專利名稱：場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能系統(tǒng)用于收集太陽(yáng)輻射且將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成可用的電能。系統(tǒng)通常包括安裝在跟蹤器上的太陽(yáng)能單元的陣列和經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)指引跟蹤器的控制器。用于太陽(yáng)能系統(tǒng)的自動(dòng)化的跟蹤器控制器用于指引太陽(yáng)能單元跟隨太陽(yáng)的路徑?？刂破魍ǔＳ匈囉诟櫰鞯木_且正確的位置、時(shí)鐘或定時(shí)機(jī)構(gòu)和星歷表等式來(lái)計(jì)算太陽(yáng)輻射相對(duì)于太陽(yáng)能單元陣列的相對(duì)方向。控制器通?？刂茊蝹€(gè)跟蹤器，單個(gè)跟蹤器可以支撐一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能單元陣列。太陽(yáng)能單元可以為聚光光伏(CPV)太陽(yáng)能裝置，其為利用一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件將入射光聚集到光生伏打電池上的裝置。每單位面積可呈現(xiàn)出500或更多太陽(yáng)的電力的這種聚光取決于相對(duì)于太陽(yáng)的精確取向從而提供改進(jìn)的性能。一個(gè)或多個(gè)CPV裝置可以組裝成陣列。這些陣列安裝在跟蹤裝置上，所述跟蹤裝置可包括剛性支撐結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和冷卻機(jī)構(gòu)。跟蹤器可以同時(shí)樞轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)多個(gè)太陽(yáng)能陣列以跟隨太陽(yáng)的路徑。跟蹤器通常以如下方式相對(duì)于彼此分布在使一個(gè)陣列可在另一陣列上具有的遮光輪廓最小化的同時(shí)，使得最大程度地暴露于太陽(yáng)光。這使得在場(chǎng)中跟蹤器的分布稀疏。分布可以被測(cè)量作為兩維地面覆蓋密度(GCD2D)。為了提供較稠密分布的跟蹤器以使每個(gè)區(qū)域中收集的太陽(yáng)能的量最大化，需要進(jìn)行改進(jìn)。場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)可能周期性地發(fā)生故障。隨著太陽(yáng)改變射角，最終不能工作的跟蹤器或太陽(yáng)能裝置可對(duì)近旁的陣列產(chǎn)生遮光。因此，可能降低相鄰太陽(yáng)能系統(tǒng)的性能。 周圍結(jié)構(gòu)(例如，風(fēng)力渦輪機(jī)、建筑物、景觀元素和樹(shù)木)的遮光模式也可能影響太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的最大可能的電力輸出。當(dāng)前的跟蹤器控制器不能解釋可能周期性地阻擋太陽(yáng)輻射的景觀中的元素、其它這樣的跟蹤器、樹(shù)木、建筑物或不工作的跟蹤器。此外，設(shè)計(jì)為使得在陣列級(jí)處的電力輸出最大化的跟蹤器可導(dǎo)致在整體上場(chǎng)的發(fā)電是次優(yōu)的。因此，對(duì)于使得太陽(yáng)能系統(tǒng)更稠密分布且提供各個(gè)跟蹤器的動(dòng)態(tài)控制從而使太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的電力輸出最大化的改進(jìn)的跟蹤器控制器存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于在太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中可控地定位用于太陽(yáng)能系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)各個(gè)跟蹤器的方法和裝置。單個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)可以包括跟蹤器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、太陽(yáng)能裝置和用于測(cè)量能量輸出的器件。太陽(yáng)能裝置可以包括安裝在跟蹤器上的一個(gè)或多個(gè)陣列，并且陣列可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能單元。所述方法和裝置可使場(chǎng)中的跟蹤器取向以產(chǎn)生來(lái)自各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的電力輸出之和的最大潛在電力(MPP)輸出。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以基于諸如周圍結(jié)構(gòu)的位置和尺寸、太陽(yáng)移動(dòng)、太陽(yáng)能系統(tǒng)中太陽(yáng)能單元的電子布置以及與該系統(tǒng)的期望輸出相比較的能量系統(tǒng)的測(cè)量輸出的因素來(lái)計(jì)算用于各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器包括輸入器件、與太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)進(jìn)行通信的可編程控制器以及用于存儲(chǔ)算法的器件，所述算法對(duì)于太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的MPP計(jì)算太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以包括輸入器件，所述輸入器件用于輸入場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的位置和尺寸以及系統(tǒng)中太陽(yáng)能單元的電子布置。控制器還可以包括用于存儲(chǔ)算法的存儲(chǔ)器件，所述算法基于場(chǎng)中各太陽(yáng)能系統(tǒng)的位置和尺寸、測(cè)量到的由場(chǎng)中的各太陽(yáng)能系統(tǒng)生成的電力輸出、陣列中太陽(yáng)能單元的電子布置和用于太陽(yáng)移動(dòng)的星歷表等式來(lái)對(duì)于太陽(yáng)能系統(tǒng)之和的最大潛在電力(MPP)輸出計(jì)算各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。