專利名稱：一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的測量方法。
背景技術(shù)：
為了提升相同時間內(nèi)光伏系統(tǒng)發(fā)電量，通常采用具有跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過跟蹤太陽位置以提升光伏系統(tǒng)單日發(fā)電量。因此，光伏跟蹤系統(tǒng)對太陽位置跟蹤精度差異將直接關(guān)系到光伏發(fā)電體系單日發(fā)電量的多少。準(zhǔn)確測量光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度將對評估光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量多少有著重要意義。目前，在光伏跟蹤精度測試方面，部分研究僅僅制定了相應(yīng)測試精度標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范光伏跟蹤精度大小，其包括以下兩種方法針孔法將開有一個針孔的不透明輕薄平面平行固定于組件平面上方，兩個平面之間有一定距離，在有效太陽光照時間內(nèi)運(yùn)行跟蹤系統(tǒng)，檢查組件平面上的太陽光斑偏離針孔的角度，對跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度進(jìn)行檢查。直接輻射儀法將光照直接輻射儀固定在轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)上，并校整直接輻射儀與光伏組件表面垂直，在有效太陽光照時間內(nèi)運(yùn)行跟蹤系統(tǒng)，檢查直接輻射儀上太陽光斑偏離原點(diǎn)的角度，對跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度進(jìn)行檢查。也可將數(shù)字水平儀固定在轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)上，在有效太陽光照時間內(nèi)，計算此時所跟蹤太陽入射角度與數(shù)字水平儀角度差，對水平單軸跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度進(jìn)行檢查。采用這兩種方法都是需要將測試設(shè)備固定至光伏組件上，并且需調(diào)整與光伏組件平行，在測試過程中其可操作性不強(qiáng)。在光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度研究方面，目前文獻(xiàn)主要著重于光伏跟蹤精度研究，即太陽角度的計算和計算機(jī)實(shí)現(xiàn)問題。并且許多算法主要關(guān)注的是如何精確計算太陽位置參數(shù)，以使得所設(shè)計光伏跟蹤系統(tǒng)能夠更好地進(jìn)行跟蹤，但這些文獻(xiàn)卻較少關(guān)注太陽位置計算方法的可行性以及跟蹤精度的測試方法即太陽入射光線與光伏組件之間夾角大小。有基于此，本發(fā)明提出一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度測量方法，該方法可以較為準(zhǔn)確地對光伏跟蹤精度進(jìn)行測試，并且具有較強(qiáng)的可實(shí)施性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的測量方法，精確測出光伏跟蹤系統(tǒng)對太陽位置跟蹤精度差異，可以有效計算采用光伏跟蹤系統(tǒng)后光伏組件發(fā)電量多少，并指導(dǎo)跟蹤精度不達(dá)標(biāo)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。本發(fā)明提供的一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的測量方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟( I)確定光伏組件安裝位置和安裝朝向；(2)判斷使用何種光伏系統(tǒng)，若為單軸光伏跟蹤系統(tǒng)，則利用電子量角器確定所述光伏組件仰角并測試所述光伏組件全天方位角運(yùn)行情況，并記錄測試日期和測試結(jié)果；若為雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)，則測試所述光伏組件全天方位角以及仰角運(yùn)行情況，并記錄測試日期和測試結(jié)果；(3)將所述測試 結(jié)果利用向量分解法對所述光伏系統(tǒng)跟蹤精度進(jìn)行計算判定，得到所述光伏系統(tǒng)跟蹤精度。其中，步驟(3)利用向量分解法計算包括如下步驟I)建立坐標(biāo)；2)計算測試當(dāng)日太陽運(yùn)行位置參數(shù)；3)將太陽高度角歸結(jié)至空間坐標(biāo)系，用單位向量Vs表示；4)將光伏組件法線角度歸結(jié)到空間坐標(biāo)系，單位向量Vp表示；5)根據(jù)朗伯余弦定理，計算太陽光線與太陽能板法線之間的夾角0，并將平面輻照度轉(zhuǎn)化為太陽能板上垂直輻照度。