太阳能电池板表面积灰模型仿真研究

摘要： 太阳能电池板表面灰尘颗粒的沉积严重制约着光伏发电效率,降低了电池板的使用寿命。提出建立灰尘与电池板间耦合关系以及计算清除灰尘作用力的方法;提出3条接触模型等价性假设,并基于离散元与弹塑性理论建立灰尘颗粒与电池板及灰尘颗粒间的力学模型;利用EDEM软件的Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型,仿真模拟电池板表面灰尘分布情况,预测清洗电池板的清洗力大小及清洗区域;分析电池板倾角、风向与电池板和颗粒间作用合力即清洗力的对应关系;为所研制电池板表面积灰清除机器人的清洗力和清洗周期确定提供理论依据。     

荒漠地区太阳能电池板表面灰尘粘附接触力学分析

高海拔荒漠地区太阳能电池板表面的积灰现象比较严重,这样降低了太阳能电池板的光电转化效率。文章针对青海省格尔木地区的光伏电站,采集了太阳能电池板表面的灰尘颗粒样本,分析了灰尘颗粒成分以及粒径大小对积灰的影响,并结合粘附理论建立弹簧阻尼模型。通过分析得到,灰尘颗粒与太阳能电池板之间粘附接触力的取值为10~(-9)~10~(-6)N,以及粘附接触力随灰尘颗粒粒径的变化规律。分析结果为提高太阳能电池板的光电转化效率、优化灰尘的清理方法提供理论依据。     

太阳能电池板表面灰尘擦除试验研究

荒漠地区电池板表面积灰严重影响光伏组件发电效率,因此有效擦除电池板积灰的问题已成为维护光伏电站的主要工作之一。为此,测量了GS-50非晶硅薄膜光伏组件在0、3.1、4.8、7.2、14.9、24.5g/m2不同积灰条件下的平均输出功率,设计了可调节清洁参数的灰尘清洁装置,研究了擦除速率、擦除压力、擦除次数和擦除方式等工艺参数对光伏清洁效果的影响。结果表明,不同擦除速率下光伏发电转换效率保持在4%左右;擦除压力比擦除次数的影响明显,在擦除压力为250N时连续擦除三次清洁效果达到最佳;木条刷与圆盘刷组方式的清洁效果最好。     

一种太阳电池板智能除尘器设计

为有效解决太阳电池板表面灰尘清理问题,设计一种太阳电池板智能除尘器,采用丝杆作为传动机构,稳定可靠。清洁刷由毛刷和滚刷组成,采用左右来回清洁方式,经济节能。该装置可实现智能化除尘,能够有效清理太阳电池板的灰尘,提高电池板的发电效率。理论分析太阳电池输出功率、太阳光照度、灰尘沉积等参量的关系式。计算结果表明:太阳电池最大输出功率和发电系数随着灰尘沉积增加而降低。     

水射流在荒漠光伏电站电池清洁中的应用

依据现场灰尘成分及其成因,提出高压水射流技术清除电池表面以碱性石英为主的尘垢。在分析以渗透为主破碎机理的基础上,研究高压水射流在电池表面的作用力及打击动能。综合考虑用水量和清洁效果,设计出清洗样机主要参数为:高压水泵工作压力2.5 MPa,喷嘴直径为2 mm,喷嘴数量为4。实验结果表明,清洗20 min后电池功率平均约提高9%。     

