CN106683555A - 一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，包括试验台、实时仿真平台、供电子***、供热子***和光伏组件；所述试验台上设置有显示屏和上位机，且上位机与显示屏电性连接；所述实时仿真平台上设置有第一目标机和第二目标机，且第一目标机和第二目标机与上位机之间通过以太网进行通信。本发明通过光伏组件吸收太阳辐射，一方面用于光伏发电用于并网或者直接对用户进行稳定供电；另一方面，由于光伏电池的组件的温度升高会降低发电效率，因此，多余的热量会通过集热装置带走，从而致使光伏组件处于一个适合工作的温度，同时输出的热量可以用于居民供热网。

Description

一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置
技术领域
本发明涉及太阳能转换方法技术领域，具体为一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置。
背景技术
太阳能(Solar Energy)，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能，其中约二十亿分之一到达地球大气层，是地球上光和热的源泉自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。
传统的太阳能发电是单方面的将太阳辐射聚集用于发电，却没有顾及到再发点过程中带来的光伏组件的温升问题。热量的聚集会使得光伏组件的发电效率降低，加速组件的老化，缩短发电***的使用寿命；随着对新能源的不断探索，太阳能利用技术近年来发展非常迅速。但是，要实现对太阳能的利用更高效合理，任然需要对太阳能转换技术进行更深入的研究。一般太阳能光伏电池的发电效率在15％左右，剩余80％以上的太阳辐射则被电池板吸收转换成热能，这些热能一方面通过对流方式散失到大气空间中，一方面无法完全散失的热能会导致太阳能电池的温度升高，发电效率降低。除此之外，太阳能电池长期工作在高温条件下，电池组件的寿命也会大幅度缩短。客观来看，单纯的使用太阳能进行发电，对于太阳能的利用率并不高。
因此，如何使太阳能电池处于一个适合工作的温度环境，以及对于电池废热的利用，降低光伏发电成本，提高太阳能利用率成为了一个重要的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，对于太阳能的转换以及综合利用方案进行了一定的说明，并利用该仿真装置对整体方案进行仿真，实时观测光照强度发生扰动时太阳能光电效率以及光热效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，包括试验台、实时仿真平台、供电子***、供热子***和光伏组件；所述试验台上设置有显示屏和上位机，且上位机与显示屏电性连接；所述实时仿真平台上设置有第一目标机和第二目标机，且第一目标机和第二目标机与上位机之间通过以太网进行通信；所述供电子***和供热子***与第一目标机和第二目标机之间通过以太网进行通信；
所述供电子***包括汇流单元、升压变换电路、逆变器和太阳能充放电控制器，且汇流单元输入端与光伏组件输出端电性连接；所述光伏组件上设置有第一温度控制装置，且第一温度控制装置与光伏组件电性连接；所述汇流单元与太阳能充放电控制器输出端与升压变换电路输入端电性连接；所述升压变换电路输出端与逆变器输入端电性连接，且逆变器输出端与外部电网电性连接；
所述供热子***包括储热水箱、换热器、供热管网、地热盘管和循环泵；所述储热水箱内设置有第二温度控制装置，且第二温度控制装置与换热器电性连接；所述储热水箱的一端与来自集热***出水口连接，且储热水箱的另一端通过管线与换热器的一端固定连接；所述换热器的另一端通过管线与供热管网一端固定连，且供热管网的另一端通过管线与地热盘管的一端固定连接；所述地热盘管另一端与用用户供热装置固定连接；所述地热盘管另一端通过循环泵与换热器固定连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光伏组件包括电池玻璃、EVA封装材料、光伏电池和集热装置，且电池玻璃通过EVA封装材料与光伏电池固定连接；所述光伏电池背部通过EVA封装材料与集热装置固定连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述集热装置以水为工质。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光伏组件上设置有聚光装置，且聚光装置具体采用的是复合抛物面聚光器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述试验台底端均匀设置有数个减震垫。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一目标机和第二目标机结构一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过光伏组件吸收太阳辐射，一方面用于光伏发电用于并网或者直接对用户进行稳定供电；另一方面，由于光伏电池的组件的温度升高会降低发电效率，因此，多余的热量会通过集热装置带走，从而致使光伏组件处于一个适合工作的温度，同时输出的热量可以用于居民供热网。本发明结构简单，降低太阳能利用装置的成本，高效环保，充分提高了太阳辐射的利用率，并打破了传统的两种不同能源分离的局限，实现了能源互联网。另外，本发明有效利用了光伏组件废热，实现了能源的回收，减少能源浪费；简化了***结构，避免了额外的散热装置；实用性强，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制***的结构示意图；
图3为本发明的供电子***的结构示意图；
图4为本发明的供热子***的结构示意图。
附图标记说明：1-试验台、11-数个减震垫、2-实时仿真平台、3-供电子***、31-汇流单元、32-升压变换电路、33-逆变器、34-太阳能充放电控制器、35-外部电网、4-供热子***、41-储热水箱、42-换热器、43-供热管网、44-地热盘管、45-循环泵、46-第二温度控制装置、47-用户供热装置、5-光伏组件、51-第一温度控制装置、6-显示屏、7-上位机、8-第一目标机、9-第二目标机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1～2，本发明提供的太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，包括试验台1、实时仿真平台2、供电子***3、供热子***4和光伏组件5；所述试验台1上设置有显示屏6和上位机7，且上位机7与显示屏6电性连接；所述实时仿真平台2上设置有第一目标机8和第二目标机9，且第一目标机8和第二目标机9与上位机7之间通过以太网进行通信；所述供电子***3和供热子***4与第一目标机8和第二目标机9之间通过以太网进行通信，仿真装置对于供电子***3和供热子***4运行的模拟具有可靠性高；打破了传统的两种不同能源的离的局限，实现了能源互联网；