其中，步驟I)建立坐標(biāo)時，根據(jù)光伏組件原始位置，求出其原始位置處的法向量，計算法向量與天頂坐標(biāo)(即Z軸)之間的夾角，同時，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，計算任意轉(zhuǎn)動時刻法向量與原始位置法向量夾角T。其中，步驟2)位置參數(shù)包括太陽高度角和太陽方位角。其中，步驟2)采用傳統(tǒng)工程法或SPA算法計算測試當(dāng)日太陽運(yùn)行位置參數(shù)。其中，步驟3)所述Vs表示如下
cos a sin yVs = — cos a cos y(I)
sin or其中，步驟4)所述Vp表示如下
-^(cos fi)" -(cos r cosVp =cos r sink2)
cos T cos p其中，步驟5)所述夾角0的余弦公式為
VCosO = ^~⑷
丨叫 卜；其中，所述光伏組件安裝位置通過經(jīng)緯儀測定。其中，所述光伏組件安裝朝向通過指南針測定。利用本發(fā)明對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行向量分解，從而可以較為方便的對光伏系統(tǒng)跟蹤精度進(jìn)行評判，與現(xiàn)有的測試方法相比，本發(fā)明的有益效果為I、天氣影響現(xiàn)有測試方法測試光伏跟蹤精度需要在晴好無云的天氣下，通過太陽入射光線與光伏組件上安裝期間之間差異，從而判定跟蹤精度大??；而采用本發(fā)明則無需考慮天氣情況，僅需知道所測日期的地理信息以及光伏組件跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)角情況。2、測試現(xiàn)場安裝現(xiàn)有測試方法需在具有跟蹤系統(tǒng)光伏組件上進(jìn)行測試系統(tǒng)的平行安裝，使得測試方法不夠簡便，采用本發(fā)明則無需在光伏組件上進(jìn)行安裝，節(jié)約測試安裝時間。3、測試可拓展性現(xiàn)有測試方法測試得到都為綜合角度偏差，無法解耦，而采用本發(fā)明則可以根據(jù)需要進(jìn)行坐標(biāo)變換以滿足不同單軸跟蹤系統(tǒng)測試要求。


圖I為本發(fā)明提供的測量方法流程圖。圖2為本發(fā)明提供的向量分解法坐標(biāo)系建立的主視圖。其橫軸為太陽能電池組件水平面；縱軸為太陽能電池組件水平面的垂直線。圖3為本發(fā)明提供的向量分解法坐標(biāo)系建立的俯視圖。圖4為本發(fā)明提供的被測地區(qū)當(dāng)日太陽高度角a。其橫軸為時間，單位分鐘；縱軸為角度，單位 度。圖5為本發(fā)明提供的被測地區(qū)當(dāng)日太陽高度角Y。其橫軸為時間，單位分鐘；縱軸為角度，單位 度。圖6為本發(fā)明提供的被測光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)角T。其橫軸為時間，單位分鐘；縱軸為角
度，單位 度。圖7為本發(fā)明提供的被測光伏系統(tǒng)雙軸當(dāng)前仰角@。其橫軸為時間，單位分鐘；縱軸為角度，單位 度。圖8為本發(fā)明提供的被測光伏系統(tǒng)跟蹤角度誤差。其橫軸為時間，單位分鐘；縱軸為角度，單位 度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的測量方法流程如圖I所示，首先，利用指南針確定光伏組件安裝朝向、利用經(jīng)緯儀確定光伏組件安裝的地理位置，確定安裝朝向正南方向。其次，判斷光伏系統(tǒng)，針對單軸光伏跟蹤系統(tǒng)，在利用電子量角器確定其光伏組件仰角時，測試其全天方位角運(yùn)行情況，用計算機(jī)記錄測試日期和測試結(jié)果；針對雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)，測試其全天方位角以及仰角運(yùn)行情況，用計算機(jī)記錄測試日期與測試結(jié)果。將測試結(jié)果利用向量分解法(以下簡稱向量法)對光伏系統(tǒng)跟蹤精度進(jìn)行計算判定，得到光伏系統(tǒng)跟蹤精度。本發(fā)明可以直接計算不同跟蹤類型光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽直射輻射入射角與接收平面的法相角之間的角度。利用向量分解法建立向量分解法坐標(biāo)系如圖2和圖3所示，本實(shí)施例中，采用太陽能電池組件水平面為基平面坐標(biāo)，其垂線為Z軸坐標(biāo)。對于光伏跟蹤系統(tǒng)，考慮其法線角度法線與天頂坐標(biāo)夾角(即太陽能板與水平面夾角P )以及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，法線與原軸之間夾角T。其根據(jù)光伏組件原始位置，求出其原始位置處的法向量，計算法向量與天頂坐標(biāo)(即Z軸)之間的夾角，同時，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，計算任意轉(zhuǎn)動時刻法向量與原始位置法向量夾角T，用于計算單位向量VP。根據(jù)測試日期，采用傳統(tǒng)工程法或SPA算法計算測試當(dāng)日太陽運(yùn)行位置參數(shù)。包括太陽高度角a以及太陽方位角Y等。將太陽高度角歸結(jié)至空間坐標(biāo)系下并利用單位向量Vs表示