基于流固耦合方法的刷式密封刷丝变形及接触力特性的数值研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程耦合Finite Element Method(FEM)接触模型的数值方法,建立了考虑了泄漏流体气动力、刷丝间摩擦力和刷丝与前后夹板间的相互作用的刷式密封刷丝变形及接触力特性的预测模型。对比分析了单级和两级刷式密封的刷丝变形量及其与转子面的法向接触力和摩擦力随压比的变化特性,探究了刷丝直径、刷丝倾斜角和干涉量对刷丝与转子表面接触力的影响规律。结果表明:压比由1.1变化到4.0时,单级和两级刷式密封的刷丝变形量、刷丝与转子面的法向接触力和摩擦力均随压比的增大而增大;在相同压比条件下,两级刷式密封上游级和下游级刷丝与转子面的法向接触力较单级刷式密封分别可降低55%和32%;刷丝与转子面的法向接触力和摩擦力随刷丝直径、刷丝倾斜角和刷丝束与转子面干涉量的增大而增大。当刷丝直径小于0.08 mm,干涉量小于0.1 mm,刷丝倾斜角在30°～45°之间时,可有效降低刷丝与转子间的法向接触力和摩擦力。     

灰尘颗粒在玻璃上粘附过程的实验研究综述

近些年,随着大气污染加重,空气中的灰尘颗粒等固体颗粒物的含量逐渐升高。由于范德华力、静电作用力、磁力、毛细作用力等力的存在,灰尘颗粒很容易粘附在玻璃表面,使玻璃透光率下降、老化加快,降低了其可靠性,并极大地降低了光伏发电系统的输出功率和发电效率。多年来,众多研究学者除了致力于灰尘颗粒在玻璃表面上粘附过程的力学模型的建立和完善,也开展了与之相关的实验研究。首先基于灰尘颗粒的形貌特征,对灰尘颗粒运动学特性的实验研究现状进行了介绍,然后对灰尘颗粒在玻璃上粘附过程的实验方法和研究进展进行了概述,最后指出了灰尘颗粒在玻璃上粘附实验应用的研究现状和多学科、多目标的发展趋势。     

沈阳某顶棚光伏电站太阳能光伏板最佳清洗周期研究分析

利用单颗粒撞击光滑表面的接触模型分析了飞灰颗粒与太阳能光伏板间的相互作用力,获得了不同粒径的飞灰颗粒沉积在太阳能光伏板上的临界速度。通过对沈阳周边某顶棚光伏电站组件的积灰清洗前后相关实测数据进行的对比分析,讨论了同类型光伏组件在清洁与未清洁下的发电成本和经济效益,确定该项目电站采用人工清洗方式清洗,5月～7月以30 d为1个周期,共清洗3次的最佳清洗周期,为后续沈阳周边顶棚光伏电站组件的维护和运行提供了参考依据。     

散粒土管涌临界水力梯度的研究

针对传统管涌判别方法的局限性问题,通过对渗流场中土体孔隙通道内的可动颗粒进行力的平衡分析,得到管涌发生的临界水力梯度表达式。在进行颗粒受力分析时,根据流体力学中相对运动原理,通过静水中运动物体之间的相互作用力,进而推求出受周围颗粒影响的水流拖曳力大小。该判别方法除了考虑周围颗粒对起动颗粒水流拖曳力的影响,同时还考虑了颗粒半径、孔隙率、土体组成、土颗粒所处的位置及孔隙水流方向等各方面因素的影响,最后比较该方法计算的理论值与既有管涌试验结果,两者吻合度较好。研究成果可为散粒土管涌临界水力梯度的确定提供理论依据。     

汽轮机刷式汽封流场数值计算

根据刷式汽封的有效厚度模型,对刷丝中蒸汽的流动进行数值计算,得出了刷丝流场的压力场、温度场、速度矢量场及泄漏量。计算表明,刷毛直径、刷毛密度以及刷毛的排布方式对刷式汽封的性能影响显著。     

微型机器人和微型传感器需要微型电池——如何做到这一点

正智能微尘即将进入我们的生活,小到一粒盐的计算机、传感器和机器人正在研制中,它们可四处移动,探测光、声、压力、化学物质和磁场。智能微尘直径不到1 mm,厚几百微米,可处理信息并进行无线通信。它们有一系列的用途,从医学诊断、手术、大脑监测到跟踪蝴蝶和农作物的状况等。但如何给它们供电呢?最小的电池也有2 mm~2,比智能微尘芯片大几倍,且不足以持续驱动复杂功能的设备。因此,智能微尘芯片依赖于外部电源,如太阳能电池板等,但太阳能电池板在晚上或雾天不能工作。     

