CN102809972A - 光伏跟踪系统的回追跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光伏跟踪系统的回追跟踪方法，在不对其他光伏阵列产生阴影的情况下的最大化跟踪太阳的方法。首先计算太阳在准赤道坐标系统中的位置，此时为最大效率的电能输出，为确保光伏阵列的任一列的阴影不遮挡与其相邻的任一光伏阵列，阴影长度应该小于或等于系统阵列中心间距L，从而反推算出此时的最大跟踪角度ν_s；比较ν_s与基于向量法计算出的单列光伏阵列的最佳跟踪角度，取两者中较小的为实际跟踪角度。本发明的优点是：可有效减少系统阵列间阴影的相互影响，提高系统效率；较传统的光伏跟踪系统，可有效缩短系统的阵列间距，提高土地利用率。

Description

光伏跟踪系统的回追跟踪方法

技术领域

本发明涉及光伏跟踪系统的跟踪方法，尤其适用于准赤道坐标系统下的倾斜轴或水平轴光伏跟踪系统。

背景技术

随着各国光伏补贴政策的陆续出台，光伏发电进入了前所未有的快速发展期。但如何提高光伏发电效率、降低发电成本依然是一个长远的课题。光伏跟踪系统是解决这一问题的有效手段，影响光伏跟踪系统大规模应用的一个重要因素是在跟踪太阳的过程中，往往跟踪角度愈大，系统的阴影长度就愈大，系统之间的阴影就会相互遮挡，这严重影响了系统的效率。因此需要一种更好的在不对其他光伏阵列产生阴影的情况下的最大化跟踪太阳的方法。

发明内容

本发明的目的是针对准赤道坐标系统下的倾斜轴或水平轴光伏跟踪系统，跟踪太阳的过程中阵列间的阴影对阵列及电站发电产生的影响，提供一种光伏跟踪系统的回追跟踪方法，可有效消除阵列间阴影的相互遮挡。

按照本发明提供的技术方案，所述光伏跟踪系统的回追跟踪方法是：首先计算太阳在准赤道坐标系统中的位置(ν，η)，此时为最大效率的电能输出，为确保光伏阵列的任一列的阴影不遮挡与其相邻的任一光伏阵列，阴影长度应该小于或等于系统阵列中心间距L，从而反推算出此时的最大跟踪角度ν_s；比较ν_s与基于向量法计算出的单列光伏阵列的最佳跟踪角度，取两者中较小的为实际跟踪角度；

对于具有多个光伏阵列的光伏跟踪系统，H为系统的光伏阵列宽度，对每排安装一块光伏组件的光伏跟踪系统，H为光伏组件高度；假设系统以ν_s角跟踪太阳，ν_s角是光伏跟踪系统在准赤道坐标系统下与其在y₀o₀z₀平面的投影之间的夹角，系统两列光伏阵列之间的距离l如式1，此时阴影的长度如式2，其中h如式3；欲消除阵列间的阴影影响，需l`＜＝l，因此得式4；式中a、b、c、C1、C2、C3参数分别为式5至式10所示；

l＝L-H·cosν_s                          (1)

$l^{`}=h\·\frac{\sin (\mathrm{\γ}-\mathrm{\Δ\γ})}{\tan \mathrm{\α}}---\left(2\right)$

$h=H\·{\sin v}_s-(L-H\·{\cos v}_s)\·\frac{\tan (\mathrm{\β}+\mathrm{\Δ\β})}{\tan (\mathrm{\γ}-\mathrm{\Δ\γ})}---\left(3\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{v}_s={\sin }^{-1}\left(\frac{-b-\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\right),& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}<0\\ v_s=0,& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}=0\\ v_s={\sin }^{-1}\left(\frac{-b+\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\right),& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}>0\end{array}\right.---\left(4\right)$

a＝C₁ ²+(C₂+1)²                         (5)

b＝-2C₁C₂(C₂+1)                        (6)

c＝(C₂+1)²·(C₃ ²-1)                    (7)

C₁＝sin(γ-Δγ)/tanα                 (8)