在另一實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以使太陽(yáng)能系統(tǒng)的第一部分取向?yàn)樘峁┰谔?yáng)能系統(tǒng)的第二部分上的最小遮光模式，從而提供場(chǎng)中太陽(yáng)能系統(tǒng)之和的最大潛在電力輸出。對(duì)場(chǎng)中的系統(tǒng)的最小遮光模式可以通過(guò)使用星歷表等式、場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)或其它結(jié)構(gòu)的位置和尺寸的算法來(lái)計(jì)算，以便計(jì)算出由各個(gè)跟蹤器或其它結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的遮光模式。在另一實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以監(jiān)測(cè)各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的輸出并計(jì)算一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能跟蹤器可能故障的改進(jìn)位置集合。場(chǎng)級(jí)控制器系統(tǒng)提供了在整體上而不是基于各個(gè)系統(tǒng)使得太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的電力輸出最大化的獨(dú)特方案。


圖1描繪了太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的示意圖。圖2示出了以三個(gè)并聯(lián)串電子連接的太陽(yáng)能裝置的陣列的示意圖。圖3描繪了圖示對(duì)于太陽(yáng)能裝置的三個(gè)并聯(lián)串的遮光影響的曲線圖。圖4描繪了取向?yàn)樵诘吞?yáng)射角處使得場(chǎng)的太陽(yáng)能輸出的潛在總和最大化的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的示意圖。圖5示出了圖示當(dāng)使各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)處于平放位置(stowed position)時(shí)太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的最大電力輸出的曲線圖。圖6描述了當(dāng)從場(chǎng)中的各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)檢測(cè)到電力減小時(shí)本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器所采取的處理的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。圖7描繪了包括一個(gè)故障系統(tǒng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的示意圖。圖8描繪了包括一個(gè)平放系統(tǒng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的示意圖。圖9描繪了包括一個(gè)故障系統(tǒng)和一個(gè)平放系統(tǒng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖在本文中更加完整地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以許多不同的形式實(shí)施且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制于本文所闡述的實(shí)施方案；而是，提供這些實(shí)施方案以使本公開(kāi)是全面且完整地并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在全文中，相同的標(biāo)記指代相同的元件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以可控地定位太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中的一個(gè)或多個(gè)各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。太陽(yáng)能系統(tǒng)可以包括用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成可用電能的一個(gè)或多個(gè)陣列的單元。可以一個(gè)或多個(gè)串電組合陣列中的太陽(yáng)能單元。太陽(yáng)能單元可以為聚光光伏裝置。太陽(yáng)能單元可以平板型太陽(yáng)能裝置。太陽(yáng)能系統(tǒng)還可以包括將單元的陣列指引以朝向入射的太陽(yáng)輻射的跟蹤器。太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)可以包括大于一個(gè)的任何數(shù)量的太陽(yáng)能系統(tǒng)。太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)可以包括10個(gè)、50個(gè)、100個(gè)或更多的系統(tǒng)。跟蹤器可以為跟隨太陽(yáng)的路徑的任何裝置。跟蹤裝置可以具有任何構(gòu)造，諸如單個(gè)或多個(gè)基座支撐構(gòu)造以及使用組合支撐件和滑軌、銷接合、球窩、旋轉(zhuǎn)輪和更多的設(shè)計(jì)。現(xiàn)在參考圖1，五個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的示意性剖面圖顯示為朝向太陽(yáng)光線的方向。 太陽(yáng)能系統(tǒng)中的每個(gè)包括跟蹤器(A-E)，所述跟蹤器包括包含單陣列(1- 的太陽(yáng)能單元的單個(gè)基座。圖2中的示意圖中顯示的陣列200可以代表圖1的陣列1-5中的任一個(gè)，陣列200包括分成三串(I-III)的30個(gè)太陽(yáng)能單元210。由于陣列200可以包括以任何數(shù)量的串布置的任何數(shù)量的太陽(yáng)能單元，圖2中描述的實(shí)施方案僅理解為示例性的目的。太陽(yáng)能單元210通常以包括串的串聯(lián)形式電連接，使串I-III并聯(lián)連接。單元的串聯(lián)可以包含多個(gè)分流二極管，分流二極管可以在單個(gè)太陽(yáng)能單元故障的情形下限制由太陽(yáng)能系統(tǒng)所生成的電力的損耗。單個(gè)太陽(yáng)能單元的遮擋或者機(jī)械或電氣故障對(duì)單個(gè)的和相鄰的太陽(yáng)能系統(tǒng)的輸出的影響在很大程度上取決于系統(tǒng)中串的布置和連接。