CN104460705A - 一种单轴光伏发电机反跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能利用技术领域，主要针对太阳能电池板面在一天中的特定时间段内会被相邻的发电机电池板遮挡而产生阴影的问题，公开了一种单轴光伏发电机反跟踪方法，使每列相邻前方电池板上板沿遮挡产生的阴影恰好与后方电池板下板沿遮挡产生的阴影在地面重合，具备该反跟踪功能的单轴光伏发电机的发电量在相同条件下比不具备反跟踪功能的单轴光伏发电机多1%-2%。对于大型单轴光伏发电厂来说，由此多出来的发电量是巨大的，其创造出的经济效益也是十分可观的，此外反跟踪技术方案所产生的成本是不高的，因此具有很高的商业价值。

Description

一种单轴光伏发电机反跟踪方法

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种在大型光伏发电系统中，提升整体发电机组发电效率的单轴光伏发电机反跟踪方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，其利用价值是巨大的。因此太阳能的利用越来越受到人们的关注，其中太阳能光伏利用即太阳光通过光伏器件直接转换成电能的技术尤其重要。该技术经过几十年的发展已趋于成熟，但光伏发电的成本还是比火力发电高，光伏发电成本如果接近或低于火力发电，其前景不可估量。

目前技术人员已经研发出多种跟踪式单轴光伏发电机，其目的都是通过调整太阳能电池板的高度角使其尽量与太阳光线垂直以此来增大其发电量。

但在实际操作过程中，由于需要考虑土地成本，成列排布的单轴光伏发电机间距会尽可能的缩小，工程人员经过现场对未运行反跟踪程序的单轴光伏发电机的检查，发现其太阳能电池板面在一天中的特定时间段内有可能会被相邻的发电机电池板遮挡而产生阴影，而多台单轴光伏发电机工作状态下依次被遮挡而造成发电量的损失是巨大的。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在单轴光伏发电系统运行过程中，能够有效保证整体发电系统效率最高的反跟踪方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种单轴光伏发电机反跟踪方法，首先将若干光伏发电机按照阵列的方式进行排布，其特征在于：通过反跟踪系统判断光伏发电机组在一个具体的方位某一时刻是否太阳能电池板会被遮挡而造成阴影，如果反跟踪系统得出相邻机组不会造成阴影而影响该机组，反跟踪系统将进行下一步骤，通过反跟踪系统调整太阳能电池板高度角，使其高度角与太阳光线高度角相等，如果反跟踪系统判断相邻机组将产生遮挡，反跟踪系统将调节相应参数，通过调节所述单轴光伏发电机太阳能电池板的高度角，使每列相邻前方电池板上板沿遮挡产生的阴影恰好与后方电池板下板沿遮挡产生的阴影在地面重合，随着太阳高度角的变化，反跟踪系统通过算法得出的高度角也发生变化，反跟踪系统通过机械部件调整太阳能电池板使其始终保持上述状态直到计算出此时不再进行反跟踪为止。

本发明所述的单轴光伏发电机反跟踪方法，其在相邻两个电池板中，一个电池板为ABCD，另一个电池板为EFGH，所述电池板ABCD与侧面拉杆相交于I点，电池板EFGH与侧面拉杆相交于J点，连轴系统间距为IJ，所诉电池板的宽度为AD=EF，电池板的长度为AB=EH，P为由D 点作垂直于平面ABHE 的垂线与平面的交点，K 为光线经过D 点在平面ABHE 上的阴影，KM 垂直于AE，KM 指向为跟踪轴的指向，∠DKP 为当前太阳的高度角，∠PKM 为当前太阳的方位角与跟踪轴指向，即KM 走向的夹角，∠IAP为不考虑遮挡的最佳跟踪角度；

所述反跟踪系统启动，系统根据公式计算出单轴光伏发电机不考虑行列之间电池板遮挡情况下的最佳跟踪角度∠IAP，然后系统将根据计算得出的∠IAP，以及电池板的长、宽，相邻电池板之间的间距以及太阳当前角度∠DKP计算出板与板之间由于遮挡行程的阴影面积，如果此时计算出的阴影面积等于零，系统将把不考虑遮挡的最佳跟踪角度∠IAP 赋予控制高度角的机械部件，如果根据计算系统判断出电池板之间存在遮挡，则系统将根据公式计算出发电板之间无遮挡且保持光线入射角最小的跟踪角度并将该最小跟踪角度赋予控制高度角的机械部件，最后系统结束本次跟踪，进入下一轮跟踪。

本发明所述的单轴光伏发电机反跟踪方法，其所述公式具体为：

DP=sin(∠IAP)*AD

PK=DP/tan(∠DKP)=( sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)

PM=sin(∠PKM)*PK=( sin(∠PKM)*sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)；

M 点在X 轴上的值为：

M=cos(∠IAP)*AD/2+PM=( sin(∠PKM)*sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP) + cos(∠IAP)*AD/2；