基于表面改性的光伏组件冷凝除尘特性研究

制备5种不同润湿性表面,并在冷凝条件下进行光伏组件表面灰尘自清洁实验,分析不同表面冷凝除尘的过程、机理以及除尘效果。结果表明：在实验条件下,超亲水表面、亲水表面和疏水表面均无法实现冷凝除尘,而超疏水表面和超滑表面上冷凝液滴以滚动方式除去表面76%以上的灰尘。相较于亲水型表面,疏水型表面冷凝干燥后能有效减少表面灰尘相对覆盖率,进而减少灰尘遮挡对光伏发电的影响。超疏水表面滚动液滴较小且速度快,除尘更早发生;而超滑表面滚动液滴较大且速度慢,但与表面接触面积大,清扫范围广。冷凝除尘主要依靠灰尘颗粒与冷凝水之间的界面力,液滴发生运动的临界直径越小越有利于除尘。     

刷式密封泄漏特性数值方法研究与实验验证

从数值方法和实验测试两方面研究刷式密封的泄漏流动特性。分别建立刷式密封稳态多孔介质模型和瞬态三维流固耦合模型,设计搭建了刷式密封泄漏特性实验台,用实验方法研究了进出口压比和密封间隙对刷式密封泄漏特性的影响,对比验证了两种数值方法的准确性,分析比较了两种数值方法的优缺点。在此基础上,用数值方法研究了刷式密封流场特性,分析了刷丝束内部轴向和径向的压力分布特性以及刷丝的"吹闭效应"。研究结果表明:刷式密封瞬态三维流固耦合模型比多孔介质模型求解精度更高,与实验结果更贴近,但求解时间较长;多孔介质模型计算时间短,但该方法需要对孔隙率和阻力系数进行修正,求解不具有普适性;密封间隙一定时,泄漏量随压比的增大而近似呈线性增大;压降主要发生在刷丝束区域,刷丝束轴向压力分布不均,前排刷丝束之间压力梯度较大;径向压力沿轴向分布不均,末排刷丝束径向压力梯度较大,径向压差的存在是产生"吹闭效应"的重要原因。     

超临界航空煤油RP-3沉积过程的数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法,对冷却管道内超临界航空煤油焦炭颗粒沉积过程进行了数值模拟研究。物理模型为内径1.8mm、长度2 000.0mm的细圆管,数值计算模型中考虑了流体对颗粒的曳力、重力、Saffman力和附加质量力等。假设物理模型入口处已产生航空煤油焦炭颗粒,重点研究了航空煤油压力对焦炭颗粒沉积过程的影响。研究结果表明,压力对颗粒沉积过程的影响与颗粒大小、温度有着密切的关系。对于10、50、70μm的焦炭颗粒,煤油处于低温区时,压力对颗粒沉积过程影响并不显著,较高的压力对焦炭颗粒沉积略有抑制作用;然而随着温度的升高,压力升高对颗粒沉积过程具有明显的抑制作用。对于30μm的焦炭颗粒,高压反而有利于颗粒沉积。此外,对不同流动方式下颗粒沉积率进行了研究,结果发现竖直向上管中颗粒沉积率最低。     

径向间隙对刷式密封泄漏特性影响的数值分析

采用计算流体力学方法和多孔介质模型对5种径向间隙布置的刷式密封的泄漏流动特性进行了数值模拟.结果表明：相对于接触式零间隙密封,径向间隙为0.1 mm时的泄漏流量增加了1个数量级,且压比越大,泄漏流量的增幅越大.当间隙增加到0.3-0.4 mm时,从径向间隙通道直接流出的流体达到总泄漏流量的75%-85%.在各种间隙条件下,近背板截面刷丝自由端附近的径向压力梯度达到最大值,促使刷丝区域内的流体沿径向加速流向转子表面并从径向间隙通道流出.     