太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的取向和全局位置以及一年的時(shí)間均可以在很大程度上影響投射到各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)上的遮光模式且因此影響太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的電力輸出。單個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的最大電力輸出的降低還可能由于串中太陽(yáng)能單元的部分的機(jī)械或電子故障或者對(duì)太陽(yáng)能單元的串的部分的太陽(yáng)輻射的阻礙而發(fā)生。阻礙可由于任何數(shù)量的源引起，例如，灰塵、碎屑、遮光。太陽(yáng)能單元的部分的局部阻礙、遮擋或故障對(duì)各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的電力輸出的影響在很大程度上取決于系統(tǒng)中單元的串的電氣布置。圖3示出了增加對(duì)與圖2中的陣列200類似的電并聯(lián)布置的太陽(yáng)能單元的三個(gè)串的陣列的遮擋的模擬。系統(tǒng)的電力輸出取決于找到并聯(lián)串的最大電力點(diǎn)(MPP)。顯示了兩種情況。在一種情況下(-□_)，諸如云層的均勻遮擋以相同的方式影響各個(gè)串。在第二種情況下(- _)，所有的遮擋發(fā)生在陣列的三個(gè)串之上，這將由于陰影在陣列上方變長(zhǎng)而發(fā)生。當(dāng)太陽(yáng)能單元的串被均勻地削弱時(shí)(-□_)，那么以與遮擋量成比例的比率影響電力輸出，而非均勻遮擋(- _)可以不成比例地有損于總電力輸出。在各個(gè)串以相似的方式(例如，大氣薄霧、云層)被削弱的程度上，那么陣列的最大電力點(diǎn)將分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)串的MPP。因此，如果遮擋橫過(guò)各個(gè)串是均等的，則陣列的MPP結(jié)果將等于由串分別獲得的結(jié)果，并且遮擋對(duì)陣列電力輸出的影響在被遮擋區(qū)域中是線性的。然而，如果在陣列的部分上發(fā)生遮擋，諸如在一個(gè)串(- _)上發(fā)生遮擋，那么被遮擋串的MPP實(shí)質(zhì)上不同于未受遮擋的串的MPP。如果為并聯(lián)的三個(gè)串確定了總的MPP，那么各個(gè)串將遠(yuǎn)離其各自的MPP工作， 并且陣列的電力將比被遮擋區(qū)域的比率下降得更快。在最壞的可能實(shí)施例中，如果一個(gè)串被完全遮擋，則在陣列級(jí)將不產(chǎn)生電力。因此，33%的遮擋可導(dǎo)致100%的電力損耗。當(dāng)由于第二太陽(yáng)能系統(tǒng)的布置和位置導(dǎo)致對(duì)第一太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮擋時(shí)，可控地定位第二太陽(yáng)能系統(tǒng)以使對(duì)第一太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮擋最小化是有益的。盡管這可能降低第二太陽(yáng)能系統(tǒng)的MPP，但是第一太陽(yáng)能系統(tǒng)將產(chǎn)生相對(duì)于被遮擋的太陽(yáng)能系統(tǒng)改進(jìn)的太陽(yáng)能產(chǎn)量。因此，如果太陽(yáng)能系統(tǒng)的部分可控地取向?yàn)槭沟脤?duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)的另一部分的遮光最小化，則由太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)產(chǎn)生的太陽(yáng)能的最終總和將較大。相反地，當(dāng)前的控制器通常將指引跟蹤器跟隨太陽(yáng)光線的計(jì)算方向。因此，由各個(gè)系統(tǒng)的電力輸出之和確定的場(chǎng)的電力輸出可能由于對(duì)場(chǎng)中的一個(gè)或多個(gè)各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)上產(chǎn)生遮光模式的結(jié)構(gòu)而是次優(yōu)的。因此，本發(fā)明可以通過(guò)使得場(chǎng)中電力輸出之和最大化來(lái)提高太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的電力輸出。場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以計(jì)算場(chǎng)中各太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)取向且通過(guò)與太陽(yáng)陣列跟蹤器通信分別定位各個(gè)系統(tǒng)。改進(jìn)的構(gòu)造解釋了諸如由周圍結(jié)構(gòu)引起的遮擋和各個(gè)系統(tǒng)的故障等性能降低因素。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以包括可編程控制器，其與場(chǎng)中的一個(gè)或多個(gè)各個(gè)跟蹤器進(jìn)行通信；存儲(chǔ)器件，其用于存儲(chǔ)計(jì)算算法；用于將信息輸入到算法的器件；以及用于控制跟蹤器的位置的器件。在一個(gè)實(shí)施方案中，也稱為場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器的跟蹤器控制器可以局域地定位在太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中。在可選實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以遠(yuǎn)程地定位且與跟蹤器的通信系統(tǒng)進(jìn)行通信(例如，互聯(lián)網(wǎng)連接)。存儲(chǔ)器件可以為輔助存儲(chǔ)器件(例如，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)、閃存驅(qū)動(dòng)或其它非易失性器件)。輸入器件可以為電力監(jiān)測(cè)器件(例如，AC聯(lián)鎖電網(wǎng)、逆變器級(jí)AC或DC電力測(cè)量、串級(jí)測(cè)量或模塊級(jí)測(cè)量)、用于跟蹤器的取向感測(cè)裝置(例如，步進(jìn)位置、編碼器、視頻裝置)、健康監(jiān)測(cè)裝置(例如，跟蹤器電動(dòng)機(jī)電流測(cè)量)，以及天氣和太陽(yáng)監(jiān)測(cè)裝置(例如，風(fēng)速和風(fēng)向測(cè)量裝置、溫度計(jì)、光譜儀、DNI和GNI測(cè)量、天空觀察視頻裝置等)。用于控制的器件可以包括用于局域控制器的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或軟件指令以實(shí)現(xiàn)跟蹤器平放和控制器待命模式?？