權(quán)利要求
1.一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的測量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)確定光伏組件安裝位置和安裝朝向； (2)判斷使用何種光伏系統(tǒng)，若為單軸光伏跟蹤系統(tǒng)，則利用電子量角器確定所述光伏組件仰角并測試所述光伏組件全天方位角運(yùn)行情況，并記錄測試日期和測試結(jié)果；若為雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)，則測試所述光伏組件全天方位角以及仰角運(yùn)行情況，并記錄測試日期和測試結(jié)果； (3)將所述測試結(jié)果利用向量分解法對所述光伏系統(tǒng)跟蹤精度進(jìn)行計算判定，得到所述光伏系統(tǒng)跟蹤精度。
2.如權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，步驟(3)利用向量分解法計算包括如下步驟 1)建立坐標(biāo)； 2)計算測試當(dāng)日太陽運(yùn)行位置參數(shù)； 3 )將太陽高度角歸結(jié)至空間坐標(biāo)系，用單位向量Vs表示； 4)將光伏組件法線角度歸結(jié)到空間坐標(biāo)系，單位向量Vp表示； 5)根據(jù)朗伯余弦定理，計算太陽光線與太陽能板法線之間的夾角0，并將平面輻照度轉(zhuǎn)化為太陽能板上垂直輻照度。
3.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟I)建立坐標(biāo)時，根據(jù)光伏組件原始位置，求出原始位置處的法向量，計算法向量與天頂坐標(biāo)之間的夾角；在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，計算任意轉(zhuǎn)動時刻法向量與原始位置法向量夾角T。
4.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟2)位置參數(shù)包括太陽高度角和太陽方位角。
5.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟2)采用傳統(tǒng)工程法或SPA算法計算測試當(dāng)日太陽運(yùn)行位置參數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟3)所述Vs表示如下
7.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟4)所述Vp表示如下
8.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，步驟5)所述夾角0的余弦公式為
9.如權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述光伏組件安裝位置通過經(jīng)緯儀測定。
10.如權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述光伏組件安裝朝向通過指南針測定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于向量分解法的光伏跟蹤系統(tǒng)跟蹤精度的測量方法，其步驟為確定光伏組件安裝位置和安裝朝向；判斷使用何種光伏系統(tǒng)，若為單軸光伏跟蹤系統(tǒng)，則利用電子量角器確定所述光伏組件仰角并測試所述光伏組件全天方位角運(yùn)行情況，并記錄測試日期和測試結(jié)果；若為雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)，則測試所述光伏組件全天方位角以及仰角運(yùn)行情況，并記錄測試日期和測試結(jié)果；將所述測試結(jié)果利用向量分解法對所述光伏系統(tǒng)跟蹤精度進(jìn)行計算判定，得到所述光伏系統(tǒng)跟蹤精度。本發(fā)明不受天氣影響，且無需在光伏組件上進(jìn)行安裝，節(jié)約測試安裝時間。本發(fā)明還可以根據(jù)需要進(jìn)行坐標(biāo)變換以滿足不同單軸跟蹤系統(tǒng)測試要求。
文檔編號G01C1/00GK102735209SQ20121020768
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者劉美茵, 牛晨暉, 董穎華, 黃晶生 申請人:中國電力科學(xué)研究院