CN106385228A - 一种方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，包括：浮体，浮体包括至少一个驱动浮体以及安装在各个浮体上的光伏组件，并且，所有浮体连接为一体，其中，驱动浮体上可拆卸地安装有用于驱动浮体移动的驱动装置；方位角跟踪控制器，方位角跟踪控制器实时跟踪太阳的方位，确定最佳发电方位角，对各个驱动装置分别发出控制指令，驱动水面浮动光伏阵列实现自动方位角跟踪。本发明的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列能够达到最佳发电方位角，提高光伏系统发电量。方位角自动跟踪过程中可以水面浮动光伏阵列形心原地转向，无需牵引拖拽空间。在存在多个水面浮动光伏阵列的工程场合，各个阵列之间不存在相互运动干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏阵列，尤其涉及一种方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列。
背景技术
光伏发电作为一种绿色环保的可再生能源，其发展应用已被纳入建设生态文明、保障国家能源安全的战略高度层面。但是，光伏电站的缺点之一是能量分散，占地面积大。在可用土地资源有限的情况下，除了逐步利用荒漠、荒山、建构筑屋顶等场地以外，工程设计也将各类水面空间纳入了光伏发电工程实施的范围。
在利用水面实施的光伏工程中，其光伏阵列支架系统主要分为水底桩基式和浮动式两种。其中，水底桩基式较为适合在浅水、浅滩进行施工，如水深过大则将导致施工条件困难、工程费用大幅增加的不利局面。浮动式电站虽然对水体水位有着一定程度的要求，但其具有造价低、施工方便、适合大深度水面的优势，其发展越来越得到新能源技术领域的重视。美国于2007年即开展了水面浮动电站的工程实践，根据统计，2015年日本的水面浮动电站规模已达到15MW；英国于2016年初建成了一座最大输出功率6.3MW的水面浮动电站；韩国和新加坡则正在规划50——100MW级的大规模水面浮动光伏电站工程。国内则在2015年先后建成了两座装机容量分别为35kW和200kW浮动式水面光伏电站。
当前，浮动式水面光伏电站的主要研究方向主要集中在浮体的材质选择、支架系统锚固稳定等问题上。另一方面，也有不少研究注意到可利用光伏系统漂浮在水面的特点，提出一些光伏阵列方位角自动跟踪以提高发电效率的方案：
申请号为CN201410205056.0的《水面上漂浮、行驶由太阳能电池组件构成的无桩光伏电站》、申请号为CN201510491998.4的《用防水绳连接水面漂浮光伏组件构成的北斗定位光伏电站》、授权号为CN201410329857.8的《锂离子电池船拖拉的多晶硅电池组件水面漂浮光伏电站》提出了一种利用动力船牵引水面浮动光伏阵列，从而实现方位角跟踪的方案；申请号为CN201510645895.9的《一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器及其实现方法》、申请号为CN201610089317.6《一种自动逐日水面太阳能光伏板阵列》、申请号为CN201521036164.6的《拉拽式水面浮动光伏跟踪系统》、申请号为CN201520645374.9《具有太阳能跟踪系统的水面漂浮光伏电站系统》则采用了依托于岸边、水中桩基安装电机拖动索缆牵引光伏阵列，实现跟踪方位角跟踪功能的方案。
采用动力船牵引水面浮动光伏阵列时，由于船体存在转弯半径，其光伏阵列不能能实现原地转向，必然要求较大的开阔牵引空间，不利于提高空间利用率。依托于岸边、水中桩基安装电机拖动索缆牵引光伏阵列转向方案，可以实现阵列的原地转向跟踪，但存在着：不能避免桩基施工、驱动系统相对复杂、难以适应水位发生变化的不足。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，包括：浮体，所述浮体包括至少一个驱动浮体以及安装在各个浮体上的光伏组件，并且，所有浮体连接为一体，其中，所述驱动浮体上可拆卸地安装有用于驱动浮体移动的驱动装置；方位角跟踪控制器，所述方位角跟踪控制器安装在浮体上或水岸上，所述方位角跟踪控制器实时跟踪太阳的方位，确定最佳发电方位角，对各个驱动装置分别发出控制指令，驱动水面浮动光伏阵列实现自动方位角跟踪。
优选地，所述浮体还包括至少一个未安装驱动装置的非驱动浮体。
优选地，驱动装置采用水下螺旋桨式、喷水推进式、吸水推进式或者空气螺旋桨式中的至少一种方式驱动浮体运动。
优选地，每个驱动浮体上还安装有传感器，所述传感器用于检测各个浮体之间的相对位置，并将位置信息传送给方位角跟踪控制器，方位角跟踪控制器根据浮体的数量、相对位置、驱动功率，精确控制驱动装置。
优选地，传感器通过有线或者无线方式向方位角跟踪控制器传送数据。
