CN106843287A - 光伏追踪控制器、系统以及光伏追踪系统的控制方法 - Google Patents
光伏追踪控制器、系统以及光伏追踪系统的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种光伏追踪控制器、光伏追踪控制系统以及光伏追踪系统的控制方法，涉及光伏发电技术领域。其中的光伏追踪控制器包括：信息获取模块，用于从各个定位仪获取各个单排光伏阵列的位置信息，所述定位仪位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，所述定位仪能够获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息；角度计算模块，用于根据所述位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度；旋转控制模块，用于控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。从而提高了光伏追踪系统的工作效率，节省了使用光伏追踪系统进行发电的投入成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏追踪控制器、系统及光伏追踪系统的控制方法。
背景技术
随着光伏发电技术在全球的蓬勃发展，光伏追踪系统受到越来越多的关注。光伏追踪系统能够通过实时跟踪太阳运动，使太阳光直射光伏阵列，从而增加光伏阵列接收到的太阳辐射量，提高光伏发电系统的总体发电量。
光伏追踪系统虽然较早地投入设计和生产，但是由于投入产出比较高等原因，一直未能实现对光伏追踪系统的批量安装和使用。
现有技术中的光伏追踪系统主要存在以下缺陷。一方面，光伏追踪系统对驱动设备和外部环境的要求很高。例如，驱动光伏阵列旋转需要功率较大的电机，并且安放光伏阵列需要较大的土地面积。另一方面，使用光伏追踪系统需要投入较高的维护成本。在实际应用当中，光伏追踪系统故障率较高，时常处于停机维修状态，使得利用光伏追踪系统发电的投入产出比较高，工作效率较低；并且每次对光伏追踪系统进行清洗都需要耗费大量的时间。此外，现有技术中的光伏追踪系统在工作过程中还会产生大量的噪音，对周围居民的生活造成负面影响。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是：提供了一种优化的光伏追踪控制系统。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光伏追踪控制器，包括：信息获取模块，用于从各个定位仪获取各个单排光伏阵列的位置信息，定位仪位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，定位仪能够获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息；角度计算模块，用于根据位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度；旋转控制模块，用于控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。
在一些实施例中，信息获取模块还用于从各个角度传感器获取各个单排光伏阵列的实际旋转角度，角度传感器位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，角度传感器能够获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度；旋转控制模块还用于对实际旋转角度不符合理论旋转角度的单排光伏阵列进行调整。
在一些实施例中，信息获取模块还用于从风速仪和/或风向仪获取光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向；旋转控制模块还用于当风速和/或风向满足预设条件时，调整各个单排光伏阵列的旋转角度，以保护光伏追踪系统。
在一些实施例中，信息获取模块还用于从光照强度传感器获取光伏追踪系统所在位置的光照强度；旋转控制模块还用于当光照强度大于等于第一阈值时，开启光伏追踪模式；和/或，当光照强度小于第一阈值时，开启光伏反追踪模式。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种光伏追踪控制系统，包括定位仪以及光伏追踪控制器；其中，定位仪位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息。
在一些实施例中，光伏追踪控制系统还包括太阳能电源，太阳能电源位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于为太阳能电源所在的单排光伏阵列供电。