稍趫D4中看到場(chǎng)中太陽(yáng)能系統(tǒng)的取向的實(shí)施例。在該圖中，太陽(yáng)能系統(tǒng)B和D 已經(jīng)取向?yàn)槭沟脤?duì)于太陽(yáng)能系統(tǒng)A和C的遮光模式最小化。在該實(shí)施方案中，可以通過(guò)將跟蹤器B和D定位到平放位置而使由太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)所生成的太陽(yáng)電力最大化。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以確定太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的最大潛在電力輸出且分別可控地定位一個(gè)或多個(gè)跟蹤器以實(shí)現(xiàn)最大潛在電力。在一個(gè)實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以定位在太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)處。在可選實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以遠(yuǎn)程地定位且與跟蹤器進(jìn)行通信(例如，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)連接)。平放或配置協(xié)議可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定或計(jì)算出以便在每天太陽(yáng)升落時(shí)為場(chǎng)提供最大電力輸出。應(yīng)當(dāng)理解的是，平放位置可以為不產(chǎn)生太陽(yáng)能且對(duì)相鄰太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生最小遮光模式的任何位置。在一個(gè)實(shí)施方案中，陣列的平放位置可以為水平的。在另一實(shí)施方案中，陣列的平放位置可以為垂直的且與太陽(yáng)光線平行。在又一實(shí)施方案中，平放位置可以為動(dòng)態(tài)的。將一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)取向在平放位置上的一個(gè)方案是在遮光模式隨時(shí)間變化時(shí)保持對(duì)相鄰太陽(yáng)能系統(tǒng)的最小遮光輪廓。在圖5中以曲線圖描繪了分別被控制的太陽(yáng)能系統(tǒng)和平放協(xié)議的場(chǎng)的模擬電力輸出。該實(shí)施方案代表如下協(xié)議在太陽(yáng)的射角減小時(shí)，通過(guò)場(chǎng)級(jí)控制器將漸增數(shù)量的太陽(yáng)能系統(tǒng)取向到平放位置，得到由曲線圖中的實(shí)線表示的合成總電力輸出。曲線圖描繪了由太陽(yáng)系統(tǒng)的場(chǎng)產(chǎn)生的潛在電力的實(shí)施例，各系統(tǒng)包括安裝到單個(gè)跟蹤器上的單個(gè)陣列的三串太陽(yáng)能單元。曲線圖顯示了在太陽(yáng)晝夜平分點(diǎn)處按北/南方向取向的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的模擬條件。系統(tǒng)以0. 2的兩維地面覆蓋率(GCR2D)均勻地分布，0. 2的兩維地面覆蓋率對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)處于天頂?shù)恼诠獗砻娴?0%。在太陽(yáng)的射角處于以上時(shí)的中午期間的點(diǎn)處， 來(lái)自系統(tǒng)的遮擋不影響該場(chǎng)的太陽(yáng)能收集，并且所有的系統(tǒng)可以朝向太陽(yáng)取向(一 O -)。 在太陽(yáng)射角減小且跟蹤器傾斜以使陣列朝向太陽(yáng)時(shí)，各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮光模式可能由于最近鄰太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮擋而影響場(chǎng)的太陽(yáng)能輸出。在19°的太陽(yáng)射角處，因?yàn)楦麝嚵猩系膯蝹€(gè)串將被其最近鄰?fù)耆趽?，由于傾斜跟蹤器而引起的遮光將場(chǎng)電力輸出降低至零。因此，場(chǎng)級(jí)控制器將交變的系統(tǒng)(系統(tǒng)中的1/2可工作，-□-)指引到平放位置，當(dāng)太陽(yáng)射角減小至22°時(shí)，所述平放位置消除了對(duì)中間的太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮擋。這使得在相鄰太陽(yáng)陣列上的遮光模式被去除時(shí)降低了電力損耗。在太陽(yáng)射角減小至12°以下時(shí)，遮光模式將變長(zhǎng)且下個(gè)最近鄰可到達(dá)平放位置以防止所生成的太陽(yáng)能的總損耗(系統(tǒng)中的1/3可工作，一Δ-)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可從太陽(yáng)跟蹤位置去除兩個(gè)中間的太陽(yáng)能系統(tǒng)，再次使得在從工作系統(tǒng)中去除遮光時(shí)降低了電力損耗。在太陽(yáng)落下時(shí)模式持續(xù)，并且可以使更多的中間系統(tǒng)離線而到達(dá)最小遮擋平放位置，從而從工作系統(tǒng)(系統(tǒng)中的1/4可工作，一+— ；然后，系統(tǒng)中的1/5可工作，-〇-)中去除遮光。因此，當(dāng)遮光模式橫過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)變長(zhǎng)時(shí)，由于使得對(duì)工作系統(tǒng)的遮光最小化，繼續(xù)從場(chǎng)中產(chǎn)生由實(shí)線(_)表示的最大潛在電力之和。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器確定在太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中各個(gè)系統(tǒng)的改進(jìn)的系統(tǒng)位置以保持最大潛在場(chǎng)電力。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，改進(jìn)的系統(tǒng)位置包括產(chǎn)生最小遮光模式的平放協(xié)議，所述最小遮光模式是通過(guò)使用場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)或其它結(jié)構(gòu)的位置和尺寸、各陣列中太陽(yáng)能單元的串的電子布置以及將太陽(yáng)的位置描述為高度角和方位角的函數(shù)的星歷表等式的算法而計(jì)算出的。