太阳能电池板在水泵领域的研发应用论文.docx
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太阳能电池板在水泵领域的研发应用论文
太阳能电池板在水泵领域的研发应用
完成日期:
2015.05.23
1.课题简介及背景
太阳能水泵系统是由太阳能电池板驱动电机和水泵运行的系统。
自1978年安装第一批太阳能水泵系统以来,太阳能水泵系统不断改进和完善,近些年已大量应用在农村灌溉、饮水及城市景观中。
太阳能水泵系统的产生和发展对解决偏远地区用水、缓解传统能源依赖和节能减排有着重要意义。
自产生之日起,国内外学者做了大量有关太阳能水泵系统的研究,使太阳能水泵系统不断发展完善,从内容来看这些研究主要可分为系统的配置研究、性能预测、系统优化及评价。
由于太阳能电池板输出电能为直流形式,因而采用直流电机与电池板阵列直接耦合成为最直接最简单的系统,因此早期的应用和研究集中在水泵、直流电机与电池板直接耦合的系统上。
如
Roger等通过试验得到0.5kW的电池板与泵直接耦合的系统的性能,Appelbaum等把电池板分别与串励直流电机、并励直流电机、他励直流电机。
目前产品中电池板和水泵之间有以下3种耦合方式:
(1)直接耦合:
直流电机+泵+控制器+电池板。
(2)直流电机带最大功率跟踪器:
直流电机+泵+控制器(带MPPT)+电池板。
(3)交流电机带最大功率跟踪器和变频逆变器:
交流电机+泵+控制器(带MPPT和变频逆变器)+电池板。
我选择的本课题与研发项目相关,旨在利用这学期所学习的文献检索技巧,检索国内外有关太阳能光伏电池板应用在水泵领域的成功案例及相关理论指导文献以及涉及到的保护性知识产权专利的文献,加强自己对该技术领域的认知,利用自身的专业知识,再通过所检索文献的理论技术指导,更好地服务于自己的太阳能水泵研发项目。
2.数据库的选择
本课题属于研发设计类研究,与一般的理论、计算分析的研究稍有不同。
在本课题的检索过程中,我所采用的数据库、使用顺序以及理由如下:
2.1中文数据库
2.1.1万方数据库
理由:
万方数据库是我国国内最大的中文信息资源产品与服务提供商之一,累积了大量的信息资源,华东理工大学购买了其全文下载的权限。
当我接触到一个全新的题目时,我认为最快上手的方式就是阅读大量的相关课题。
万方数据库较其他数据库而言最大的两个特点就是文献类型丰富、支持全文下载。
因此我首先会使用万方数据库进行检索,大量阅读文献,对课题进行一个前序性的学习与准备。
尤其需要关注的是摘要和背景,当认为摘要和背景中的内容和自己课题十分切合时,我会阅读整篇文献。
2.1.2中国知识资源总库(CNKI)
理由:
CNKI同样也收录了大量的文献,与万方相比还收录了报纸、统计年鉴,科普知识、文化知识等文献以及行业知识仓库等资源,我使用它进行资源的补充,给自己更多的查询和浏览文献的选择性。
2.1.3中国国家知识产权专利数据库
SIPO包含的内容非常丰富,提供中国专利检索、港澳台专利
检索以及一些国外专利检索数据库的连接,因此我选择它来检索近些年来与课题相关的专利。
2.2外文数据库
2.2.1美国工程索引数据库(EI)
理由:
在完成对中文数据库的检索之后,势必要对外文数据库进行检索,看看国外学者在课题相关领域的研究情况如何。
国内的论文虽然数量很多,但有一些论文质量却得不到保证。
也许这么说有失偏颇,但不管怎么样,知识不分国界,能够了解世界上与课题相关的现有成果总是有益的。
EI数据库为各类工程提供一步到位的总和资源,是专为搜索高度相关的科学信息而设计的搜索引擎,其信息来源主要来自大学网站、科学家主页、会议论文信息、美国专利局等,与我的检索课题切合,是一个不得不进行检索的数据库。
2.2.2ISIWebofKnowledge(WebofScience)
理由:
SCI是世界著名的三大科技文献检索系统之一,是国际公认的进行科学统计与科学评价的主要检索工具,提供各类自然科学论文的检索。