在一些实施例中，光伏追踪控制系统还包括角度传感器；其中，角度传感器位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，角度传感器用于获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度；
在一些实施例中，光伏追踪控制系统还包括风速仪和/或风向仪；其中，风速仪和/或风向仪用于检测光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向。
在一些实施例中，光伏追踪控制系统还包括光照强度传感器；其中，光照强度传感器用于检测光伏追踪系统所在位置的光照强度。
根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种光伏追踪系统的控制方法，包括：获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息；根据位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度；控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。
在一些实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：各个单排光伏阵列分别由自带的太阳能电源供电。
在一些实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度；对实际旋转角度不符合理论旋转角度的单排光伏阵列进行调整。
在一些实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：检测光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向；当风速和/或风向满足预设条件时，调整各个单排光伏阵列的旋转角度，以保护光伏追踪系统。
在一些实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：检测光伏追踪系统所在位置的光照强度；当光照强度大于等于第一阈值时，开启光伏追踪模式；和/或，当光照强度小于第一阈值时，开启光伏反追踪模式。
本发明中的光伏追踪控制器，能够控制光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列彼此独立旋转至不同角度，提高了光伏追踪系统的工作效率，节省了使用光伏追踪系统进行发电的投入成本。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出现有技术中光伏追踪系统的结构示意图。
图2示出本发明光伏追踪系统控制器的一个实施例的结构示意图。
图3A示出单排光伏阵列所组成的光伏追踪系统的一个实施例的结构示意图。
图3B示出单排光伏阵列的结构示意图。
图4示出太阳能电源的一个实施例的结构示意图。
图5示出本发明光伏追踪系统的控制方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人对光伏追踪系统的设计方案进行了研究。现有技术中的光伏追踪系统如图1所示，多排光伏阵列形成光伏矩阵，多排光伏阵列之间通过较长的刚性连轴杆100连接，以实现驱动多排光伏阵列同步旋转的功能。然而，正是因为这种刚性连接的设计方案，导致光伏追踪系统存在一系列技术缺陷。
首先，多排光伏阵列之间通过刚性连轴杆连接的设计方案提高了对驱动设备和外部环境的要求。为了保证电机能够同步驱动多排光伏阵列，驱动电机需要具有较大的功率；为了同时安放多排光伏阵列，光伏追踪系统需要占用较大的土地面积。
其次，多排光伏阵列之间通过刚性连轴杆连接的设计方案提高了光伏追踪系统的维护成本，降低了光伏追踪系统的工作效率，提高了利用光伏追踪系统发电的投入产出比。一方面，刚性连轴杆本身存在出现故障的可能，多排光伏阵列之间的大量刚性连轴杆增大了光伏追踪系统的故障率。另一方面，刚性连轴杆会给驱动设备反馈额外的扭矩，增大了驱动设备的负载和故障率。
再次，如果刚性连轴杆连接在多排光伏阵列的中间部位，工作人员在清洗光伏追踪系统时受到刚性连轴杆的阻挡，需要在清洗半排光伏阵列后绕到另一侧继续清洗另外半排光伏阵列，降低了光伏追踪系统的清洗效率。
最后，多排光伏阵列之间的大量刚性连接在工作过程中会产生大量的噪音，进而对周围居民的生活造成负面影响。
有鉴于此，发明人设计了光伏追踪控制器，以实现控制光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列彼此独立旋转，从而克服上述技术缺陷。下面结合图2描述本发明一个实施例的光伏追踪控制器。
图2示出本发明光伏追踪控制器的一个实施例的结构示意图。如图2所示，光伏追踪控制器202包括：信息接收模块2021，角度计算模块2022，旋转控制模块2023。光伏追踪控制器202中各个模块的功能和工作过程在后文中结合光伏追踪控制系统进行详细描述。
下面结合图3A和图3B描述本发明一个实施例的光伏追踪控制系统。
