一種單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，主要針對(duì)太陽(yáng)能電池板面在一天中的特定時(shí)間段內(nèi)會(huì)被相鄰的發(fā)電機(jī)電池板遮擋而產(chǎn)生陰影的問(wèn)題，公開(kāi)了一種單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，使每列相鄰前方電池板上板沿遮擋產(chǎn)生的陰影恰好與后方電池板下板沿遮擋產(chǎn)生的陰影在地面重合，具備該反跟蹤功能的單軸光伏發(fā)電機(jī)的發(fā)電量在相同條件下比不具備反跟蹤功能的單軸光伏發(fā)電機(jī)多1%-2%。對(duì)于大型單軸光伏發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，由此多出來(lái)的發(fā)電量是巨大的，其創(chuàng)造出的經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的，此外反跟蹤技術(shù)方案所產(chǎn)生的成本是不高的，因此具有很高的商業(yè)價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在大型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，提升整體發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率的單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，其利用價(jià)值是巨大的。因此太陽(yáng)能的利用越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其中太陽(yáng)能光伏利用即太陽(yáng)光通過(guò)光伏器件直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)尤其重要。該技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已趨于成熟，但光伏發(fā)電的成本還是比火力發(fā)電高，光伏發(fā)電成本如果接近或低于火力發(fā)電，其前景不可估量。
[0003]目前技術(shù)人員已經(jīng)研發(fā)出多種跟蹤式單軸光伏發(fā)電機(jī)，其目的都是通過(guò)調(diào)整太陽(yáng)能電池板的高度角使其盡量與太陽(yáng)光線垂直以此來(lái)增大其發(fā)電量。
[0004]但在實(shí)際操作過(guò)程中，由于需要考慮土地成本，成列排布的單軸光伏發(fā)電機(jī)間距會(huì)盡可能的縮小，工程人員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)未運(yùn)行反跟蹤程序的單軸光伏發(fā)電機(jī)的檢查，發(fā)現(xiàn)其太陽(yáng)能電池板面在一天中的特定時(shí)間段內(nèi)有可能會(huì)被相鄰的發(fā)電機(jī)電池板遮擋而產(chǎn)生陰影，而多臺(tái)單軸光伏發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)下依次被遮擋而造成發(fā)電量的損失是巨大的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種在單軸光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠有效保證整體發(fā)電系統(tǒng)效率最高的反跟蹤方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，首先將若干光伏發(fā)電機(jī)按照陣列的方式進(jìn)行排布，其特征在于:通過(guò)反跟蹤系統(tǒng)判斷光伏發(fā)電機(jī)組在一個(gè)具體的方位某一時(shí)刻是否太陽(yáng)能電池板會(huì)被遮擋而造成陰影，如果反跟蹤系統(tǒng)得出相鄰機(jī)組不會(huì)造成陰影而影響該機(jī)組，反跟蹤系統(tǒng)將進(jìn)行下一步驟，通過(guò)反跟蹤系統(tǒng)調(diào)整太陽(yáng)能電池板高度角，使其高度角與太陽(yáng)光線高度角相等，如果反跟蹤系統(tǒng)判斷相鄰機(jī)組將產(chǎn)生遮擋，反跟蹤系統(tǒng)將調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)所述單軸光伏發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池板的高度角，使每列相鄰前方電池板上板沿遮擋產(chǎn)生的陰影恰好與后方電池板下板沿遮擋產(chǎn)生的陰影在地面重合，隨著太陽(yáng)高度角的變化，反跟蹤系統(tǒng)通過(guò)算法得出的高度角也發(fā)生變化，反跟蹤系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械部件調(diào)整太陽(yáng)能電池板使其始終保持上述狀態(tài)直到計(jì)算出此時(shí)不再進(jìn)行反跟蹤為止。