C₂＝cos(γ-Δγ)·tan(β+Δβ)/tanα   (9)

C₃＝L/H                                (10)

上述公式中：γ为太阳方位角；α为系统高度角；Δγ为系统方位角相对正南的偏转角，即方位角偏差；β为系统倾角，对水平轴跟踪系统倾角为0；Δβ为系统本身相对水平面的倾斜角。

本发明的优点是：

1、可有效减少系统阵列间阴影的相互影响，提高系统效率；

2、较传统的光伏跟踪系统，可有效缩短系统的阵列间距，提高土地利用率；

3、土地利用率的提高，可有效提高电站容量、提高发电量、降低BOS等系统成本。

附图说明

图1是准赤道坐标系统示意图。

图2是光伏跟踪系统结构示意图。

图3是36.72°N/101.75°E地区水平跟踪系统跟踪角度统计图：其中图3(a)是在春分日，图3(b)是在夏至日，图3(c)是在秋分日，图3(d)是在冬至日。

具体实施方式

本发明针对准赤道坐标系统下的倾斜轴或水平轴光伏跟踪系统，跟踪太阳的过程中阵列间的阴影对阵列及电站发电产生的影响，提供一种可有效消除系统间阴影的相互影响的方法。在不对其他光伏阵列产生阴影的情况下的最大化跟踪太阳。

如图1所示，坐标系(x，y，z)为太阳相对地球位置的赤道坐标系统，在赤道坐标系统中，太阳的位置由坐标(ω，δ)确定，其中δ为太阳光线与地球赤道平面的夹角，即赤纬，与地球公转有关，ω为地球自转相对太阳的时角，与地球自转有关。坐标系(x₀，y₀，z₀)为太阳位置在地球表面上任意一点水平面的准赤道坐标系表示，此坐标系中太阳位置由(ν，η)唯一确定。其中ν角为太阳光线与该光线在y₀o₀z₀所在平面的投影之间的夹角，角η为该投影与z₀轴的夹角。ν，η由太阳时角ω，赤纬δ，以及纬度

和经度L确定。

本发明是在准赤道坐标系统下，光伏跟踪系统的回追跟踪方法，即Back-Tracking算法。Back-Tracking算法的核心内容是，首先准确计算太阳在准赤道坐标系统中的位置，即(ν，η)，此时为最大效率的电能输出，应确保光伏阵列的任一列的阴影不应遮挡到与其相邻的任一光伏阵列。即阴影长度应该小于或等于系统阵列中心间距L，从而可反推算出此时的最大跟踪角度ν_s(就是光伏跟踪系统在准赤道坐标系统的ν角)。比较此最大跟踪角度与基于向量法计算出的单列光伏阵列的最佳跟踪角度，两者中较小的应为实际跟踪角度。

如图2所示为多个光伏阵列，L为系统阵列中心间距，H为系统光伏阵列宽度；对每排安装一块太阳能电池板组件的光伏跟踪系统，H为组件高度。假设系统以ν_s角跟踪太阳，系统两列之间的距离l如式1所示，此时阴影的长度如式2所示，其中h如式3所示。欲消除阵列间的阴影影响，需l`＜＝l，因此得式4。式中a、b、c、C₁、C₂、C₃参数分别为式5至式10所示。

l＝L-H·cosν_s                                    (1)

$l^{`}=h\&CenterDot;\frac{\sin (\mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;})}{\tan \mathrm{\&alpha;}}---\left(2\right)$

$h=H\&CenterDot;{\sin v}_s-(L-H\&CenterDot;{\cos v}_s)\&CenterDot;\frac{\tan (\mathrm{\&beta;}+\mathrm{\&Delta;\&beta;})}{\tan (\mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;})}---\left(3\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{v}_s={\sin }^{-1}\left(\frac{-b-\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\right),& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}<0\\ v_s=0,& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}=0\\ v_s={\sin }^{-1}\left(\frac{-b+\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\right),& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}>0\end{array}\right.---\left(4\right)$

a＝C₁ ²+(C₂+1)²                                    (5)

b＝-2C₁C₂(C₂+1)                                   (6)

c＝(C₂+1)²·(C₃ ²-1)                               (7)