图3示出单排光伏阵列所组成的光伏追踪系统的一个实施例的结构示意图。各个单排光伏阵列彼此相互独立，不存在连接关系。图3B示出单排光伏阵列的结构示意图。本实施例中的光伏追踪控制系统30包括定位仪301和控制器202。
定位仪301位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于获取并发送光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息。
例如，各个单排光伏阵列的位置信息可以包括光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的经度、维度以及海拔高度。
控制器202包括：
信息接收模块2021，用于从各个定位仪301获取各个单排光伏阵列的位置信息。
角度计算模块2022，用于根据位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度。
旋转控制模块2023，用于控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。
例如，信息接收模块2021通过无线信号接收到定位仪301发送的各个单排光伏阵列的经度、维度以及海拔高度后，角度计算模块2022计算各个单排光伏阵列在不同时间接收光照强度最大的理论旋转角度，旋转控制模块2023控制各个单排光伏阵列在不同时间分别旋转至不同的角度。
与现有技术相比，上述实施例中的光伏追踪控制系统具有显著的效果。具体主要包括以下点：
第一，降低了对驱动设备和外部环境的要求。上述实施例中的电机只需要驱动单排光伏阵列，不需要具有较大的功率。同时，由于光伏阵列之间相互独立，光伏阵列可以更加灵活地放置和安装，光伏追踪系统对土地面积和地形的要求明显降低，具有很好的地形适应性。
第二，减小了利用光伏追踪系统发电的投入产出比。一方面，省去刚性连轴杆能够大幅降低光伏追踪系统的故障率，减小光伏追踪系统的负载，从而降低光伏追踪系统的维护成本。另一方面，定位仪可以更为精确的确定单排光伏阵列的位置信息，从而细化单排光伏阵列的旋转角度，使得光伏追踪系统能够接收更多的太阳能，提高光伏追踪系统的发电效率。
第三，便于清洗。工作人员在清洗光伏追踪系统时，将相邻的两排光伏阵列调整至光伏电池组件面对面的状态，可以实现同时清洗两排光伏阵列，并且不受连轴杆阻挡，缩短工作人员清洗光伏追踪系统的行走距离，甚至可以通过自动化清洗车进行清洗，提高了光伏追踪系统的清洗效率。
第四，减少噪音。上述实施例中的光伏阵列之间不存在刚性连接，在工作过程中的噪音较小。并且光伏追踪系统的变速箱不需要采用多级齿轮技术，从而大幅减少光伏追踪系统在工作过程中产生的噪音。
在一个实施例中，光伏追踪控制系统30还包括角度传感器304，角度传感器304位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于获取并发送光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度。旋转控制模块2023还用于对实际旋转角度不符合理论旋转角度的单排光伏阵列进行调整。
由于光伏追踪系统中的光伏阵列较多，上述实施例通过角度传感器不仅可以实现单排光伏阵列的角度校准，还可以检测到处于故障状态单排光伏阵列。
在一个实施例中，光伏追踪控制系统30还包括风速仪305和/或风向仪306，用于检测光伏追踪系统所在位置的风速和风向。旋转控制模块2023还用于当风速和风向满足预设条件时，调整各个单排光伏阵列的旋转角度，以保护光伏追踪系统。
例如，当风速仪305检测到风速超过预设值时，向旋转控制模块2023发送系统保护信号，旋转控制模块2023开启系统保护模式，将处于边缘的光伏阵列旋转至与地面垂直的角度，将其余的光伏阵列旋转至与地面水平的角度。
上述实施例能够在风力较大的条件下对光伏追踪系统作出适应性调整，减小设备因风力产生的共振，保护光伏追踪系统，使得光伏追踪系统不因风力过大而损坏。
在一个实施例中，光伏追踪控制系统30还包括光照强度传感器307，用于检测光伏追踪系统所在位置的光照强度。旋转控制模块2023还用于当光照强度较大时，开启光伏追踪模式；当光照强度较小时，开启光伏反追踪模式。
例如，光照强度传感器307可以每隔1分钟采集一次光照强度。在早晨和傍晚时间的太阳高度角很小，通过反追踪模式可以使太阳能电池组件尽可能吸收较多的太阳辐射能量。但是，在光照强度传感器307检测到光照强度较强的情况下，可以自适应的开启光伏追踪模式，或者调整通知旋转控制模块对光伏电池组件的旋转角度进行调整，以接收更多的太阳辐射能量。
上述实施例能够在气候条件发生变化的情况下对光伏追踪系统作出适应性调整，优化反追踪模式开启的时间，从而提高光伏追踪系统的发电效率。
在一个实施例中，光伏追踪控制系统30还包括太阳能电源303。太阳能电源303位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于为太阳能电源303所在的单排光伏阵列供电。
