独立光伏电源系统在压电智能结构中的应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 独立光伏电源系统在压电智能结构 中的应用研究 摘要：从太阳能光伏发电系统 的工作原理出发，系统总结了独立光伏 发电系统中各组成部分及其作用。基于 太阳能年辐射总量并充分考虑两组最长 阴雨天之间的最短间隔天数，结合太阳 能电池斜面辐射最佳系数指标，通过独 立光伏电系统的设计方法，研究了负载 对所需太阳能电池总功率及蓄电池容量 的影响。在此基础上，通过某设置压电 阻尼器的输电塔的算例，说明了负载对 太阳能电池方阵功率及蓄电池容量的作 用，并对独立光伏系统在压电智能结构 中的应用进行了展望。 中国论文网 /2/view-12895158.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：独立光伏系统；智能结 构；蓄电池容量; 主动控制 Abstract: From the fundamental principle of Solar photovoltaic , the role of each composi- tion of stand-alone photovoltaic system was summarized . Based on the design of photovoltaic system . Using the concept of annual solar irradiance and full consideration the shortest time bet- ween two teams of longest rainy in coordination with the best coefficient index on inclined plane of solar cell , by the design method of the stand-alone photovoltaic system , the influence of the loads on the whole power of solar cell and corresponding capacity of storage battery has been studies. In this foundation , by the example of transmission with piezoelectric friction damper , the effects of the loads on the -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 whole power of solar arrays and corresponding capacity of storage battery has been illustrated. The potential developments and the application on the piezoelectric intelligent structures are put forward. Key words: Stand-alone photovoltaic system; Intelligent structures; Battery capacity；Active Control 中图分类号：TM912 文献标识码： A 文章编号： 1 引言 地震作为一种自然灾害，对建筑 物的破坏是相当严重的，尤其是对一些 生命线工程。另外，在强台风或是强地 震影响下，也很容易造成局部区域的断 水、断电、断气等问题，从而使得依靠 传统电力线网供能的结构主动控制装置 无法继续工作。因此，针对上述情况就 有必要研发离网可再生能源动力供能系 统，用于对空间杆系钢结构进行实时健 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 康检测和失稳主动控制，以满足对结构 进行主动控制的基本要求。采用光伏电 可再生能源技术，可以实现小范围离网 供能，解决在强台风或者强震作用下造 成的断能问题。 太阳能光伏发电是利用半导体界 面的光生伏特效应而将光能直接转变成 电能的一种技术，具有不受地域地域限 制、低碳、环保、可持续可在用电处就 近发电、能源质量高、获取能源花费的 时间短等优点12 。 2 光伏发电系统的组成及其作用 太阳能光伏发电系统各主要部件 设备的作用如表 1 所示： 光伏发电系统的组成 各组成部 分的作用 补充说明 太阳能电池方阵 将太阳辐射能 转换为负载所需的电能。 太阳能电池 方阵是太阳能发电系统中的核心部件。 太阳能控制器 控制整个系统的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 工作状态，对蓄电池进行过充、过放、 反充、过流、过载保护。 控制器还应 具备温度补偿的功能（温差较大时） 。 蓄电池 在有光照时将太阳能电 池板产生的电能储存来需要的时候向负 载供电。 蓄电池是太阳能光伏系统的 储能部件。 