C₁＝sin(γ-Δγ)/tanα                            (8)

C₂＝cos(γ-Δγ)·tan(β+Δβ)/tanα              (9)

C₃＝L/H                                           (10)

上述公式中：γ为太阳方位角；α为系统高度角；Δγ为系统方位角相对正南的偏转角，即方位角偏差；β为系统倾角，对水平轴跟踪系统倾角为0；Δβ为系统本身相对水平面的倾斜角。产生Δβ与Δγ的原因可能是系统安装误差或系统安装周边环境条件造成。

对水平光伏跟踪系统，各种跟踪角度如图3所示，νs_opt为最佳跟踪角度，νs_BT为考虑Back-Tracking的最佳跟踪角度，ν45_BT为跟踪范围限制在[-45°，45°]，并且考虑Back-Tracking的跟踪角度。图3(a)为春分日各跟踪角度变化，图3(b)为夏至日各跟踪角度变化，图3(c)为秋分日各跟踪角度变化，图3(d)为冬至日各跟踪角度变化。由于分析地点纬度较高，所以ν角与各跟踪角度(不考虑Back-Tracking)之间的差值在夏至日最小，在冬至日最大。在春、秋分日，太阳在赤道平面上，准赤道坐标跟踪退化为赤道坐标跟踪，ν＝ω。

Claims (1)

1.光伏跟踪系统的回追跟踪方法，其特征是：首先计算太阳在准赤道坐标系统中的位置(ν，η)，此时为最大效率的电能输出，为确保光伏阵列的任一列的阴影不遮挡与其相邻的任一光伏阵列，阴影长度应该小于或等于系统阵列中心间距L，从而反推算出此时的最大跟踪角度ν_s；比较ν_s与基于向量法计算出的单列光伏阵列的最佳跟踪角度，取两者中较小的为实际跟踪角度；

对于具有多个光伏阵列的光伏跟踪系统，H为系统的光伏阵列宽度，对每排安装一块光伏组件的光伏跟踪系统，H为光伏组件高度；假设系统以ν_s角跟踪太阳，ν_s角是光伏跟踪系统在准赤道坐标系统下与其在y₀o₀z₀平面的投影之间的夹角，系统两列光伏阵列之间的距离l如式1，此时阴影的长度如式2，其中h如式3；欲消除阵列间的阴影影响，需l`＜＝l，因此得式4；式中a、b、c、C1、C2、C3参数分别为式5至式10所示；

l＝L-H·cosν_s                                            (1)

$l^{`}=h\&CenterDot;\frac{\sin (\mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;})}{\tan \mathrm{\&alpha;}}---\left(2\right)$

$h=H\&CenterDot;{\sin v}_s-(L-H\&CenterDot;{\cos v}_s)\&CenterDot;\frac{\tan (\mathrm{\&beta;}+\mathrm{\&Delta;\&beta;})}{\tan (\mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;})}---\left(3\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}{v}_s={\sin }^{-1}\left(\frac{-b-\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\right),& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}<0\\ v_s=0,& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}=0\\ v_s={\sin }^{-1}\left(\frac{-b+\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\right),& \mathrm{\&gamma;}-\mathrm{\&Delta;\&gamma;}>0\end{array}\right.---\left(4\right)$

a＝C₁ ²+(C₂+1)²                                            (5)

b＝-2C₁C₂(C₂+1)                                           (6)

c＝(C₂+1)²·(C₃ ²-1)                                       (7)

C₁＝sin(γ-Δγ)/tanα                                    (8)

C₂＝cos(γ-Δγ)·tan(β+Δβ)/tanα                      (9)

C₃＝L/H                                                   (10)

上述公式中：γ为太阳方位角；α为系统高度角；Δγ为系统方位角相对正南的偏转角，即方位角偏差；β为系统倾角，对水平轴跟踪系统倾角为0；Δβ为系统本身相对水平面的倾斜角。

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