图4示出太阳能电源的一个实施例的结构示意图。如图4所示，太阳能电源403可以包括高性能太阳能电池组件4031、锂电池储能包4032、电池管理系统4033以及太阳能电源控件4034。其中，高性能太阳能电池组件4031独立于光伏电池组件，能够在白天收集太阳能；收集到的太阳能一部分用于驱动单排光伏阵列，另一部分储存在锂电池储能包4032中，以便夜晚使用。太阳能电源控件4034可以检测太阳能电源电池管理系统周围的温度、太阳能电源的电压等信息，以便电池管理系统4033调整对单排光伏阵列的驱动策略。
上述实施例中，考虑到驱动单排光伏阵列所需功率较小，每排光伏阵列通过自带的太阳能电源供电，可以达到为业主节约电量的技术效果。使用光伏追踪系统的业主，可以将光伏追踪系统所发电量全部用于生产，不需要将部分发电量用于驱动光伏追踪系统。另外，现有技术中通常需要业主从太阳能发电逆变器或变压器中取电，需要一定的布线成本；而上述实施例中的太阳能电源体积小、便于安装，能够直接安装在单排光伏阵列当中，为业主省去了布线的麻烦，节约了布线成本。
下面结合图5描述本发明一个实施例的光伏追踪系统的控制方法。
图5示出本发明光伏追踪系统的控制方法的一个实施例的流程示意图。如图5所示，光伏追踪系统的控制方法包括：
步骤S501，获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息。
步骤S502，根据位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度。
步骤S503，控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。
上述实施例中的光伏追踪系统的控制方法具有如下效果：
第一，降低了对驱动设备和外部环境的要求。上述实施例中的电机只需要驱动单排光伏阵列，不需要具有较大的功率。同时，由于光伏阵列之间相互独立，光伏阵列可以更加灵活地放置和安装，光伏追踪系统对土地面积和地形的要求明显降低，具有很好的地形适应性。
第二，减小了利用光伏追踪系统发电的投入产出比。一方面，省去刚性连轴杆能够大幅降低光伏追踪系统的故障率，减小光伏追踪系统的负载，从而降低光伏追踪系统的维护成本。另一方面，定位仪可以更为精确的确定单排光伏阵列的位置信息，从而细化单排光伏阵列的旋转角度，使得光伏追踪系统能够接收更多的太阳能，提高光伏追踪系统的发电效率。
第三，便于清洗。工作人员在清洗光伏追踪系统时，将相邻的两排光伏阵列调整至光伏电池组件面对面的状态，可以实现同时清洗两排光伏阵列，并且不受连轴杆阻挡，缩短工作人员清洗光伏追踪系统的行走距离，甚至可以通过自动化清洗车进行清洗，提高了光伏追踪系统的清洗效率。
第四，减少噪音。上述实施例中的光伏阵列之间不存在刚性连接，在工作过程中的噪音较小。并且光伏追踪系统的变速箱不需要采用多级齿轮技术，从而大幅减少光伏追踪系统在工作过程中产生的噪音。
在一个实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：
步骤S504，各个单排光伏阵列分别由自带的太阳能电源供电。
上述实施例中，考虑到驱动单排光伏阵列所需功率较小，每排光伏阵列通过自带的太阳能电源供电，可以达到为业主节约电量的技术效果。使用光伏追踪系统的业主，可以将光伏追踪系统所发电量全部用于生产，不需要将部分发电量用于驱动光伏追踪系统。另外，现有技术中通常需要业主从太阳能发电逆变器或变压器中取电，需要一定的布线成本；而上述实施例中的太阳能电源体积小、便于安装，能够直接安装在单排光伏阵列当中，为业主省去了布线的麻烦，节约了布线成本。
在一个实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：
步骤S505，获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度。
步骤S506，对实际旋转角度不符合理论旋转角度的单排光伏阵列进行调整。
由于光伏追踪系统中的光伏阵列较多，上述实施例通过角度传感器不仅可以实现单排光伏阵列的角度校准，还可以检测到处于故障状态单排光伏阵列。
在一个实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：
步骤S507，检测光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向。
步骤S508，当风速和/或风向满足预设条件时，调整各个单排光伏阵列的旋转角度，以保护光伏追踪系统。
上述实施例能够在风力较大的条件下对光伏追踪系统作出适应性调整，减小设备因风力产生的共振，保护光伏追踪系统，使得光伏追踪系统不因风力过大而损坏。
在一个实施例中，光伏追踪系统的控制方法还包括：
步骤S509，检测光伏追踪系统所在位置的光照强度。
步骤S510，当光照强度大于等于第一阈值时，开启光伏追踪模式；和/或，当光照强度小于第一阈值时，开启光伏反追踪模式。
