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ISSN 0254-0096 CN 11-2082/K
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固态储氢技术的研究进展
张晓飞, 蒋利军, 叶建华, 武媛方, 郭秀梅, 李志念, 李海文
太阳能学报    2022, 43 (6): 345-354.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0536
摘要1009)      PDF (1989KB)(275)   
综述固态储氢技术的研究进展,包括储氢材料、储氢装置及其应用现状。部分储氢合金已成功用于固态储氢装置中,开发温和吸放氢条件下新型高容量可逆储氢材料是当前研发重点;储氢装置的优化设计可有效改善装置的快速传热特性,安全性能也得以保证,储氢装置已在分布式供能、机动车等领域得到示范应用,但还需进一步实现储氢系统快速响应、安全可靠和高储氢密度的协调统一。
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PEM电解水制氢技术的研究现状与应用展望
马晓锋, 张舒涵, 何勇, 朱燕群, 王智化
太阳能学报    2022, 43 (6): 420-427.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0360
摘要907)      PDF (1862KB)(351)   
基于4种电解水制氢技术性能的差异和优劣,对PEM电解槽的膜电极、多孔传输层、双极板的研究现状进行总结并展望,最后结合PEM电解水制氢技术的优势,分析该技术成本发展趋势并展望该技术的应用场景和发展方向。
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基于自适应引力搜索算法的定日镜场优化布置
高博, 刘建兴, 孙浩, 刘二林
太阳能学报    2022, 43 (10): 119-125.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0397
摘要681)      PDF (3269KB)(351)   
针对塔式太阳能热发电电站中定日镜场优化布置问题,提出一种基于自适应引力搜索算法的定日镜场优化布置方法。以Campo布置规则为基础建立比目标定日镜场大1.5倍的密集型初始镜场,将定日镜所在环的半径作为输入变量并将年均效率作为镜场优化布置的评价标准。通过在引力搜索算法中引入动态调整因子α,可提高算法在高维搜索问题方面的求解能力。最后以塞维利亚Gemasolar电站的定日镜场为例进行优化布置,证明使用自适应引力搜索算法优化后的定日镜场具有更高的年均效率。
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基于XGBoost-LSTM组合模型的光伏发电功率预测
谭海旺, 杨启亮, 邢建春, 黄克峰, 赵硕, 胡浩宇
太阳能学报    2022, 43 (8): 75-81.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0005
摘要595)      PDF (1694KB)(185)   
该文提出一种基于极端梯度提升(XGBoost)模型和长短期记忆网络(LSTM)模型的短期光伏发电功率预测组合模型。根据短期光伏发电特性,首先分别建立XGBoost模型和LSTM模型,然后利用XGBoost模型进行初步预测增加特征,并利用误差倒数法将两模型组合起来进行预测。选取2018年光伏电站人工智能运维大数据处理分析大赛的数据集进行实验评估,最终结果表明,该文所构建的XGBoost-LSTM组合模型的均方根误差(RMSE)为0.214,将上述方法与随机森林、GBDT模型和单一的XGBoost模型和LSTM模型相比较,该文提出的方法具有更高的预测精度。
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太阳能光伏光热建筑一体化(BIPV/T)研究新进展
王君, 余本东, 王矗垚, 季杰
太阳能学报    2022, 43 (6): 72-78.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1029
摘要555)      PDF (1780KB)(152)   
针对当前太阳能建筑一体化应用中存在的问题,提出太阳能光伏光热建筑一体化(BIPV/T)综合利用研究的新概念、新方法和新功能,不仅能提高太阳能建筑一体化的综合利用效率、降低应用成本,且使得太阳能功能更多、全年利用率更高。该文介绍了中国科学技术大学近年来的相关研究,包括与建筑相结合的光伏/热水系统、碲化镉光伏通风窗系统、光伏/空气/热水复合被动墙体系统、光伏光热-热催化/洁净多功能复合墙体系统的原理、功能及效率,拓展了太阳能建筑一体化研究和应用的新途径,为实现太阳能建筑大规模应用以及创造健康舒适的室内环境提供新的方法。
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砂土导热特性及表观热导率预测关联式模型
褚召祥, 王义江, 赵光思, 董凯军, 孙钦, 王泽桂
太阳能学报    2022, 43 (5): 1-9.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-0932