在本發(fā)明的另一方案中，改進(jìn)的配置協(xié)議是通過(guò)在太陽(yáng)每天早晨升起時(shí)使得對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮擋最小化而計(jì)算出的。本發(fā)明的一個(gè)方案，太陽(yáng)能系統(tǒng)可以較高的GCR2D分布間隔開(kāi)從而在固定區(qū)域中產(chǎn)生更多的電力。圖5描述了解釋在一天當(dāng)中隨著太陽(yáng)射角減小遮光模式變長(zhǎng)的平放模式。應(yīng)當(dāng)理解的是，還可以將配置模式計(jì)算和實(shí)現(xiàn)為在每天太陽(yáng)升起時(shí)使得場(chǎng)電力最大化。在另一實(shí)施方案中，各太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)位置可以通過(guò)測(cè)量由各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力且將該電力與期望電力水平進(jìn)行比較而計(jì)算出。在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電之后，可以通過(guò)檢測(cè)來(lái)自任何點(diǎn)的電信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)電，諸如在各個(gè)太陽(yáng)能單元處、單元的串處或逆變器處。各個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電可以與由場(chǎng)產(chǎn)生的平均電力進(jìn)行比較或者與太陽(yáng)能電力檢測(cè)裝置進(jìn)行比較。這些比較可以判定出所觀察到的各個(gè)系統(tǒng)的電力水平的下降是否為當(dāng)前太陽(yáng)狀況的結(jié)果或者表示各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的故障。各個(gè)系統(tǒng)的電力水平可以受到在太陽(yáng)跟蹤過(guò)程中由相鄰工作系統(tǒng)產(chǎn)生的自然遮光模式的影響。各個(gè)系統(tǒng)的電力水平還可受到來(lái)自相鄰非工作太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮光模式的影響。非工作太陽(yáng)能系統(tǒng)可以是跟蹤故障或一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能單元的故障或例行維護(hù)的結(jié)果。各個(gè)系統(tǒng)的電力水平還取決于系統(tǒng)本身的各個(gè)部件，諸如跟蹤器、各個(gè)太陽(yáng)能單元或它們之間的連接件?？梢杂?jì)算或測(cè)量單個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的期望電力值。在一個(gè)實(shí)施方案中，期望值可以基于太陽(yáng)能單元的已知效率通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的最大可能電力而確定。在另一實(shí)施方案中，期望值可以為在太陽(yáng)能系統(tǒng)初始化時(shí)測(cè)量到的電力。太陽(yáng)能系統(tǒng)的任何部分的故障可影響該系統(tǒng)的發(fā)電以及相鄰系統(tǒng)的發(fā)電。這些影響可通過(guò)使用本發(fā)明而最小化，本發(fā)明計(jì)算并指引場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)位置，從而使?jié)撛诳倛?chǎng)產(chǎn)量最大化。在圖6中描繪的流程圖中描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其描述了場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器使太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的潛在能量輸出最大化的處理。步驟1表示在單個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)中檢測(cè)到減小的電力。控制器可以通過(guò)將該系統(tǒng)的期望值與太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的當(dāng)前輸出進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)單個(gè)系統(tǒng)的減小的電力。這些比較可以判定出電力輸出是否表示故障的系統(tǒng)或僅為當(dāng)前環(huán)境或場(chǎng)條件的結(jié)果。步驟2表示場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器現(xiàn)在可判定出跟蹤器是否正在各系統(tǒng)中運(yùn)行?？梢酝ㄟ^(guò)例如視頻監(jiān)測(cè)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖檢測(cè)、跟蹤器電動(dòng)機(jī)中的電流和本領(lǐng)域公知的其它方法的任何方法來(lái)確定跟蹤器運(yùn)行。如果跟蹤器正在運(yùn)行，那么在步驟 3中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以指引跟蹤器以使故障的太陽(yáng)能系統(tǒng)取向?yàn)槠椒盼恢茫撈椒盼恢檬沟脤?duì)于相鄰系統(tǒng)的遮擋減少。如果跟蹤器不正在運(yùn)行且因此不能改變其位置，則場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以判定出相鄰系統(tǒng)是否將受到由故障的太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生的遮光的不利影響。在一種情況下，故障的跟蹤器固定到不影響相鄰系統(tǒng)的位置處。在另一情況下，故障的跟蹤器可以對(duì)相鄰系統(tǒng)產(chǎn)生遮光模式，同時(shí)提供不可用的能量。場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以通過(guò)任何方法確定非故障太陽(yáng)能系統(tǒng)的影響。在一個(gè)實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以判定出是否以與來(lái)自故障系統(tǒng)的遮擋一致的方式影響測(cè)量到的相鄰系統(tǒng)的電力輸出。