[0007]本發(fā)明所述的單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，其在相鄰兩個(gè)電池板中，一個(gè)電池板為AB⑶，另一個(gè)電池板為EFGH，所述電池板AB⑶與側(cè)面拉桿相交于I點(diǎn)，電池板EFGH與側(cè)面拉桿相交于J點(diǎn)，連軸系統(tǒng)間距為U，所訴電池板的寬度為AD=EF，電池板的長(zhǎng)度為AB=EH，P為由D點(diǎn)作垂直于平面ABHE的垂線與平面的交點(diǎn)，K為光線經(jīng)過(guò)D點(diǎn)在平面ABHE上的陰影，KM垂直于AE，KM指向?yàn)楦欇S的指向，Z DKP為當(dāng)前太陽(yáng)的高度角，ZPKM為當(dāng)前太陽(yáng)的方位角與跟蹤軸指向，即KM走向的夾角，Z IAP為不考慮遮擋的最佳跟蹤角度； 所述反跟蹤系統(tǒng)啟動(dòng)，系統(tǒng)根據(jù)公式計(jì)算出單軸光伏發(fā)電機(jī)不考慮行列之間電池板遮擋情況下的最佳跟蹤角度Z IAP，然后系統(tǒng)將根據(jù)計(jì)算得出的Z IAP,以及電池板的長(zhǎng)、寬，相鄰電池板之間的間距以及太陽(yáng)當(dāng)前角度Z DKP計(jì)算出板與板之間由于遮擋行程的陰影面積，如果此時(shí)計(jì)算出的陰影面積等于零，系統(tǒng)將把不考慮遮擋的最佳跟蹤角度Z IAP賦予控制高度角的機(jī)械部件，如果根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)判斷出電池板之間存在遮擋，則系統(tǒng)將根據(jù)公式計(jì)算出發(fā)電板之間無(wú)遮擋且保持光線入射角最小的跟蹤角度并將該最小跟蹤角度賦予控制高度角的機(jī)械部件，最后系統(tǒng)結(jié)束本次跟蹤，進(jìn)入下一輪跟蹤。
[0008]本發(fā)明所述的單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，其所述公式具體為:
DP=sin( Z IAP)*AD
PK=DP/tan( Z DKP) = ( sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP)
PM=sin( Z PKM)*PK=( sin( Z PKM)*sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP)；
M點(diǎn)在X軸上的值為:
M=Cos ( Z IAP)*AD/2+PM= ( sin( Z PKM)*sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP) +cos ( Z IAP)*AD/2 ；
E點(diǎn)在X軸上的值為:
E=IJ-COS( Z IAP)*AD/2 ；
于是判斷是否有陰影遮擋的條件為:
E>M無(wú)遮擋，E〈M有遮擋，E=M陰影在第二個(gè)電池板邊框的臨界點(diǎn)；
由于C點(diǎn)也會(huì)在ABHE平面上產(chǎn)生投影L，并且KDCL構(gòu)成平行四邊形，所以當(dāng)KM大于電池板長(zhǎng)度時(shí)，無(wú)論M與E的關(guān)系如何也不會(huì)產(chǎn)生遮擋，因此有下面的關(guān)系:
KM = cos( Z PKM) *PK=DP/tan ( Z DKP) = ( cos( Z PKM)sin( Z IAP) *AD ) /tan ( Z DKP)
KM >=AB無(wú)遮擋 KM〈AB 時(shí):
{E>M無(wú)遮擋，E〈M有遮擋，E=M陰影在第二個(gè)電池板邊框的臨界點(diǎn)}。