清洁发展引领能源结构转型

正清洁低碳为当前国际能源发展的大势所趋。环顾全球,在清洁发展、节能环保方面,5年来我国包揽了多项世界第一。我国水电、风电、太阳能发电装机规模和核电在建规模均居世界第一。世界排名前二十的水电站中,"中国造"独占11席;当前我国每小时就有1座足球场面积大小的太阳能电池板被安装、有2座风机就位。我国高度重视并积极采取措施应对气候变化,已成为世界节能和利用新能源、可再生能源第一大国。此外,我国也已成为全世界新能源汽车第一大国,2017年     

有机热载体炉管口应力分析

有机热载体炉作为供热系统中重要的设备之一,其管口与外部热媒管道连接处由于热位移而产生相互作用力,为了确保锅炉的安全运行,外部热媒管道对有机热载体炉的作用力不能超过其管口最大应力允许值。根据多年来工程项目的实践,采用CAESARⅡ应力分析软件,通过对有机热载体炉准确建模,使有机热载体炉与外部热媒管道连成互相作用的整体,不但能校核各个工况下连接管的受力情况,而且更加准确地计算分析有机热载体炉管口的应力大小。     

澳研制成功背包式太阳能电池

正不久前,澳大利亚国立大学(ANU)开发成功易弯曲的"薄条"(SLIVER)太阳能电池技术,使澳大利亚陆军将告别沉重的电池负担。该校研制的硅电池仅60 mm长、1.5 mm宽,组合在一起可用于包括GPS装置和夜视镜在内各种电子设备。太阳能面板还能够为微型摄像机和传感器供电。因可不断对太阳能电池板充电,在执行较长     

颗粒直径及浓度对高速离心泵非定常特性的影响

为探究不同颗粒直径、颗粒浓度对高速离心泵非定常特性的影响,以一台比转速为67的高速离心泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件建立的Mixture混合多相流模型进行了数值模拟计算,分析了高速泵的外特性、内部流场以及压力脉动变化规律。计算结果表明:随着颗粒体积分数的增加,效率最优工况点在向小流量处偏移,并且叶轮进口越偏向大流量工况,效率下降得越快,适当增加颗粒直径,对固液两相流的输送有积极作用;在不同颗粒浓度下,叶轮流道内的压力脉动主频均出现在叶频及倍频处,在颗粒体积分数为0.65%、颗粒直径为D=0.15 mm时,随着进口流量的增加,固相体积在叶轮流道处占比逐渐减小,在叶轮进口处颗粒占比逐渐增大;随着颗粒浓度的增大,叶轮流道内及隔舌处的压力均减小,叶轮流道内、隔舌处的压力和叶轮的径向力增减速度快慢的分界点在颗粒直径D=0.1 mm附近。     

颗粒直径对风力机翼型动态失速特性的影响研究

采用CFD方法对风力机翼型在不同直径颗粒下的动态失速特性进行建模与数值模拟。首先,针对二维NACA 0012翼型,采用SST k-ω湍流模型对连续相与离散相耦合进行建模数值;其次,验证SST k-ω湍流模型的准确性,并对离散相模型进行可行性分析;最后,分析颗粒直径对翼型动态失速气动性能和翼型周围流场的影响,同时给出不同直径颗粒的质量浓度分布规律。研究表明：当颗粒直径小于50μm时,颗粒直径越大,升力系数变化越大,翼型前缘附近的涡量也越大,大量颗粒聚集在翼型的吸力面;当颗粒直径为50μm时,翼型运动到振荡周期的任何攻角下,升力系数都在减小,翼型前缘处的流场发生改变,涡量减小,涡强减小,大量颗粒聚集在翼型压力面,分离点后移;当颗粒直径大于50μm时,在大攻角下影响较大,小攻角下影响较小,且升力系数都在减小,翼型前缘附近的涡量随颗粒直径的增加而减小,大量颗粒聚集在翼型整个压力面上。