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ISSN 0254-0096 CN 11-2082/K
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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905)      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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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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物理法制备燃料电池用催化剂
刘译阳, 周小春
太阳能学报    2022, 43 (6): 295-305.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0613
摘要95)      PDF (1852KB)(232)   
质子交换膜燃料电池的不断进步,为目前的能源需求提供了一个有潜力的解决方案。当前的研究重点是提高性能和降低整体成本的制造技术。在膜电极(MEA)组件上的催化剂沉积在过去的几十年里有许多技术已被使用,主要分为化学法和物理法两大类,其中物理法由于制备流程简单,沉积分布均匀等优点被广泛应用。该文旨在回顾许多已发表的主要技术,以展示各种各样的催化剂物理制备方法。
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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594)      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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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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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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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207)      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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基于二进制序列的燃料电池宽频带EIS测试
金致含, 苏建徽, 施永, 汪海宁
太阳能学报    2022, 43 (7): 1-8.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1162
摘要263)      PDF (3562KB)(133)   
目前电化学阻抗谱广泛应用于燃料电池故障诊断。针对诊断设备成本高昂的问题,提出集成在燃料电池系统DC/DC变换器的EIS测试方法,将激励信号在变换器双闭环控制的参考信号上分别施加干扰,实现了燃料电池电流和电压宽频带的在线扰动。为实现快速测试,采用一种伪随机二进制序列作为激励信号,可同时满足频率宽度和功率强度需求。实验采用Matlab/Simulink建模仿真,通过硬件在环实验验证,测试方法满足时间和精度要求,可通过嵌入式系统实现在线测试。
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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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闭式深层海水供冷系统换热特性及优化设计研究
刘艳峰, 赵书年, 周勇, 庄照犇, 陈耀文, 刘怀灿
太阳能学报    2022, 43 (12): 1-12.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0623
摘要335)      PDF (2922KB)(131)   
针对低纬度岛屿地区全年温度高、湿度大,空调全年运行时间长而常规能源运输成本高,传统高能耗空调系统难以适应的问题,提出一种利用深层海水供冷的闭式空调系统。根据换热特性的差异,将换热管道分为沿程垂直换热管道和海底换热盘管两部分,通过数值模拟研究管径、流速等参数对垂直管段和海底换热盘管段传热性能的影响。研究结果表明:垂直管段管径在0.6 m以内,流速在1~2 m/s范围可保证较高的换热性能;对于海底换热盘管段,最佳管径为0.025~0.050 m,最佳流速为0.4~0.8 m/s。在此基础上建立适用于垂直管段优化设计的费用年值数学模型,计算其比摩阻、流速,形成设计用水力计算表,并给出适用于海底换热盘管段工程设计的设计线算图及其修正公式。
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双面p型PERC太阳电池的紫外衰减特性研究及电池紫外稳定性优化
任丽丽, 陈克勤, 陈诚, 沈灿军, 刘松民
太阳能学报    2022, 43 (5): 167-172.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-0935
摘要258)      PDF (1942KB)(128)   
以不同掺杂元素的高效双面p型PERC电池电性能参数在紫外辐照后的衰减特性为研究对象。硼元素掺杂和镓元素掺杂的双面PERC电池背面受紫外光辐照后,背面、正面效率均发生衰减,但两者背面效率衰减主要来自于Isc衰减,而正面效率衰减主要来自于FF衰减,Uoc在整个紫外辐照过程中表现稳定,背面衰减与紫外辐照后钝化层的折射率增大有关,而正面衰减可能与电池串阻增大有关。通过增加电池背面钝化层厚度优化紫外稳定的镓掺杂双面电池的紫外稳定性。优化后的电池在15 kWh/m2紫外辐照后,电池背面效率衰减仅为0.04%,同时其正面效率衰减相比于未加厚的电池下降0.32%,说明这种镓掺杂双面电池在户外光照下高稳定的潜力。