上述实施例能够在气候条件发生变化的情况下对光伏追踪系统作出适应性调整，优化反追踪模式开启的时间，从而提高光伏追踪系统的发电效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种光伏追踪控制器，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于从各个定位仪获取各个单排光伏阵列的位置信息，所述定位仪位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，所述定位仪能够获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息；
角度计算模块，用于根据所述位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度；
旋转控制模块，用于控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，
所述信息获取模块还用于从各个角度传感器获取各个单排光伏阵列的实际旋转角度，所述角度传感器位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，所述角度传感器能够获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度；
所述旋转控制模块还用于对实际旋转角度不符合理论旋转角度的单排光伏阵列进行调整。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，
所述信息获取模块还用于从风速仪和/或风向仪获取光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向；
所述旋转控制模块还用于当所述风速和/或风向满足预设条件时，调整各个单排光伏阵列的旋转角度，以保护光伏追踪系统。
4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，
所述信息获取模块还用于从光照强度传感器获取光伏追踪系统所在位置的光照强度；
所述旋转控制模块还用于当光照强度大于等于第一阈值时，开启光伏追踪模式；和/或，当所述光照强度小于第一阈值时，开启光伏反追踪模式。
5.一种光伏追踪控制系统，其特征在于，包括定位仪以及如权利 要求1所述的光伏追踪控制器；其中，所述定位仪位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括太阳能电源，所述太阳能电源位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，用于为太阳能电源所在的单排光伏阵列供电。
7.一种光伏追踪控制系统，其特征在于，包括角度传感器以及如权利要求2所述的控制器；其中，所述角度传感器位于光伏追踪系统中的各个单排光伏阵列，所述角度传感器用于获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度。
8.一种光伏追踪控制系统，其特征在于，包括风速仪和/或风向仪，以及如权利要求3所述的控制器；其中，所述风速仪和/或风向仪用于检测光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向。
9.一种光伏追踪控制系统，其特征在于，包括光照强度传感器以及如权利要求4所述的控制器；其中，所述光照强度传感器用于检测光伏追踪系统所在位置的光照强度。
10.一种光伏追踪系统的控制方法，其特征在于，包括：
获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的位置信息；
根据所述位置信息，计算各个单排光伏阵列接收光照强度最大的理论旋转角度；
控制各个单排光伏阵列分别旋转至接收光照强度最大的理论旋转角度。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
各个单排光伏阵列分别由自带的太阳能电源供电。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取光伏追踪系统中各个单排光伏阵列的实际旋转角度；
对实际旋转角度不符合理论旋转角度的单排光伏阵列进行调整。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测光伏追踪系统所在位置的风速和/或风向；
当所述风速和/或风向满足预设条件时，调整各个单排光伏阵列的旋转角度，以保护光伏追踪系统。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测光伏追踪系统所在位置的光照强度；
当所述光照强度大于等于第一阈值时，开启光伏追踪模式；和/或，当所述光照强度小于第一阈值时，开启光伏反追踪模式。
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