在另一實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以生成技師用以訪問(wèn)場(chǎng)且進(jìn)行檢查的信號(hào)。在步驟4中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以評(píng)估故障系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前平放/配置協(xié)議的影響， 并且如下需要可重新計(jì)算協(xié)議。平放/配置協(xié)議的再評(píng)估可以通過(guò)任何方法，例如，計(jì)算、 技師輔助或經(jīng)驗(yàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，平放系統(tǒng)可以為在太陽(yáng)的射角下降時(shí)平放的第一個(gè)系統(tǒng)，并且在太陽(yáng)升起時(shí)配置的最后一個(gè)系統(tǒng)。在該實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器不重新計(jì)算新的平放/配置協(xié)議(步驟5，步驟6)。在另一實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以計(jì)算影響場(chǎng)中工作的太陽(yáng)能系統(tǒng)的新遮光模式，該新遮光模式解釋了故障系統(tǒng)的尺寸、位置和場(chǎng)所。在該實(shí)施方案中，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以確定來(lái)自運(yùn)行的和非運(yùn)行的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的可能的最大電力需要重新計(jì)算平放協(xié)議。場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以重新計(jì)算故障的太陽(yáng)能系統(tǒng)的遮光模式以確定應(yīng)當(dāng)首先平放哪個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)以便陰影在夜晚變長(zhǎng)時(shí)使電力輸出最大化以及應(yīng)當(dāng)最后配置哪個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)以便當(dāng)太陽(yáng)升起時(shí)陰影變短?？梢曰谛菤v表等式以及太陽(yáng)能系統(tǒng)的位置和尺寸來(lái)計(jì)算遮光模式?？梢曰谔?yáng)能系統(tǒng)的位置和尺寸以及陣列中太陽(yáng)能單元的電子布置來(lái)計(jì)算遮光模式對(duì)電力輸出的影響。除了在太陽(yáng)射角減小時(shí)為太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)提供最大電力輸出之外，本發(fā)明可以可控地定位各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)以便在一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)輸出減少的情形下提供最大的電力。在圖7中顯示了故障的太陽(yáng)能系統(tǒng)的實(shí)施例，其中在太陽(yáng)能系統(tǒng)A-E的場(chǎng)中描繪了故障系統(tǒng)D。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以檢測(cè)故障的太陽(yáng)能系統(tǒng)且計(jì)算保持最大潛在場(chǎng)電力輸出的的響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，故障的太陽(yáng)能系統(tǒng)包括具有運(yùn)行的跟蹤器的不工作的太陽(yáng)陣列。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以通過(guò)檢測(cè)例如跟蹤器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖來(lái)確定跟蹤器正在運(yùn)行。圖8描繪了在使系統(tǒng)D到達(dá)平放位置以使得對(duì)系統(tǒng)C的遮光最小化且使場(chǎng)電力最大化時(shí)場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器的響應(yīng)。在圖9所示的另一實(shí)施例中，本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可能不能夠控制跟蹤器本身不響應(yīng)的故障太陽(yáng)能系統(tǒng)D的位置。在該情況下， 場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器可以使諸如C的相鄰太陽(yáng)能系統(tǒng)到達(dá)平放位置。這樣做是因?yàn)?，故障的太?yáng)能系統(tǒng)D可能不利地影響系統(tǒng)C的電力產(chǎn)量，這依次可影響系統(tǒng)B的能量產(chǎn)量。因此， 場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器確定，對(duì)于系統(tǒng)D具有故障的跟蹤器的圖9的方案而言，改進(jìn)的場(chǎng)配置是平放系統(tǒng)C從而獲得來(lái)自場(chǎng)的最大潛在電力輸出。本發(fā)明的場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器的可選實(shí)施方案包括將場(chǎng)中的各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)可編程地定位到平放位置以用于周期性維護(hù)或天氣相關(guān)的保護(hù)。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的特定實(shí)施方案詳細(xì)地描述了本說(shuō)明書(shū)，應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解前述內(nèi)容時(shí)可易于構(gòu)思出這些實(shí)施方案的改動(dòng)、變型例和等同方案。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以實(shí)踐本發(fā)明的這些和其它改進(jìn)和變型例，而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍，在所附權(quán)利要求中更特別地闡述了本發(fā)明的主旨和范圍。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，前面的描述僅通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行且不意在限制本發(fā)明。因此，目的是本主旨涵蓋落在所附權(quán)利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)的這些改進(jìn)和變型例。