[0009]單軸光伏發(fā)電機(jī)由于自身特性只能針對(duì)太陽(yáng)的高度角進(jìn)行跟蹤而方位角不能進(jìn)行跟蹤，如果太陽(yáng)能電池板的橫軸初始方向不是正南方向，那么該系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)公式也將根據(jù)角度偏差進(jìn)行調(diào)整，該調(diào)整將優(yōu)化跟蹤從而提高單軸光伏發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。
[0010]具備該反跟蹤功能的單軸光伏發(fā)電機(jī)的發(fā)電量在相同條件下比不具備反跟蹤功能的單軸光伏發(fā)電機(jī)多1%-2%。對(duì)于大型單軸光伏發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，由此多出來(lái)的發(fā)電量是巨大的，其創(chuàng)造出的經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的，此外反跟蹤技術(shù)方案所產(chǎn)生的成本是不高的，因此具有很高的商業(yè)價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的工作流程圖。
[0012]圖2是跟經(jīng)瑋度(103.9627，30.504)蹤軌跡對(duì)比，陰影效果，太陽(yáng)軌跡曲線圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]如圖1所示，一種單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，首先將若干光伏發(fā)電機(jī)按照陣列的方式進(jìn)行排布，通過(guò)反跟蹤系統(tǒng)判斷光伏發(fā)電機(jī)組在一個(gè)具體的方位某一時(shí)刻是否太陽(yáng)能電池板會(huì)被遮擋而造成陰影，如果反跟蹤系統(tǒng)得出相鄰機(jī)組不會(huì)造成陰影而影響該機(jī)組，反跟蹤系統(tǒng)將進(jìn)行下一步驟，通過(guò)反跟蹤系統(tǒng)調(diào)整太陽(yáng)能電池板高度角，使其高度角與太陽(yáng)光線高度角相等，如果反跟蹤系統(tǒng)判斷相鄰機(jī)組將產(chǎn)生遮擋，反跟蹤系統(tǒng)將調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)所述單軸光伏發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池板的高度角，使每列相鄰前方電池板上板沿遮擋產(chǎn)生的陰影恰好與后方電池板下板沿遮擋產(chǎn)生的陰影在地面重合，隨著太陽(yáng)高度角的變化，反跟蹤系統(tǒng)通過(guò)算法得出的高度角也發(fā)生變化，反跟蹤系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械部件調(diào)整太陽(yáng)能電池板使其始終保持上述狀態(tài)直到計(jì)算出此時(shí)不再進(jìn)行反跟蹤為止。
[0017]如圖2所示，圖中a圖與b圖分別代表未運(yùn)行反跟蹤程序的單軸光伏發(fā)電機(jī)與運(yùn)行反跟蹤程序相同的單軸光伏發(fā)電機(jī)的高度角跟蹤軌跡曲線，二者的主要區(qū)別存在于一天中的兩個(gè)時(shí)段，在這兩個(gè)時(shí)段中，普通單軸光伏發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池板始終與太陽(yáng)光線垂直，而反跟蹤狀態(tài)下電池板法線與太陽(yáng)光線存在一定夾角；c圖為無(wú)陰影規(guī)避模式下陰影大小隨時(shí)間的變化曲線，圖中陰影的最大值出現(xiàn)在日出與日落的兩端時(shí)間內(nèi)，這也說(shuō)明無(wú)反跟蹤系統(tǒng)的單軸光伏發(fā)電機(jī)在上述兩段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定的陰影，從而對(duì)相鄰電池板發(fā)電產(chǎn)生不利影響；d圖為太陽(yáng)高度角、方位角與時(shí)間的關(guān)系曲線，由于本申請(qǐng)針對(duì)旋轉(zhuǎn)角為高度角的單軸光伏發(fā)電機(jī)，因此不再討論方位角的變化曲線，高度角曲線的斜率的絕對(duì)值的變化趨勢(shì)從圖中得出:由大到小再變大，本申請(qǐng)已經(jīng)將上述變化過(guò)程進(jìn)行計(jì)算并作為一個(gè)的重要的條件。