摘要507)      PDF (2825KB)(70)   
以细观尺度假设条件下砂土多孔/颗粒介质周期性单元结构为几何模型,采用COMSOL Multiphysics软件开展针对不同孔隙率和饱和度、不同边界条件下,固-液-气三相砂土稳态热传导过程有限元数值实验。研究结果表明,砂土热导率随孔隙率的增加而降低,随饱和度的增加而增加,变化速率均逐渐减小;相同孔隙率和饱和度工况下方形单元结构采用恒壁温+绝热+第3类边界条件的组合方式时,热导率反向计算结果最优;基于数值实验结果建立的砂土热导率与孔隙率、饱和度之间的指数、幂律函数关系式计算获得的热导率在低、高饱和度区与实验回归模型预测结果吻合度较高;与理论和试验研究相比,数值模拟/实验可以有效表征孔隙/颗粒尺度砂土导热特性,进而以土壤物理参数为基础建立具有较高精度的砂土表观热导率预测关联式模型。
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空气源热泵冷岛效应形成机理及实验验证
郭郑道, 许强强, 陈锦鹏, 巫江虹
太阳能学报    2022, 43 (10): 7-8.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0138
摘要471)      PDF (2871KB)(54)   
采用流体仿真与实地测试相结合的方法研究空气源热泵冷岛效应的形成机理和影响因素。长春机组实地测试和仿真结果均表明,在有周围建筑物和环境风为4.92 m/s时,机组排风会影响机组下游空气温度和下游回风温度,使平均回风温度下降0.15~0.18 K。室外机换热量、风机风量、机组堆积、环境风和周边建筑形状是影响空气源热泵冷岛效应的重要因素,冷岛效应回流率和机组换热量成正相关,和风机风量成负相关;在无环境风和周边无建筑物的情况下,空气源热泵的冷风沿地面扩散到环境中。在无环境风工况下,单机组在换热量为52.8 kW,风量为3.4 kg/s时,回流开始时间为38 s,最终回流率为28%,最终回风温度和环境温度的温差为6.08 K。
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适应于直流新能源/储能接入的三电平Buck-Boost变换器建模及控制器设计
栾思平, 苏适, 杨洲, 朱真, 严格非, 马伏军
太阳能学报    2022, 43 (4): 56-65.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0252
摘要459)      PDF (2178KB)(78)   
为实现大功率直流新能源/储能系统的接入,以一种级联同相三电平Buck-Boost变换器为研究对象,该拓扑可在宽电压波动范围内可升、可降,能适应大功率、宽范围电压的直流新能源/储能的接入和变换。首先,对级联同相三电平Buck-Boost变换器的工作原理进行分析,基于储能充放电控制均存在Buck模态和Boost模态2种工作模式,分别推导级联三电平Buck-Boost变换器的小信号平均模型,其次,考虑到中点电压平衡问题,分析占空比差值ΔD对系统的影响,并通过Bode图,得出ΔD只对Boost模式低频段时影响较大,而对Buck模式和Boost模式高频段影响不大。然后,根据系统的小信号模型,对控制器进行设计,对比了传统控制器与TypeⅢ控制器的差异,得出TypeⅢ控制器有更大的控制带宽及稳定性。最后,通过仿真验证2种控制器的效果及特性。
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中国太阳能资源评估及其利用效率研究进展与展望
姚玉璧, 郑绍忠, 杨扬, 张民, 赵继锋, 李强
太阳能学报    2022, 43 (10): 524-535.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0141
摘要441)      PDF (1178KB)(109)   
围绕太阳能资源分布特征、资源潜力评估和太阳能利用效率的研究,从中国太阳能资源估算及其分布特征、中国太阳能资源潜力评估、太阳能利用方式及其太阳能利用效率研究、光伏发电效率评估、气候变化因子对光伏发电效率的影响等方面,归纳凝练了太阳能资源评估及其利用效率研究的主要成果。结合相关研究的国际前沿、热点问题和社会经济发展需求,剖析了研究中存在的不足和问题;提出加强气候变化背景下太阳能高辐射区光能资源变化新特征研究、深化太阳能高辐射区太阳能发电效率评估研究、深入开展气候变化因子对光伏发电效率的影响及其机制的研究、细化光能开发潜力评估、进一步完善光伏发电效率预测系统、推动绿色低碳社会经济发展等中国未来太阳能资源评估及利用研究需要重点关注的方向。
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碳中和愿景下绿色制氢技术发展趋势及应用前景分析
李亮荣, 彭建, 付兵, 黄玉林, 姜慧, 齐海霞
太阳能学报    2022, 43 (6): 508-520.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0183
摘要418)      PDF (1497KB)(155)   
围绕目前主流的绿色制氢技术,综述国内外“绿氢”技术的最新研究进展,重点阐述电解水制氢技术(碱性电解水法、质子交换膜电解水法、固体氧化物电解水法)、太阳能分解水制氢技术(光催化法、光热分解法、光电化学法)以及生物质制氢技术(热化学转化法、微生物法)的产氢原理、技术难点和改进方法等,讨论比较各类“绿氢”技术的优缺点,分析未来绿色制氢技术的应用前景和发展方向。