權(quán)利要求
1.一種控制器系統(tǒng)，包括兩個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)，其中每個(gè)系統(tǒng)包括安裝到太陽(yáng)跟蹤器上的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能陣列，并且其中所述陣列包括具有電子布置的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能單元；以及場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器，其與所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)進(jìn)行通信，其中所述控制器能夠接收與所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)陣列的位置和尺寸以及陣列中太陽(yáng)能單元的所述電子布置有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且其中所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器控制所述場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)跟蹤器的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述跟蹤器控制器進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器件和存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器件中的算法，其中所述算法計(jì)算提高所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的潛在電力輸出之和的各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的配置。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的所述配置提供對(duì)一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的最小遮光模式。
4.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述算法使用各個(gè)太陽(yáng)陣列的位置和尺寸以及陣列中太陽(yáng)能單元的所述電子布置。
5.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器能夠接收與各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的電力輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述太陽(yáng)能單元包括聚光光伏太陽(yáng)能單元。
7.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器距所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)遠(yuǎn)程地定位。
8.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的所述配置包括將一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)定位在平放位置處。
9.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述算法使用計(jì)算出的近旁結(jié)構(gòu)的遮光模式，并且其中所述近旁結(jié)構(gòu)是從由太陽(yáng)能系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、樹(shù)木、景觀元素和建筑物組成的組中選出的以計(jì)算用于使太陽(yáng)能系統(tǒng)的潛在電力輸出之和最大化的各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的配置。
10.一種用于構(gòu)造太陽(yáng)能系統(tǒng)場(chǎng)級(jí)控制器的方法，所述方法包括提供場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器，其中所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器具有存儲(chǔ)器件，并且其中所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器能夠接收輸入數(shù)據(jù)；將太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的位置和尺寸輸入到所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器中；將所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器放置為與所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)進(jìn)行通信；以及將算法存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器件中，其中所述算法基于輸入數(shù)據(jù)計(jì)算所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)配置以使所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的電力輸出之和最大化。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述太陽(yáng)能系統(tǒng)為聚光光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器設(shè)置在距太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)遠(yuǎn)程的位置處。