E 点在X 轴上的值为：

E=IJ-cos(∠IAP)*AD/2；

于是判断是否有阴影遮挡的条件为：

E>M 无遮挡，E<M 有遮挡，E=M 阴影在第二个电池板边框的临界点；

由于C点也会在ABHE 平面上产生投影L，并且KDCL构成平行四边形，所以当KM 大于电池板长度时，无论M 与E 的关系如何也不会产生遮挡，因此有下面的关系：

KM = cos(∠PKM)*PK=DP/tan(∠DKP)=( cos(∠PKM)sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)

KM >=AB 无遮挡

KM<AB 时：

{E>M 无遮挡，E<M 有遮挡，E=M 阴影在第二个电池板边框的临界点}。

单轴光伏发电机由于自身特性只能针对太阳的高度角进行跟踪而方位角不能进行跟踪，如果太阳能电池板的横轴初始方向不是正南方向，那么该系统的旋转公式也将根据角度偏差进行调整，该调整将优化跟踪从而提高单轴光伏发电机的发电量。

具备该反跟踪功能的单轴光伏发电机的发电量在相同条件下比不具备反跟踪功能的单轴光伏发电机多1%-2%。对于大型单轴光伏发电厂来说，由此多出来的发电量是巨大的，其创造出的经济效益也是十分可观的，此外反跟踪技术方案所产生的成本是不高的，因此具有很高的商业价值。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

图2是跟经纬度（103.9627,30.504）踪轨迹对比，阴影效果，太阳轨迹曲线图。

图3是本发明的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种单轴光伏发电机反跟踪方法，首先将若干光伏发电机按照阵列的方式进行排布，通过反跟踪系统判断光伏发电机组在一个具体的方位某一时刻是否太阳能电池板会被遮挡而造成阴影，如果反跟踪系统得出相邻机组不会造成阴影而影响该机组，反跟踪系统将进行下一步骤，通过反跟踪系统调整太阳能电池板高度角，使其高度角与太阳光线高度角相等，如果反跟踪系统判断相邻机组将产生遮挡，反跟踪系统将调节相应参数，通过调节所述单轴光伏发电机太阳能电池板的高度角，使每列相邻前方电池板上板沿遮挡产生的阴影恰好与后方电池板下板沿遮挡产生的阴影在地面重合，随着太阳高度角的变化，反跟踪系统通过算法得出的高度角也发生变化，反跟踪系统通过机械部件调整太阳能电池板使其始终保持上述状态直到计算出此时不再进行反跟踪为止。

如图2所示，图中a图与b图分别代表未运行反跟踪程序的单轴光伏发电机与运行反跟踪程序相同的单轴光伏发电机的高度角跟踪轨迹曲线，二者的主要区别存在于一天中的两个时段，在这两个时段中，普通单轴光伏发电机太阳能电池板始终与太阳光线垂直，而反跟踪状态下电池板法线与太阳光线存在一定夹角；c图为无阴影规避模式下阴影大小随时间的变化曲线，图中阴影的最大值出现在日出与日落的两端时间内，这也说明无反跟踪系统的单轴光伏发电机在上述两段时间内产生一定的阴影，从而对相邻电池板发电产生不利影响；d图为太阳高度角、方位角与时间的关系曲线，由于本申请针对旋转角为高度角的单轴光伏发电机，因此不再讨论方位角的变化曲线，高度角曲线的斜率的绝对值的变化趋势从图中得出：由大到小再变大，本申请已经将上述变化过程进行计算并作为一个的重要的条件。

如图3所示，在相邻两个电池板中，一个电池板为ABCD，另一个电池板为EFGH，所述电池板ABCD与侧面拉杆相交于I点，电池板EFGH与侧面拉杆相交于J点，连轴系统间距为IJ，所诉电池板的宽度为AD=EF，电池板的长度为AB=EH，P为由D 点作垂直于平面ABHE 的垂线与平面的交点，K 为光线经过D 点在平面ABHE 上的阴影，KM 垂直于AE，KM 指向为跟踪轴的指向，∠DKP 为当前太阳的高度角，∠PKM 为当前太阳的方位角与跟踪轴指向，即KM 走向的夹角，∠IAP为不考虑遮挡的最佳跟踪角度；

所述反跟踪系统启动，系统根据公式计算出单轴光伏发电机不考虑行列之间电池板遮挡情况下的最佳跟踪角度∠IAP，然后系统将根据计算得出的∠IAP，以及电池板的长、宽，相邻电池板之间的间距以及太阳当前角度∠DKP计算出板与板之间由于遮挡行程的阴影面积，如果此时计算出的阴影面积不存在，系统将把不考虑遮挡的最佳跟踪角度∠IAP 赋予控制高度角的机械部件，如果根据计算系统判断出电池板之间存在遮挡，则系统将根据公式计算出发电板之间无遮挡且保持光线入射角最小的跟踪角度并将该最小跟踪角度赋予控制高度角的机械部件，最后系统结束本次跟踪。其中，反跟踪系统将间隔一段时间t并重新启动，该间隔时间t的取值将影响系统跟踪的精度以及机械部件的耐久性，间隔时间t越短，跟踪精度越高，机械部件损耗越大，反之跟踪精度越低，机械部件损耗越大。