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电化学储能系统在整县制屋顶光伏中应用前景分析
李建林, 方知进, 谭宇良, 齐志新, 陈明轩, 马速良
太阳能学报    2022, 43 (4): 1-12.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0084
摘要408)      PDF (1906KB)(41)   
屋顶分布式光伏作为可“自发自用”、“余电上网”的电源已得到广泛应用,随着国家政策的大力扶持,光伏发电技术和储能技术相辅相成逐渐成为主要产业。首先,从屋顶分布式光伏的扶持政策以及试点应用出发,然后根据当前屋顶分布式光伏发展亟待解决的问题分析,提出储能在适用于整县制屋顶光伏发展的核心技术:屋顶光伏和储能的场景生成和评价、屋顶分布式光储系统协调发电控制、经济性效益、汇聚技术以及屋顶分布式光伏安全技术。最后开展对未来屋顶分布式光伏以及储能技术的展望,为中国屋顶光伏以及储能产业的发展提供建议。
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中国不同气候区日总太阳辐射计算模型适用性分析及通用计算模型优化
周勇, 刘艳峰, 王登甲, 刘晓君
太阳能学报    2022, 43 (9): 1-7.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0217
摘要403)      PDF (3005KB)(104)   
利用中国5个气候区96个气象台站的1981—2010年的日值气象数据,对比分析12个基于日照百分率和12个基于温度的日总太阳辐射计算模型在不同气候区的适用性。采用判定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MABE)、平均误差(MBE)和全局性能系数(GPI)5个评价指标,确定各气候区最适宜的模型形式。以该模型为基准,建立适用于中国不同气候区的基于日照百分率和基于温度的日总太阳辐射通用计算模型。结果表明,三次方形式的基于日照百分率和基于日较差-平均温度的模型在各气候区计算精度均最高;以该模型为基础,建立适用于中国不同气候区的基于日照百分率和基于温度的日总太阳辐射通用计算模型,其平均R2分别为0.91和0.68。
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神经网络短期光伏发电预测的应用研究进展
贾凌云, 云斯宁, 赵泽妮, 李红莲, 王赏玉, 杨柳
太阳能学报    2022, 43 (12): 88-97.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0501
摘要387)      PDF (1612KB)(132)   
准确的太阳能发电功率短期预测是保证电力调度和大规模光伏并网的关键。该文对近年来光伏发电功率短期预测研究进展进行综述,并对影响光伏发电功率的各种气象因素进行相关性分析。针对用于光伏发电短期功率预测的人工神经网络模型和深度学习模型进行总结和评述。太阳辐照度是影响预测模型精度的主要气象参数。在光伏发电功率短期预测中,神经网络及其组合模型均表现出较好的预测精度,但组合模型整体上优于单一预测模型。
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三角转子膨胀机在有机朗肯循环中应用分析
李沛昀, 孟金龙, 王文, 翁一武
太阳能学报    2023, 44 (2): 1-8.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1015
摘要381)      PDF (1822KB)(48)   
基于中低温太阳能驱动的有机朗肯循环应用背景,分析三角转子机械作为膨胀机的运行特征,通过建立含泄漏影响的运行过程热力学模型对膨胀机性能进行计算,分析以R245fa为工质在单个膨胀周期内膨胀机内部的热力学性能,包括进气角度、形状因子、偏心距和轴距系数等型线设计参数对膨胀机性能的影响。结果显示,三角转子膨胀机可实现较大的膨胀压比,所讨论的因素会对质量流量、输出功率、膨胀压比和容积效率产生影响,适当选择结构参数可优化膨胀机的性能。
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退火过程对硅锭热应力与位错影响的数值分析
韩博, 李进, 安百俊, 徐尊豪, 石星宇
太阳能学报    2023, 44 (1): 1-7.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0789
摘要365)      PDF (2009KB)(102)   
利用CGSim软件对定向凝固多晶硅从长晶过程开始到退火过程结束进行瞬态数值模拟,研究不同退火温度和退火时间对多晶硅锭内热应力及位错密度的影响。通过软件中热弹性应力非稳态模型(Haasen-Alexander-Sumino模型)计算出位错和Von-Mises应力。结果表明:随着退火温度的升高和退火时间的增加,热应力及位错增殖速率的逐渐减小,在退火1 h后热应力和位错增殖速率大幅减小,退火3 h后减小效果减弱。高温退火时热应力和位错密度低于低温退火,在1250 ℃下退火3 h是比较合适的方案。