[0018]如圖3所示，在相鄰兩個(gè)電池板中，一個(gè)電池板為ABCD，另一個(gè)電池板為EFGH，所述電池板ABCD與側(cè)面拉桿相交于I點(diǎn)，電池板EFGH與側(cè)面拉桿相交于J點(diǎn)，連軸系統(tǒng)間距為U，所訴電池板的寬度為AD=EF，電池板的長(zhǎng)度為AB=EH，P為由D點(diǎn)作垂直于平面ABHE的垂線與平面的交點(diǎn)，K為光線經(jīng)過(guò)D點(diǎn)在平面ABHE上的陰影，KM垂直于AE，KM指向?yàn)楦欇S的指向，Z DKP為當(dāng)前太陽(yáng)的高度角，Z PKM為當(dāng)前太陽(yáng)的方位角與跟蹤軸指向，即KM走向的夾角，Z IAP為不考慮遮擋的最佳跟蹤角度；
所述反跟蹤系統(tǒng)啟動(dòng)，系統(tǒng)根據(jù)公式計(jì)算出單軸光伏發(fā)電機(jī)不考慮行列之間電池板遮擋情況下的最佳跟蹤角度Z IAP，然后系統(tǒng)將根據(jù)計(jì)算得出的Z IAP,以及電池板的長(zhǎng)、寬，相鄰電池板之間的間距以及太陽(yáng)當(dāng)前角度Z DKP計(jì)算出板與板之間由于遮擋行程的陰影面積，如果此時(shí)計(jì)算出的陰影面積不存在，系統(tǒng)將把不考慮遮擋的最佳跟蹤角度Z IAP賦予控制高度角的機(jī)械部件，如果根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)判斷出電池板之間存在遮擋，則系統(tǒng)將根據(jù)公式計(jì)算出發(fā)電板之間無(wú)遮擋且保持光線入射角最小的跟蹤角度并將該最小跟蹤角度賦予控制高度角的機(jī)械部件，最后系統(tǒng)結(jié)束本次跟蹤。其中，反跟蹤系統(tǒng)將間隔一段時(shí)間t并重新啟動(dòng)，該間隔時(shí)間t的取值將影響系統(tǒng)跟蹤的精度以及機(jī)械部件的耐久性，間隔時(shí)間t越短，跟蹤精度越高，機(jī)械部件損耗越大，反之跟蹤精度越低，機(jī)械部件損耗越大。
[0019]其中，所述公式具體為:
DP=Sin( Z IAP)*AD
PK=DP/tan( Z DKP) = ( sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP)
PM=sin( Z PKM)*PK=( sin( Z PKM)*sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP)；
M點(diǎn)在X軸上的值為:
M=Cos ( Z IAP)*AD/2+PM= ( sin( Z PKM)*sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP) +cos ( Z IAP)*AD/2 ；
E點(diǎn)在X軸上的值為:
E=IJ-COS( Z IAP)*AD/2 ；
于是判斷是否有陰影遮擋的條件為:
E>M無(wú)遮擋，E〈M有遮擋，E=M陰影在第二個(gè)電池板邊框的臨界點(diǎn)；
由于C點(diǎn)也會(huì)在ABHE平面上產(chǎn)生投影L，并且KDCL構(gòu)成平行四邊形，所以當(dāng)KM大于電池板長(zhǎng)度時(shí)，無(wú)論M與E的關(guān)系如何也不會(huì)產(chǎn)生遮擋，因此有下面的關(guān)系:
KM = cos( Z PKM) *PK=DP/tan ( Z DKP) = ( cos( Z PKM) sin ( Z IAP) *AD ) /tan ( Z DKP)
KM >=AB無(wú)遮擋 KM〈AB 時(shí):
{E>M無(wú)遮擋，E〈M有遮擋，E=M陰影在第二個(gè)電池板邊框的臨界點(diǎn)}。
[0020]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，首先將若干光伏發(fā)電機(jī)按照陣列的方式進(jìn)行排布，其特征在于:通過(guò)反跟蹤系統(tǒng)判斷光伏發(fā)電機(jī)組在一個(gè)具體的方位某一時(shí)刻是否太陽(yáng)能電池板會(huì)被遮擋而造成陰影，如果反跟蹤系統(tǒng)得出相鄰機(jī)組不會(huì)造成陰影而影響該機(jī)組，反跟蹤系統(tǒng)將進(jìn)行下一步驟，通過(guò)反跟蹤系統(tǒng)調(diào)整太陽(yáng)能電池板高度角，使其高度角與太陽(yáng)光線高度角相等，如果反跟蹤系統(tǒng)判斷相鄰機(jī)組將產(chǎn)生遮擋，反跟蹤系統(tǒng)將調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)所述單軸光伏發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能電池板的高度角，使每列相鄰前方電池板