所述供电子***3包括汇流单元31、升压变换电路32、逆变器33和太阳能充放电控制器34，且汇流单元31输入端与光伏组件5输出端电性连接；所述光伏组件5上设置有第一温度控制装置51，且第一温度控制装置51与光伏组件5电性连接；所述汇流单元31与太阳能充放电控制器34输出端与升压变换电路32输入端电性连接；所述升压变换电路32输出端与逆变器33输入端电性连接，且逆变器33输出端与外部电网35电性连接；有效降低了光伏组件5的温度，控制在适合工作的温度范围；
所述供热子***4包括储热水箱41、换热器42、供热管网43、地热盘管44和循环泵45；所述储热水箱41内设置有第二温度控制装置46，且第二温度控制装置46与换热器42电性连接；所述储热水箱41的一端与来自集热***出水口连接，且储热水箱41的另一端通过管线与换热器42的一端固定连接；所述换热器42的另一端通过管线与供热管网43一端固定连，且供热管网43的另一端通过管线与地热盘管44的一端固定连接；所述地热盘管44另一端与用用户供热装置47固定连接；所述地热盘管44另一端通过循环泵45与换热器42固定连接；有效利用了光伏组件5废热，实现了能源的回收，减少能源浪费。
所述光伏组件5包括电池玻璃、EVA封装材料、光伏电池和集热装置，且电池玻璃通过EVA封装材料与光伏电池固定连接；所述光伏电池背部通过EVA封装材料与集热装置固定连接；所述集热装置以水为工质；所述光伏组件5上设置有聚光装置，且聚光装置具体采用的是复合抛物面聚光器，所述的光伏组件5的输入量为光照强度和环境温度，输出量为电功率和集热装置内工质的输出温度；分别作为与供电子***和供热子***的输入量；所述试验台1底端均匀设置有数个减震垫11；所述第一目标机8和第二目标机9结构一致。
本发明的工作原理：太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置在使用时：根据太阳能光伏光热综合利用***供电子***结构示意图和供热子***结构示意图在上位机7中搭建matlab/simulink热网模型和电网模型，上位机7通过以太网与实时仿真平台2连接，实时仿真平台2中设置有第一目标机8和第二目标机9，第一目标机8运行供电网模型，第二目标机9运行电热网模型，第一目标机8将光伏组件输出的工质输出热量(仿真变量)通过以太网实时传输给第二目标机9进行热网模型的实时仿真。供电子***3的运行过程为:光伏组件5通过第一温度控制装置51，处于适合的工作温度，输出直流电，经过太阳能充放电控制器34输出最大功率的直流电，通过逆变器33得到符合质量标准的交流电并入电网。供热子***4的运行过程为：来自于第一目标机8的将光伏组件5输出的工质输出热量被储热水箱41存储起来，通过第二温度控制装置46对换热器42输出一个恒定的温度，地热盘管44通过循环泵45与换热器42连接形成一个供热环网，实现对用户的供热。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，包括试验台(1)、实时仿真平台(2)、供电子***(3)、供热子***(4)和光伏组件(5)；其特征是：所述试验台(1)上设置有显示屏(6)和上位机(7)，且上位机(7)与显示屏(6)电性连接；所述实时仿真平台(2)上设置有第一目标机(8)和第二目标机(9)，且第一目标机(8)和第二目标机(9)与上位机(7)之间通过以太网进行通信；所述供电子***(3)和供热子***(4)与第一目标机(8)和第二目标机(9)之间通过以太网进行通信；
所述供电子***(3)包括汇流单元(31)、升压变换电路(32)、逆变器(33)和太阳能充放电控制器(34)，且汇流单元(31)输入端与光伏组件(5)输出端电性连接；所述光伏组件(5)上设置有第一温度控制装置(51)，且第一温度控制装置(51)与光伏组件(5)电性连接；所述汇流单元(31)与太阳能充放电控制器(34)输出端与升压变换电路(32)输入端电性连接；所述升压变换电路(32)输出端与逆变器(33)输入端电性连接，且逆变器(33)输出端与外部电网(35)电性连接；
所述供热子***(4)包括储热水箱(41)、换热器(42)、供热管网(43)、地热盘管(44)和循环泵(45)；所述储热水箱(41)内设置有第二温度控制装置(46)，且第二温度控制装置(46)与换热器(42)电性连接；所述储热水箱(41)的一端与来自集热***出水口连接，且储热水箱(41)的另一端通过管线与换热器(42)的一端固定连接；所述换热器(42)的另一端通过管线与供热管网(43)一端固定连，且供热管网(43)的另一端通过管线与地热盘管(44)的一端固定连接；所述地热盘管(44)另一端与用用户供热装置(47)固定连接；所述地热盘管(44)另一端通过循环泵(45)与换热器(42)固定连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，其特征在于：所述光伏组件(5)包括电池玻璃、EVA封装材料、光伏电池和集热装置，且电池玻璃通过EVA封装材料与光伏电池固定连接；所述光伏电池背部通过EVA封装材料与集热装置固定连接。
3.根据权利要求2所述的太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，其特征在于：所述集热装置以水为工质。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，其特征在于：所述光伏组件(5)上设置有聚光装置，且聚光装置具体采用的是复合抛物面聚光器。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，其特征在于：所述试验台(1)底端均匀设置有数个减震垫(11)。
6.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热综合利用***的实时仿真模型及装置，其特征在于：所述第一目标机(8)和第二目标机(9)结构一致。
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