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述改進(jìn)配置包括處于平放位置的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述算法進(jìn)一步包括計(jì)算近旁結(jié)構(gòu)的遮光模式， 其中所述近旁結(jié)構(gòu)是從由太陽(yáng)能系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、樹(shù)木、景觀元素和建筑物組成的組中選出的。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將陣列中太陽(yáng)能單元的電子布置輸入到所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器中。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將太陽(yáng)能系統(tǒng)的電力輸出水平輸入到所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器中。
17.—種場(chǎng)級(jí)控制器系統(tǒng)，包括兩個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)，其中每個(gè)系統(tǒng)包括安裝到太陽(yáng)陣列跟蹤器上的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能陣列，并且其中所述陣列包括一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能單元；以及場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器，其與所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)進(jìn)行通信，其中所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器能夠接收與所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)陣列的位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且其中所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器控制各個(gè)太陽(yáng)陣列跟蹤器的位置。
18.如權(quán)利要求17所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述陣列包括一個(gè)或多個(gè)聚光光伏太陽(yáng)能單元。
19.如權(quán)利要求17所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器能夠接收與各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的電力輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求17所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器進(jìn)一步包括天氣監(jiān)測(cè)裝置。
21.一種用于使太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的電力輸出最大化的方法，所述方法包括 提供場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器，其中所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器包括算法；提供包括安裝到太陽(yáng)陣列跟蹤器上的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能陣列的太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)，其中所述陣列包括以串式布置電連接的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能單元；將太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)中各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的位置和尺寸輸入到所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器中；將太陽(yáng)能裝置的所述串式布置輸入到場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器中； 將所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器放置為與所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)進(jìn)行通信；以及利用所述算法來(lái)計(jì)算各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的配置以使所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的潛在電力輸出之和最大化。
22.如權(quán)利要求21所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器進(jìn)一步包括天氣監(jiān)測(cè)裝置。
全文摘要
本發(fā)明指向用于提高來(lái)自太陽(yáng)能系統(tǒng)的場(chǎng)的總電力輸出的裝置和方法。本發(fā)明提供場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器，場(chǎng)級(jí)跟蹤器控制器計(jì)算各個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)定位并且將那些配置傳送給場(chǎng)中的跟蹤器。存儲(chǔ)在控制器中的算法基于諸如太陽(yáng)移動(dòng)、由周圍結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的遮光模式以及能量系統(tǒng)的測(cè)量輸出的因素來(lái)計(jì)算太陽(yáng)能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。改進(jìn)定位可以包括將各個(gè)能量系統(tǒng)指引到平放位置以使得在整體上場(chǎng)的電力輸出最大化。
文檔編號(hào)F24J2/40GK102326034SQ201080008196
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者M.麥克唐納 申請(qǐng)人:索爾?？怂构煞萦邢薰?br>