上板沿遮擋產(chǎn)生的陰影恰好與后方電池板下板沿遮擋產(chǎn)生的陰影在地面重合，隨著太陽(yáng)高度角的變化，反跟蹤系統(tǒng)通過(guò)算法得出的高度角也發(fā)生變化，反跟蹤系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械部件調(diào)整太陽(yáng)能電池板使其始終保持上述狀態(tài)直到計(jì)算出此時(shí)不再進(jìn)行反跟蹤為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，其特征在于:在相鄰兩個(gè)電池板中，一個(gè)電池板為AB⑶，另一個(gè)電池板為EFGH，所述電池板AB⑶與側(cè)面拉桿相交于I點(diǎn)，電池板EFGH與側(cè)面拉桿相交于J點(diǎn)，連軸系統(tǒng)間距為IJ，所訴電池板的寬度為AD=EF，電池板的長(zhǎng)度為AB=EH，P為由D點(diǎn)作垂直于平面ABHE的垂線與平面的交點(diǎn)，K為光線經(jīng)過(guò)D點(diǎn)在平面ABHE上的陰影，KM垂直于AE，KM指向?yàn)楦欇S的指向，Z DKP為當(dāng)前太陽(yáng)的高度角，Z PKM為當(dāng)前太陽(yáng)的方位角與跟蹤軸指向，即KM走向的夾角，Z IAP為不考慮遮擋的最佳跟蹤角度； 所述反跟蹤系統(tǒng)啟動(dòng)，系統(tǒng)根據(jù)公式計(jì)算出單軸光伏發(fā)電機(jī)不考慮行列之間電池板遮擋情況下的最佳跟蹤角度Z IAP，然后系統(tǒng)將根據(jù)計(jì)算得出的Z IAP,以及電池板的長(zhǎng)、寬，相鄰電池板之間的間距以及太陽(yáng)當(dāng)前角度Z DKP計(jì)算出板與板之間由于遮擋行程的陰影面積，如果此時(shí)計(jì)算出的陰影面積等于零，系統(tǒng)將把不考慮遮擋的最佳跟蹤角度Z IAP賦予控制太陽(yáng)能電池板高度角的機(jī)械部件，如果根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)判斷出電池板之間存在遮擋，則系統(tǒng)將根據(jù)公式計(jì)算出發(fā)電板之間無(wú)遮擋且保持光線入射角最小的跟蹤角度并將該最小跟蹤角度賦予控制太陽(yáng)能電池板的機(jī)械部件，最后系統(tǒng)結(jié)束本次跟蹤，進(jìn)入下一輪跟蹤。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單軸光伏發(fā)電機(jī)反跟蹤方法，其特征在于:所述公式具體為:
DP=sin( Z IAP)*AD
PK=DP/tan( Z DKP) = ( sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP)
PM=sin( Z PKM)*PK=( sin( Z PKM)*sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP)； M點(diǎn)在X軸上的值為:
M=Cos ( Z IAP)*AD/2+PM= ( sin( Z PKM)*sin( Z IAP)*AD ) / tan( Z DKP) +cos ( Z IAP)*AD/2 ； E點(diǎn)在X軸上的值為:
E=IJ-COS( Z IAP)*AD/2 ； 于是判斷是否有陰影遮擋的條件為: E>M無(wú)遮擋，E〈M有遮擋，E=M陰影在第二個(gè)電池板邊框的臨界點(diǎn)； 由于C點(diǎn)也會(huì)在ABHE平面上產(chǎn)生投影L，并且KDCL構(gòu)成平行四邊形，所以當(dāng)KM大于電池板長(zhǎng)度時(shí)，無(wú)論M與E的關(guān)系如何也不會(huì)產(chǎn)生遮擋，因此有下面的關(guān)系:
KM = cos( Z PKM) *PK=DP/tan ( Z DKP) = ( cos( Z PKM)sin( Z IAP) *AD ) /tan ( Z DKP)KM >=AB無(wú)遮擋KM〈AB 時(shí):{E>M無(wú)遮擋，E〈M有遮擋，E=M陰影在第二個(gè)電池板邊框的臨界點(diǎn)}。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK104460705SQ201410790551
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】黃忠 申請(qǐng)人:四川鐘順太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)有限公司