其中，所述公式具体为：

DP=sin(∠IAP)*AD

PK=DP/tan(∠DKP)=( sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)

PM=sin(∠PKM)*PK=( sin(∠PKM)*sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)；

M 点在X 轴上的值为：

M=cos(∠IAP)*AD/2+PM=( sin(∠PKM)*sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP) + cos(∠IAP)*AD/2；

E 点在X 轴上的值为：

E=IJ-cos(∠IAP)*AD/2；

于是判断是否有阴影遮挡的条件为：

E>M 无遮挡，E<M 有遮挡，E=M 阴影在第二个电池板边框的临界点；

由于C点也会在ABHE 平面上产生投影L，并且KDCL构成平行四边形，所以当KM 大于电池板长度时，无论M 与E 的关系如何也不会产生遮挡，因此有下面的关系：

KM = cos(∠PKM)*PK=DP/tan(∠DKP)=( cos(∠PKM)sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)

KM >=AB 无遮挡

KM<AB 时：

{E>M 无遮挡，E<M 有遮挡，E=M 阴影在第二个电池板边框的临界点}。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单轴光伏发电机反跟踪方法，首先将若干光伏发电机按照阵列的方式进行排布，其特征在于：通过反跟踪系统判断光伏发电机组在一个具体的方位某一时刻是否太阳能电池板会被遮挡而造成阴影，如果反跟踪系统得出相邻机组不会造成阴影而影响该机组，反跟踪系统将进行下一步骤，通过反跟踪系统调整太阳能电池板高度角，使其高度角与太阳光线高度角相等，如果反跟踪系统判断相邻机组将产生遮挡，反跟踪系统将调节相应参数，通过调节所述单轴光伏发电机太阳能电池板的高度角，使每列相邻前方电池板上板沿遮挡产生的阴影恰好与后方电池板下板沿遮挡产生的阴影在地面重合，随着太阳高度角的变化，反跟踪系统通过算法得出的高度角也发生变化，反跟踪系统通过机械部件调整太阳能电池板使其始终保持上述状态直到计算出此时不再进行反跟踪为止。

2.根据权利要求1所述的单轴光伏发电机反跟踪方法，其特征在于：在相邻两个电池板中，一个电池板为ABCD，另一个电池板为EFGH，所述电池板ABCD与侧面拉杆相交于I点，电池板EFGH与侧面拉杆相交于J点，连轴系统间距为IJ，所诉电池板的宽度为AD=EF，电池板的长度为AB=EH，P为由D 点作垂直于平面ABHE 的垂线与平面的交点，K 为光线经过D 点在平面ABHE 上的阴影，KM 垂直于AE，KM 指向为跟踪轴的指向，∠DKP 为当前太阳的高度角，∠PKM 为当前太阳的方位角与跟踪轴指向，即KM 走向的夹角，∠IAP为不考虑遮挡的最佳跟踪角度；

所述反跟踪系统启动，系统根据公式计算出单轴光伏发电机不考虑行列之间电池板遮挡情况下的最佳跟踪角度∠IAP，然后系统将根据计算得出的∠IAP，以及电池板的长、宽，相邻电池板之间的间距以及太阳当前角度∠DKP计算出板与板之间由于遮挡行程的阴影面积，如果此时计算出的阴影面积等于零，系统将把不考虑遮挡的最佳跟踪角度∠IAP 赋予控制太阳能电池板高度角的机械部件，如果根据计算系统判断出电池板之间存在遮挡，则系统将根据公式计算出发电板之间无遮挡且保持光线入射角最小的跟踪角度并将该最小跟踪角度赋予控制太阳能电池板的机械部件，最后系统结束本次跟踪，进入下一轮跟踪。

3.根据权利要求2所述的单轴光伏发电机反跟踪方法，其特征在于：所述公式具体为：

DP=sin(∠IAP)*AD

PK=DP/tan(∠DKP)=( sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)

PM=sin(∠PKM)*PK=( sin(∠PKM)*sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)；

M 点在X 轴上的值为：

M=cos(∠IAP)*AD/2+PM=( sin(∠PKM)*sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP) + cos(∠IAP)*AD/2；

E 点在X 轴上的值为：

E=IJ-cos(∠IAP)*AD/2；

于是判断是否有阴影遮挡的条件为：

E>M 无遮挡，E<M 有遮挡，E=M 阴影在第二个电池板边框的临界点；

由于C点也会在ABHE 平面上产生投影L，并且KDCL构成平行四边形，所以当KM 大于电池板长度时，无论M 与E 的关系如何也不会产生遮挡，因此有下面的关系：

KM = cos(∠PKM)*PK=DP/tan(∠DKP)=( cos(∠PKM)sin(∠IAP)*AD ) / tan(∠DKP)

KM >=AB 无遮挡

KM<AB 时：

{E>M 无遮挡，E<M 有遮挡，E=M 阴影在第二个电池板边框的临界点}。