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晴空模型在北方地区的适用性研究——以甘肃、河北部分地区为例
刘笑, 杨丽薇, 花家嘉, 高晓清, 贾东于
太阳能学报    2023, 44 (3): 1-7.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1189
摘要362)      PDF (1453KB)(56)   
为了研究晴空模型在中国北方地区的适用性,采用北方地区7个站点的逐分钟太阳总辐射数据以及MERRA-2分析数据,选取Reno方法筛选晴空时段,之后选取11个统计量对7个晴空模型的性能进行评估,并采用主成分分析方法对模型进行排名。结果表明:模型综合排名由高到低依次为MAC2、REST2V5、BIRD、INEICHEN、IQBAL-C、sSOLIS、ESRA。Dong MAC2和REST2V5模型计算晴空条件下的太阳辐射准确率较高,在北方地区的适用性较好。
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新型双向储能变流器分析与研究
张耀文, 张政权, 刘庆想, 欧伟丽
太阳能学报    2022, 43 (4): 82-89.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-0183
摘要362)      PDF (3291KB)(34)   
传统双级式储能变流器存在直流支撑电容,电能需多次变换从而导致变换器故障、可靠性降低和效率降低。针对此问题,提出一种基于高频交流链接技术的新型双向储能变流器。首先对该变流器的工作原理进行详细介绍,在此基础上依据电荷分配的思想提出一种可行的控制算法,并建立Matlab/Simulink仿真模型对该拓扑结构和控制算法进行验证。仿真结果表明,该拓扑结构在离/并网模式下均可得到稳定的输出波形,功率因数大于0.99,且总谐波含量THD小于3%,可应用于光-储微网与光伏发电系统协同工作,有效抑制光伏发电系统带来的功率波动。
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跨季节蓄冷特性与系统设计优化
陈明彪, 宋文吉, 王瑛滢, 傅德坤, 冯自平
太阳能学报    2022, 43 (6): 1-7.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1043
摘要361)      PDF (1687KB)(71)   
考虑现有采暖供冷技术能耗高或适用性低等特点,提出以冰源热泵为核心的跨季节蓄冷技术。以5种系统方案为研究对象,建立系统模型定量评价分析不同方案在不同区域的能耗特性以及经济效益。结果表明:1)方案3(跨季节蓄冷)、方案4(跨季节蓄冷与夜间蓄冷)、方案5(土壤源热泵)的一次能源消耗量和污染物排放量比方案1(空气源热泵)和方案2(集中供热与冷水机组)少50%以上;2)跨季节蓄能技术可有效提高系统的全年COP值,其存储效率和循环次数可达到96%和2.1次;3)上海适用空气源热泵方案,北京适用跨季节蓄冷方案,沈阳适用集中供暖方案;4)在北京,对于3万m2以上供暖供冷面积的大型建筑,采用方案4的增量投资回收期只有约3 a。
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储能系统锂离子电池附加受控电压源等效电路模型研究
刘玉洁, 赵巍, 孙孝峰, 王宝诚, 李昕
太阳能学报    2023, 44 (8): 1-9.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0492
摘要351)      PDF (2335KB)(5)   
该文在少温度和少放电电流样本测试条件下,基于二阶RC等效电路模型提出一种模型改进的方法,构建反向传播(BP)神经网络来预测宽范围温度和电流倍率下的模型端电压误差,实现对模型的动态补偿。该方法可避免对锂离子电池重复进行充、放电实验而造成循环寿命折损。仿真和实验结果表明,所提小样本数据扩展的方法具有一定的可行性;附加受控电压源的电池模型在不同温度和电流倍率下的适应性更好,模型精度得到提升。该方法通过模型分析实现电池筛选组成梯次利用储能系统,并结合电池模型实现荷电状态(SOC)预测及发热预警,在新能源发电电池储能系统应用中具有一定的实际工程意义。
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基于安全域理论的含新能源电力系统概率潮流分析方法
李伟琦, 王维庆, 王海云, 武家辉, 张永超
太阳能学报    2022, 43 (8): 1-7.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-0453
摘要340)      PDF (1969KB)(36)   
针对含可再生能源电力系统中概率性潮流分析效率低且不能从整体角度反映波动对系统影响的问题,提出一种基于静态安全域理论的改进概率潮流分析方法。首先采用基于最大熵法的潮流算法计算并分析测试系统的概率潮流情况;然后通过有效边界辨识方法和静态安全距离指标分析可再生能源概率性波动对测试系统静态安全的影响。最后通过对新疆哈密区域电网进行分析,验证了所提方法的可行性和实用性。
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