它的统计和结果分析功能很强大,在之前的检索过程中对我的启发很大。
2.2.3IEEEXplore
理由:
IEEE是国际性的电子技术与信息科学工程师协会,是世界上最大的专业技术组织之一。
IEEE出版有70多种期刊杂志,每个专业分会都会有自己的刊物,该组织每年发辫的论文数量占全世界该领域当年发表量的30%左右。
它定位在科学和教育,直接面向电子电气、通讯、计算机工程和原理研究等领域。
在我所在专业的同学一定对它不会感到陌生,且它是学校提供的少数外文全文下载的数据库,因此它非常重要。
3.检索策略与检索结果
3.1.万方数据库
检索式:
太阳能*水泵*Date:
2011-2015
检索结果:
学位论文38篇,中外专利:
2363篇,中外标准:
2篇,科技成果19篇;
3.1.1.题名:
自动跟踪式太阳能光伏水泵设计及性能预测
作者:
王东伟
作者单位:
兰州理工大学---流体机械及工程专业
学位论文
摘要:
随着太阳能电池材料和光伏技术的发展,具有巨大社会效益和经济效益的光伏水泵系统,近年来得到广泛的应用。
其具有安装方便、可不携带电池、不受电源和地点的限制以及移动性强等特点,已经广泛的应用于人畜饮水和移动灌溉等各个领域之中。
光伏水泵对于我国的中西部缺电地区意义重大,随着油价的上涨以及光伏电池价格的下降,光伏系统的容量显著的增加了,太阳能利用变得越来越经济,而且光伏阵列的效率,稳定性也有了很大的提高。
合适的系统设计和太阳能方阵输出与负载之间的合适的匹配,就可以实现整个装置的效率提高。
在本文中对光伏水泵进行了自行设计,力求与太阳能电池板特性相配合。
签于传统的光伏水泵通常为定方向式布置,其对太阳能的利用率较低的情况,通过阅读大量文献和资料,本文对常规太阳能光伏水泵进行了创新性的改进设计。
主要内容如下:
1)光伏电池发电输出属于非线性,存在输出最大功率跟踪的问题。
本文利用了最大功率点跟踪方法,使光伏电池工作于最大输出功率点上,获得高效功率输出。
并根据光伏水泵的机械特性,对其选择合适的变频调速控制方式。
2)根据常规太阳能光伏板固定方向布置而导致对太阳能利用率低的缺点,本文创新性的增加了太阳能光伏板光线自动跟踪系统,并对原理进行深入分析,并选取合适的跟踪方式;
3)根据农业用灌溉泵的特点选取了自吸泵为系统用泵,通过设计参数设计出了符合性能要求的自吸泵,并计算出了自吸时间及高度。
通过FLUENT软件对泵进行了全流场模拟,对模拟数据进行了分析,得到了自吸泵的水力性能曲线,达到了设计要求。
3.1.2.题名:
基于ARM的太阳能光伏水泵控制系统
作者:
刘明阳
作者单位:
河南农业大学---农业水土工程
期刊:
学位论文
摘要:
本文提出一种基于嵌入式ARM的太阳能水泵供水控制系统,本控制系统的目的是提高太阳能电池利用效率、提高水泵供水效率和实现节能节水。
为了实现提高太阳能电池利用效率的目的,系统提出利用2个大小功率不同的直流水泵通过3种供水方案运用比较效率法找出最佳供水方案,依此实现最佳太阳能电池利用率。
为了实现提高水泵供水效率的目的,系统在利用最佳效率追踪法的基础上提出一种电容充放电提高水泵启动电流,延长其工作时间,达到提高水泵工作效率的目的。
为了实现节水、节能的目的,系统提出通过土壤湿度传感器检测的土壤水分信息,由控制器实时控制电磁阀进行灌溉,实现节水、节能的目的。
本文通过对系统各主要和关键技术的分析,提出系统的总体设计方案,并完成系统控制器硬件电路和软件设计,同时完成了试验平台的建立,并对其进行了试验研究,验证了方案的可行性。
具体工作如下:
1)简述了光伏发电技术的发展状况,介绍了国内外光伏水泵技术发展历程,分析了当前光伏水泵控制系统控制原理,提出选用ARM控制器。
2)通过分析光伏水泵控制系统控制器结构原理,设计本系统控制器的主控制电路和试验系统控制电路。
分析光伏水泵供水系统结构组成和工作原理,建立太阳能水泵供水控制系统。
3)进行光频传感器检测试验,运用光辐射强度可以影响光伏电池工作电流和影响光频传感器输出频率,建立光伏电池工作电流和光频传感器的对应关系,利用控制器对光频传感器输出频率的识别,对比光伏电池工作电流,实时向继电器发出闭合和断开指令,启动水泵工作。