优选地，方位角跟踪控制器采用经纬度结合时间与太阳轨迹的方法、传感器检测太阳实时方位的方法中的至少一种方法，实时确定最佳发电方位角。
优选地，所述驱动装置的动力源为电动机，能源来自于浮体上的光伏组件、储能电池或水底电缆。
优选地，所述驱动装置的动力源为内燃机。
优选地，浮体之间通过索缆连接、连接件、外形结构拼接方式中的至少一种方式连接为一体。
根据本发明的另一个方面，还提供一种水面浮动光伏阵列组，包括多个以上所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列。
本发明的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列自动跟踪太阳的方位角，因此，能够达到最佳发电方位角，提高光伏系统发电量。方位角自动跟踪过程中可以水面浮动光伏阵列形心原地转向，无需牵引拖拽空间。在存在多个水面浮动光伏阵列的工程场合，各个阵列之间不存在相互运动干扰。在特殊的水文情况下，可根据需要方便调整水面浮动光伏阵列在水体中的地理位置。另外，驱动装置可拆卸地安装在驱动浮体上，拆卸、安装、维修方便。在采用多个带有驱动装置的浮体的情况下，部分驱动装置的损坏不会影响整个阵列的原有功能，并且减少水下基础的施工量，在合适的环境下无需水下基础施工。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列的示意图；
图2是表示本发明实施例的非驱动浮体的正视图；
图3是表示本发明实施例的驱动浮体的正视图；
图4是表示本发明实施例的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列的运动示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
本发明提供一种方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其利用带有驱动装置的浮体，能够自动驱动光伏阵列跟踪光照方位角的变化。可用于新建水面光伏电站或已有水面光伏电站的升级改造。该浮动光伏阵列包括多个浮体以及方位角跟踪控制器，其中，至少一个浮体上设置有驱动装置，在各个浮体上安装有光伏组件，形成光伏阵列。此处所述光伏组件包括光伏板、支架、线缆、电气设备等光伏发电设备。通过在阵列中合理配置带有驱动装置的浮体，并通过方位角跟踪控制器控制带有驱动装置的浮体运动，实现水面光伏阵列的阵列方位角自动跟踪。
下面结合附图详细说明该光伏阵列。如图1所示，该光伏阵列包括多个浮体，其中，又根据是否安装有驱动装置区分为驱动浮体1和非驱动浮体2。浮体之间具有连接装置3，4为方位角跟踪控制器。图2是非驱动浮体2的正视图，其中包括非驱动浮体2和安装在其上方的光伏组件6以及支架、线缆、电气设备。图3是驱动浮体1的正视图，其中包括驱动浮体1和安装在其上方的光伏组件6以及支架、线缆、电气设备。在驱动浮体1的下方还安装有驱动装置7，该驱动装置7的位置并不局限于水下，例如使用空气螺旋桨，则空气螺旋桨可以安装在驱动浮体1的上方。浮体可由金属、合金、陶瓷、有机高分子材料、复合材料、钢筋混凝土中的任意一种材质制成。然而，本实施例并不用于限制浮体的材质，其还可以是其他材质。除安装有驱动装置外，驱动浮体的结构和非驱动浮体的结构可以相同，也可以不同。各个浮体之间可以采用索缆连接方式、连接件方式、拼接方式中的一种或多种方式组合构成连接。在连接各个浮体之时，会考虑水面波浪造成的相对位置变化，因此，各浮体之间应留有一定程度的适应空间。并且，在风浪较大的水域，还可以通过索缆将一个或多个浮体与岸上或水底的固定基础、锚、桩基等固定连接，以保证光伏阵列在极端气象环境和水文环境下依然安装可靠。
驱动装置7以可拆卸的方式安装在驱动浮体1上，一般是安装在驱动浮体1的下方，其动力源可以是电动机或内燃机，其能源可以取自浮体上安装的光伏组件、储能电池或者燃油容器，或者还可以由岸上的供电系统通过水底电缆供电。而其驱动形式可以采用水下螺旋桨、喷水推进、吸水推进或空气螺旋桨等方式。驱动装置7还设置有传感器(未示出)，每个驱动装置7均可通过传感器确定该浮体与其他浮体之间的相对位置，并将位置信息通过有线或者无线方式传送给方位角跟踪控制器4，同时通过有线或者无线方式接收并执行来自方位角跟踪控制器4的控制参数。
方位角跟踪控制器4可以安装于光伏阵列上的某一个浮体上或在水岸上，方位角跟踪控制器4可以根据经纬度、时间、太阳轨迹的方式来确定太阳的实时方位，也可以通过传感器来检测太阳的实时方位，或者采取以上两种方式结合的综合控制方法，确定光伏阵列的最佳发电方位角。而各浮体也将浮体之间的位置关系发送给方位角跟踪控制器4。方位角跟踪控制器4根据最佳发电方位角，并结合阵列中驱动浮体1的数量和相对位置、驱动功率，同时对阵列中各个驱动装置7发出不同的协调控制指令，驱动装置7按照控制指令完成相应的动作，驱动光伏阵列实现自动方位角跟踪。例如，浮体可以带动光伏阵列围绕光伏阵列的形心原地转向，以匹配最佳发电方位角。由于是在光伏阵列的下方或上方设置驱动装置，无需牵引拖拽空间，光伏阵列即可旋转达到跟踪太阳方位角的目的。当然，方位角跟踪控制器4也可根据情况需要，控制驱动浮体1带动整个光伏阵列做整体平移，其目的就是要使得光伏阵列能够达到最佳发电方位角，提升发电效率。
