季优先太阳能供暖为最佳控制策略,太阳能集热器面积86 m2,水箱容积3.9 m3,换热器截面积0.4 m2,循环泵流量6.6 m3/h,换热管长度120 m,可在1个自然年恢复土壤温度。
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基于EOF-DBSCAN-GRU 的分布式光伏集群出力预测方法研究
麻吕斌, 潘国兵, 蒋群, 郭鹏, 吴春华, 赵宇航
太阳能学报    2024, 45 (1): 39-46.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1461
摘要56)      PDF (2414KB)(32)   
提出一种基于EOF-DBSCAN划分集群的改进统计升尺度的光伏集群出力预测建模方法。针对传统统计升尺度方法子集群中光伏电站出力特性不一致问题,通过皮尔逊相关系数和经验正交函数(EOF)优化特征空间,再根据密度聚类模型(DBSCAN)对区域内光伏电站划分集群,从而增强光伏电站聚类后集群出力特性的一致性。针对待预测日权重系数时间序列动态特性的提取、预测问题,提出一种基于动态时间规整(DTW)的相似日选取算法。最后利用循环神经网络(GRU)模型进行光伏电站出力预测。实验表明该集群预测方法的平均误差百分数(MAPE)约为6.33%,均方根误差(RMSE)约为13.93 kW,均方误差(MSE)为194.25 kW,通过实际光伏电站数据证明了所提方法的准确性和有效性。
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废弃风电叶片材料回收与再制造技术的研究进展
陈吉朋, 王计安, 张雨秋, 周宏平
太阳能学报    2023, 44 (5): 328-335.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1424
摘要161)      PDF (3048KB)(32)   
首先,介绍国内外风电叶片的使用规模和退役风电叶片趋势,阐述国际上通用的退役风电叶片处置方式(堆放、掩埋、回收利用)及其优缺点;其次,系统介绍废弃叶片材料的典型回收利用方法,即机械回收、热回收和化学回收,比较3种典型回收利用方法的技术特点;然后,总结了利用退役风电叶片进行产品再制造的典型案例,包括制备再生复合材料板材、制造混凝土骨料、制备3D打印耗材等;最后,针对风电材料常见的玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料等的难切削性能,介绍风电叶片回收加工技术与装备,包括切割加工技术和装备、破碎及粉碎加工技术和设备等。
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光伏组件热斑效应研究
王乐, 陈雪, 张舒, 王法泽, 王军
太阳能学报    2023, 44 (7): 155-161.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0301
摘要156)      PDF (1884KB)(31)   
该文对目前主流的p型光伏组件产品特别是大尺寸太阳电池所制备光伏组件的热斑温度进行测试研究,具体分析影响热斑温度的关键影响因素,被遮挡太阳电池的热斑温度由单位面积上耗散的功率Φq决定,即与单串太阳电池片数量、太阳电池片漏电流、太阳电池片漏电流的分布相关,太阳电池片漏电点处的非均匀加热是热斑局部温度偏高的主要原因。同时对单串太阳电池片数相对较多的光伏组件热斑风险控制进行探讨,反偏电压下太阳电池漏电流值的控制能有效降低热斑温度,通过红外测试对一定反偏电压下太阳电池漏电点与非漏电区域太阳电池片温差分档,可进一步控制热斑风险。
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地表太阳辐射短期预测方法研究进展
金存银, 张淑花, XingongLi, 田欠欠, 王倩茹, 王默涵
太阳能学报    2023, 44 (12): 150-161.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1246
摘要96)      PDF (1227KB)(31)   
根据太阳辐射预测使用的数据及预测方法,将目前地表太阳辐射短期预测方法归纳总结为4类:基于地面观测数据预测方法、基于卫星遥感观测预测方法、基于地基云图观测预测方法以及基于数值天气预报模式预测方法。分别阐述4类地表太阳辐射短期预测方法的研究进展,并对不同方法适用性及其优缺点进行评价,最后对未来短期地表太阳辐射预测方法进行展望。
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全向移动光伏清扫机器人清扫特性分析与优化
梁艺, 王伟振, 汪步云, 全鹏, 孙凯, 汪玉冰
太阳能学报    2024, 45 (1): 32-38.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1439
摘要54)      PDF (3791KB)(31)   
针对光伏组件灵活、安全清扫问题,设计一种全向移动式光伏清扫机器人构型,采用四轮差速建模法、轮组电磁制动分析,确定机器人构型的合理性。针对现有移动式清扫方式的局限性,研究新型滚刷除尘、管道吸尘同步清扫方法。通过CFD仿真方法,建立机器人吸尘管道、清扫机构流场仿真模型,完成结构模型的清扫特性分析与结构优化仿真,以及实际清扫效果对比评价试验。试验结果表明:设计的清扫机器人能实现86.5%清扫效率,同时改善了运动制动能力。
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太阳能热化学转化技术研究进展
岳霞, 阿迪力·巴吐尔
太阳能学报    2024, 45 (1): 56-66.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1470
摘要52)      PDF (5844KB)(30)   
利用热化学反应将太阳能转化为易存储的化学产品,是实现太阳能大规模连续利用的有效方式。聚光器和反应器是太阳能热化学转化系统的核心设备。该文首先基于热化学反应进行温度的不同,对典型的低、中、高温太阳能热化学转化系统进行介绍,并对不同温度段系统中常用的聚光器类型进行总结,同时简要评述不同太阳能热化学转化系统的优缺点和发展趋势;然后基于太阳能热化学转化过程中传热方式的差异,对直接辐射加热型和间接辐射加热型太阳能反应器的种类、结构、工作原理和研究进展进行阐述。