4)进行供水控制试验,选用功率不同的2个水泵,通过2个水泵的启动时间不同和供水效率的对比,找出提高水泵供水效率的方法。
5)进行水泵启动试验,运用电容充放电启动因启动电流过大而延时启动的大功率水泵,提高了大功率水泵的工作时间,提高水泵工作效率。
6)进行滴灌控制试验,利用土壤水分传感器对作物土壤水分情况进行测试分析,将数据以频率的形式传输给控制器,控制器再启动水泵实施灌溉,试验节水、节能的目的。
7)设计制作了系统的试验,建立了系统试验平台,进行了试验研究,对试验结果进行了分析。
3.1.3.专利名称:
一种无电地区光伏提水净水系统
公开号:
CN204039152U
公开日:
2014年12月24日
申请人:
新疆中兴能源有限公司
发明人:
王凤皋,何发林,韦安,吕元,吴峰华,姚朋岗
摘要:
本实用新型公开一种无电地区光伏提水净水系统,包括光伏发电模块、提水模块及净水模块,其中光伏发电模块的光伏组件将太阳能转换成电能;提水模块的光伏水泵将水源的水输送至水源水输送管道;净水模块包括净水光伏逆变器、净水子模块、净水箱、净水输送管路、净水输送阀、蓄水池、浓水输送管路及浓水输送阀;净水子模块的进口与水源水输送管道连接,净水子模块的净水出口通过净水输送管路连接到净水箱,净水子模块的浓水出口通过浓水输送管路连接到蓄水池。
3.2.中国知识资源总库(CNKI)
检索式1:
太阳能*光伏水泵*Date:
2013-2015
检索结果:
10篇
检索式2:
太阳能*水泵*Date:
2013-2015
检索结果:
49篇
3.2.1.题名:
1kW光伏水泵系统的设计
作者:
汪峰
作者单位:
湖北工业大学---电力系统及其自动化
学位论文
摘要:
随着社会的不断向前发展,人们对生活质量的要求也逐渐提高,各国对能源的需求量不断攀升,而能源问题变得日益严峻,这样太阳能作为可再生能源得到了一个发展契机,当前在发达国家太阳能光伏发电已经商业化,在发展中国家也在逐步往这个方向迈进。
在光伏发电技术不断发展这个大环境下,光伏水泵技术经历了几十年的长足发展,已然成为太阳能利用的一个重要分支。
在发展中国家,部分偏远地区电网没有充分覆盖,存在着用电用水难的情况,因此光伏水泵技术的研究有着极大的社会效应以及经济效应。
本文面对我国西北部地区及农村偏远地区电力不足,居民生活用水困难,设计一种全新的小型太阳能光伏水泵系统。
本课题主要对一下电路进行了深入分析:
太阳能电池阵列的过压欠压保护电路、DC/DC升压斩波电路、电力MOSFET的短路保护电路及驱动电路、基于PS21865的IPM逆变电路。
在控制策略方面主要是:
直流升压部分的PWM调制、逆变部分的SVPWM调制、电机的VVVF控制方式。
下面对本文的主要工作内容做出具体介绍。
首先分析了光伏水泵的研究背景及国内外的发展现状,对光伏发电系统的组成、分类、拓扑结构进行了概述。
提出了光伏水泵系统的主电路结构;在深入分析太阳能电池输出特性的基础上,提出了几种常见的最大功率跟踪原理,提出了本系统应用的改进后的最大功率跟踪方式,即CVT式与扰动观察法相结合的控制方式,使得光伏阵列输出最大功率,系统高效运行;在DC/DC升压阶段采用了BOOST升压斩波电路,并对电路进行了优化,该部分采用了STC公司的STC89C52单片机作为控制芯片,实现最大功率跟踪,对该部分硬件设计及主要元器件的选型作了详细介绍;在DC/AC逆变阶段,采用了基于PS21865的IPM模块,这样不仅减小了系统体积、缩短了开发周期,还大大减少了系统驱动电路及保护电路的设计,更重要的是提高了系统的效率,本部分采用TI公司32位的TMS320F2812作为控制芯片。
在DC/DC升压
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- 关 键 词:
- 太阳能 电池板 水泵 领域 研发 应用 论文