在日间发电时刻，光伏阵列会根据太阳的方位角由东至西顺时针相应地转动，其转动的速度和角度由最佳发电方位角决定。根据光伏阵列中驱动浮体1的位置不同、数量不同，方位角跟踪控制器4也实时的发出不同指令，控制驱动装置的驱动力的大小和方向也实时变化。夜间无日照时段，方位角跟踪控制器4发出指令，控制光伏阵列返回到第二日日出方位。
下面结合图1具体说明光伏阵列的动作过程，图1中的光伏阵列形式仅是示例性的，并不用于限制光伏阵列的形状、排列形式、浮体的数量。图1中的浮体形成方形阵列，在方形阵列的四个边上，共设置有16个驱动浮体1，驱动浮体1和非驱动浮体2可以是在边上交替布置，当需要转动一定角度时，方位角跟踪控制器4发出指令，驱动浮体1带动光伏阵列围绕光伏阵列的中心(图4中打叉的浮体)沿箭头的方向转动。以上仅是驱动浮体的一种布置形式，实际上，驱动浮体可以和非驱动浮体具有多种混合排列形式。本实施例并不用于限制驱动浮体的排列形式。
以上是以一个水面浮动光伏阵列为例进行说明，实际上，在水面上可以存在多个水面浮动光伏阵列，由于各个光伏阵列均可由驱动装置带动绕其光伏阵列的形心转动，使得各个光伏阵列之间不存在相互运动干扰。
本发明采用安装在浮体上的驱动装置，可实现水面浮动光伏阵列自动跟踪太阳的方位角，光伏阵列能够达到最佳发电方位角，提高光伏系统发电量。方位角自动跟踪过程中可以水面浮动光伏阵列形心原地转向，无需牵引拖拽空间。在存在多个水面浮动光伏阵列的工程场合，各个阵列之间不存在相互运动干扰。在特殊的水文情况下，可根据需要方便调整水面浮动光伏阵列在水体中的地理位置。另外，驱动装置可拆卸地安装在驱动浮体上，拆卸、安装、维修方便。在采用多个带有驱动装置的浮体的情况下，部分驱动装置的损坏不会影响整个阵列的原有功能，并且减少水下基础的施工量，在合适的环境下无需水下基础施工。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，包括：
浮体，所述浮体包括至少一个驱动浮体以及安装在各个浮体上的光伏组件，并且，所有浮体连接为一体，其中，
所述驱动浮体上可拆卸地安装有用于驱动浮体移动的驱动装置；
方位角跟踪控制器，所述方位角跟踪控制器安装在浮体上或水岸上，所述方位角跟踪控制器实时跟踪太阳的方位，确定最佳发电方位角，对各个驱动装置分别发出控制指令，驱动水面浮动光伏阵列实现自动方位角跟踪。
2.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，所述浮体还包括至少一个未安装驱动装置的非驱动浮体。
3.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，驱动装置采用水下螺旋桨式、喷水推进式、吸水推进式或者空气螺旋桨式中的至少一种方式驱动浮体运动。
4.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，每个驱动浮体上还安装有传感器，所述传感器用于检测各个浮体之间的相对位置，并将位置信息传送给方位角跟踪控制器，方位角跟踪控制器根据浮体的数量、相对位置、驱动功率，精确控制驱动装置。
5.根据权利要求4所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，传感器通过有线或者无线方式向方位角跟踪控制器传送数据。
6.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，方位角跟踪控制器采用经纬度结合时间与太阳轨迹的方法、传感器检测太阳实时方位的方法中的至少一种方法，实时确定最佳发电方位角。
7.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，所述驱动装置的动力源为电动机，能源来自于浮体上的光伏组件、储能电池或水底电缆。
8.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，所述驱动装置的动力源为内燃机。
9.根据权利要求1所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列，其特征在于，浮体之间通过索缆连接、连接件、外形结构拼接方式中的至少一种方式连接为一体。
10.一种水面浮动光伏阵列组，其特征在于，包括多个权利要求1至9中任一项所述的方位角自动跟踪水面浮动光伏阵列。
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