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可再生能源大规模制氢及储氢系统研究进展
张盛, 郑津洋, 戴剑锋, 王昕, 李浩然
太阳能学报    2024, 45 (1): 457-465.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1473
摘要71)      PDF (3322KB)(30)   
可再生能源大规模制氢及储氢系统是在新型电力系统背景下实现氢能与可再生能源深度融合的重要途径。主要介绍可再生能源大规模制氢及储氢系统的类别、结构组成,分析了发电侧资源特性、制氢/储氢技术特性和用氢侧需求波动特性,重点分析国内外可再生能源综合利用系统仿真软件研发现状以及系统控制策略优化、制氢/储氢容量配置优化和技术经济性优化等模型研究热点问题。
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一个新的太阳电池显式模型以预测在任何太阳辐照度和温度时的I-V
张建新, 刘俊星, 傅文珍, 刘昶时
太阳能学报    2023, 44 (4): 393-397.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1381
摘要84)      PDF (1678KB)(28)   
采用求解满足实验结果的微分方程,建立一个三参数的显函数模型。经过22条实验数据的验证肯定该模型的正确性。更好的结果是该工作成功地发展出次级模型即模型参数同太阳辐照度及温度的定量关系,从而实现用太阳辐照度和温度预测太阳电池的I-V
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基于数字孪生技术的风电机组建模研究
尚海勇, 刘利强, 齐咏生, 李永亭
太阳能学报    2023, 44 (5): 391-400.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1618
摘要175)      PDF (17966KB)(26)   
针对以往风电机组数字孪生建模受不同研究目的或单一软件的功能限制,难以建立风电机组整机模型的问题,提出一种新的风电机组孪生建模方法。该方法首先依托FAST风速性能模块,建立稳态风模型、随机湍流风模型以及风电场实时风速模型;接着采用空气动力学模块和结构动力学模块分别搭建风电机组叶片、塔架等关键部件的几何与动力学模型;最后在Simulink中搭建风电机组电气系统模型及控制策略,由此构建完整的风电机组孪生模型。将该孪生建模方法分别用于WindPACT 1.5 MW双馈风电机组与某风电场Fuhrländer 2.5 MW双馈风电机组并进行验证。结果表明:孪生模型在不同风速模型下,各重要生产参数相比设计标准及实际运行数据均具有较高的准确性。此外,通过对风电机组数字孪生系统实时仿真和现场不可测数据的孪生模拟,也进一步表明孪生模型具有可行性和有效性。
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不同生物质原料的气化合成制航煤的环境影响评价
潘小天, 仲兆平, 汪维, 郑翔, 沈钊丞, 邓玥
太阳能学报    2023, 44 (5): 10-16.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1601
摘要98)      PDF (2879KB)(25)   
采用生命周期评价方法对玉米秸秆、稻壳和杨木3种生物质的气化合成航空煤油工艺路线进行环境影响评价。选取全球变暖、酸化、富营养化、光化学污染、人体毒性和固体废弃物6种环境影响类型,对3种工艺路线的全生命周期进行环境影响潜值计算。计算结果表明:系统全生命周期中生产阶段排放最多的是CO2,占比为69.13%~74.36%;运输阶段环境影响最小,在各环境影响潜值中占比不足7%;玉米秸秆是3种生物质中环境影响最小的原料,减少费托合成反应器的耗电量可降低玉米秸秆工艺的环境影响。
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ERA5资料应用于中国地区太阳能资源评估研究
张双益, 李熙晨
太阳能学报    2023, 44 (5): 280-285.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1604
摘要135)      PDF (2131KB)(25)   
利用中国40个地面台站观测资料对ERA5再分析资料太阳能资源要素进行误差评估,结果表明:ERA5资料与台站资料的地表月水平面总辐射回归方程可决系数为0.999。ERA5资料与各台站资料均方根误差最大值为8.7 MJ/m2,平均值为4.9 MJ/m2;相对均方根误差最大值为2.4%,平均值为1.0%。ERA5资料与各台站资料年际变化误差最大值为19 MJ/m2,平均值为3 MJ/m2;百分比年际变化误差最大值为0.5%,平均值为0.1%。ERA5资料与台站资料稳定度误差最大值为0.013,平均值为0.003;百分比误差最大值为2.9%,平均值为0.8%。ERA5资料与台站资料具有较好的一致性,应用于中国太阳能资源评估是可行的。
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基于MOPSO的荞麦秸秆育苗钵成型工艺参数优化
杨杰, 张静, 孙欣伊, 张颖男, 郑德聪
太阳能学报    2023, 44 (5): 1-9.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1401
摘要244)      PDF (2661KB)(24)   
采用响应面法研究荞麦秸秆生物质育苗钵密度、跌落破损率和承压破损率3个物理性能与成型压力、粘结剂用量及保压时间的关系,并应用多目标粒子群优化(MOPSO)算法对工艺参数进行三响应优化分析。试验结果表明:当压力为8~12 MPa、粘结剂用量为60%~90%、保压时间为11~14 min 时,育苗钵密度可达1.041 g/cm3以上,跌落破损率和承压破损率分别在2.97%和2.65%以下。最优成型工艺参数为压力11.73 MPa,粘结剂用量60.5%,保压时间12.7 min,此条件下育苗钵密度达到1.168 g/cm3,跌落破损率和承压破损率分别为2.52%和2.58%。
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