逆变器 将太阳电池组件产生的 直流电或者蓄电池释放的直流电转化为 负载所需的交流电。 当负载是交流负 载时，逆变器是必不可少的。 表 1 光伏发电系统的组成及其作 用 3 独立光伏电源系统的设计 3.1 设计时必须考虑的因素 独立光伏电系统在设计时首先要 收集到下列数据资料：（1）所在地区 的日光辐射量； （2）系统的负载功率；（3）系 统输出电压的类型（直流或交流）和大 小；（4）系统一天的工作时间； （5）连续阴雨天时系统需要连续供电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 的天数； （6）两组最长连续阴雨之间 的最短间隔天数；（7）负载的性质 （电阻性或电感性） 。 3.2 光伏电池组容量的计算 光伏电池的容量大小是负载连续 供电的保证。光伏电池容量 的计算公 式为： 式中 安全系数（取 1.11.4） ； 负载日平均耗电量； 其中 ； 当地的最长连续 阴雨天数； 温度修正系数（温度为 以 上时为 1； 以上时为 1.1， 以下时为 1.2） ； 光伏电池放电深度（铅酸 蓄电池为 0.75，碱性镍镉蓄电池为 0.85） 。 3.3 光伏电池板的设计 光伏电池板设计的基本思路就是 要满足系统负载的用电需求，包括负载 的工作电流以及工作电压。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 3.3.1 光伏电池板串联数 光伏电池板串联数 的计算公式 为： 式中 太阳能电池方阵输出 最小电压； 蓄电池的浮充电压； 光伏电池板的最佳工作电 压； 二极管压降，一般 V； 其他原因引起的压降。 3.3.2 光伏电池板并联数 在计算 之前，首先要计算一些 与之相关的参数： 标准光强下的平均日辐射时数 ： 光伏电池板的日发电量 ： 式中 光伏电池板的最佳工 作电流； 斜面修正系数； 修正系数（一般取为 0.8） ； 考虑在两组最长连续阴雨天内 的最短间隔天数 ，需补充的电量 ： 光伏电池板并联数 ： 3.3.3 太阳能电池板的功率计算 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 依据太阳能电池板的串并联数可 得： 式中 太阳能电池标准组件 的标准功率。 4 独立光伏电系统在压电智能结 构中的应用 目前国内外对光伏电的研究大多 集中于对太阳能空气集热、通风、被动 采暖或是降温等领域。然而对于利用光 伏电的供能技术对结构进行主动控震还 没有相关研究，因此如何将独立光伏电 系统应用到智能结构中去进行动力稳定 性智能控制将是我们今后的主要研究方 向。 如何利用光伏电供能技术对结构 进行主动控制将会成为建筑与光伏产业 相结合的一个新思路，首先具体到地震 对网壳结构的破坏作用，实验加工制作 了一个跨度为 1.6 米，矢高为 0.16 米的 六星型穹顶网壳模型结构3。基于压电 材料的压电作动效应4，研制了一种新 压电主动杆件（它可以实现同步监测和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 驱动功能的智能控制元件，主动杆件驱 动器图 1 所示， ） ，通过杆件本身受力的 主动控制来调节结构的动力稳定性能， 并将 8 根压电主动杆件布置到网结构模 型之中（如图 2 所示） ，进行了设置 8 根新型压电主动杆网壳模型架构的主动 抗震控制模拟地震振动台验。实验结果 表明压电主动杆件不仅可以有效抑制和 减少结构的地震响应，而且构造简单， 容易集成，自适应能力强。 图 1 主动杆件驱动器图 2 实 体网壳模型 今后我们的实验方向就是如何很 好的将独立光伏电系统与我们之前的实 验相合（即将太阳能光伏电技术与空间 杆系结构的动力稳定性主动控制相结合） ，并在此基础上研究优化小区域空间杆 系结构的离网供能、储能策略、光-电 （光伏电-压电传感/驱动）协同工作系 统，以实现独立结构的离网自适应智能 控制。 5 设计实例 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 以陕西某设置压电阻尼器的输电 塔为例，负载的电压为 V，负载功率为 瓦（在层间变形比较大的质点之间设置 摩擦阻尼器5） ，每天工作 小时，最长 连续阴雨天为 天，两组连续阴雨天最 短间隔天数为 天，太阳能电池型号采 用 型，太阳能电池采用浮充电压为的 12 1V 的铅酸免维护蓄电池，其标准功 率为 瓦，最佳工作电流为 A，最佳工 作电压为 V。西安地区水平面太阳辐射 的具体参数参照表“ 我国主要城市的辐 射参数表”，西安地区的日辐射量为 12781 ， 值为 0.9275，最佳倾角为 48.3 度。 实验所需的光伏电池容量和光伏 电池板的功率为： 光伏电池容量 ： 光伏电池板功率 ： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 可知此太阳能光伏电池板的功率 为： 实验所需的光伏电池容量为 ， 光伏电池板的功率为 ，共需 9 块标准 光伏电池板并联。 6 结语 目前我们的实验构想是利用光伏 系统对压电主元杆件独立供电，通过智 能结构不间断的监测结构的状况，并在 强烈的动力作用下为结构提供驱动力，