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氢等离子体处理钝化层对高效晶硅异质结太阳电池性能的影响
刘欢, 由甲川, 赵雷, 王文静, 曲铭浩, 徐希翔
太阳能学报    2022, 43 (7): 140-144.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-1113
摘要245)      PDF (1803KB)(110)   
研究不同时间氢等离子体处理(HPT)氢化非晶硅a-Si:H(i)钝化层对高效晶硅异质结太阳电池(效率>23%)性能的影响。发现适当时间的HPT可改善钝化效果提升电池性能,但过长时间的HPT可导致薄膜钝化效果变差,有效少数载流子寿命降低。分析认为HPT时间过长,H原子进入到a-Si:H(i)薄膜层中,导致薄膜内部SiH2增多,微结构因子(R)增大,薄膜质量变差。并且,适当时间的HPT改善太阳电池性能的幅度有限,而过长时间的HPT导致电池性能下降却很明显。因此,针对高效率的晶硅异质结太阳电池,应对钝化层沉积之后的HPT工艺进行谨慎控制。
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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440)      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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n型高效光伏组件发电性能研究
任涛, 韩一峰, 韩硕, 王乐, 王军, Lund Peter
太阳能学报    2022, 43 (12): 13-18.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0378
摘要278)      PDF (1589KB)(106)   
该文基于海南某小型光伏电站测试项目,收集p型和n型2种光伏组件在2021年的发电量数据,对比分析这2种组件在不同月份下的单瓦日均发电量,验证n型光伏组件相较于p型组件发电效率方面的优越性。在光伏电站实际工作条件下测试辐照度和温度对2种组件发电性能的影响,结果表明:n型光伏组件弱光性能更好;在高温条件下有更多的发电量增益,证明n型光伏组件的热稳定性更好,与理论上n型光伏组件功率温度系数更小相符。通过研究2种组件在不同天气下的直流功率,发现n型光伏组件在辐照度突降的情况下也保持优越的发电性能。
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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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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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“双碳”背景下数据中心氢能应用的可行性研究
张诚, 檀志恒, 晁怀颇
太阳能学报    2022, 43 (6): 327-334.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0592
摘要315)      PDF (1683KB)(101)   
氢气是可再生能源电力的优质载体,也被认为是未来数据中心行业实现碳中和的重要助力。以节能降碳为主要出发点,介绍数据中心氢能应用的意义、前景及相关研究现状,分析氢能产业链中制氢、储氢、用氢等各环节对数据中心氢能应用的影响,最后阐述氢能作为数据中心备用电源、集中式电源以及分布式电源等不同应用场景的概念性方案,并分析各应用场景的技术特点及发展前景。
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全球加氢站产业、技术及标准进展综述
刘峻, 赵汪, 高学强, 刘聪, 尹立坤
太阳能学报    2022, 43 (6): 362-372.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0518
摘要298)      PDF (1751KB)(97)   
以美国、欧洲、日本、中国的加氢站作为考察对象,就产业投资运营、主要设备商、相关标准进行梳理,结果表明:在加氢站投资及运营管理方面,美国、欧洲、日本具有较为成熟的经验;在氢增压、储存、加注等技术方面,德国、日本保持领先地位。在诸多氢气和液氢的技术领域,美国保持领先地位;在一些细分技术领域,英国、法国、挪威、俄罗斯具有优势;在加氢站标准方面,美国、日本具有较为完善的标准体系。中国已解决70 MPa氢气增压、加注、储存等领域的部分技术难题,但与其他国家相比,离子液式氢压缩机、液氢泵、液氢储罐、液氢加氢枪等产品的研发仍需持续推进。
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基于CERES数据分析中国云对地表太阳辐射影响特征
秦放, 李登宣, 丁煌, 周海
太阳能学报    2022, 43 (9): 8-14.   doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0063
摘要270)      PDF (1942KB)(82)   
用于地面光伏发电的太阳辐射资源受到云影响所产生的变化,由于受到观测方式限制而对其特征及关联性探究不足。针对该问题,利用CERES卫星观测时空数据,对2001—2018年中国大陆地区云对地表太阳辐射量影响特征进行分析,利用不同高度云量与云太阳辐射强迫时空分布特点,讨论云影响的太阳辐射差异对光伏出力预计影响,并通过各高度云量趋势变化与云太阳辐射强迫关联关系给出相应太阳辐射资源与光伏出力的趋势变化估计,分析云主导的太阳辐射趋势变化成因,以期为未来新能源资源评估、光伏建设规划和电力优化调度等提供支撑与参考。
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