CN107894781B - 高效率太阳能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效率太阳能板发电装置。光伏太阳能板受天气影响较大，当白天中天气状况不好时，比如阴天时，光照强度低，光伏太阳能板发电量低，而驱动光伏太阳能板旋转的电机需要消耗电能，光伏太阳能板的发电量减去驱动光伏太阳能板旋转的电机所消耗的电能即为光伏太阳能板的输出电量，为了获取最大的输出电量，因此需要预测当天发电量，通过将当天发电量与电机所消耗的电能进行对比，并根据对比结果控制光伏太阳能板做出相应动作，从而做到最大的输出电量。

Description

高效率太阳能发电装置
技术领域
本发明涉及一种高效率太阳能发电装置，属于太阳能发电技术领域。
背景技术
太阳能是新兴的清洁能源，主要是太阳能电池板，为了更加充分有效地利用太阳能，所以选取最好的太阳能电池板方阵方位角与倾斜角是十分重要的问题。
太阳能电池板方阵的方位角是指方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度)。一般情况下，方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0°)时，太阳能发电量为最大。在偏离正南(北半球)30°度时，方阵的发电量将减少约10％～15％；在偏离正南(北半球)60°时，方阵的发电量将减少约20％～30％。安装太阳能电池板方阵时要考虑周全，要稍微调整一下，具体问题具体分析。最好避免太阳能阴影的遮盖，像房子，树之类的。可以参考下面的公式：方位角＝(一天中负荷的峰值时刻(24小时制)－12)×15+(经度－116)。
倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。而最佳倾斜角是当地的地理纬度相关，如果当地的纬度较高，那么相应的倾斜角也大。也要考虑积雪滑落的倾斜角等等的问题，让太阳能方阵能量实现最大化。对于具体设计某一个太阳能电池板方阵的方位角和倾斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。
现有技术中，太阳能电池板方阵通常是固定在安装座上，虽然可以通过设置最佳倾斜角度获取在固定角度下的最大发电量，但是却没有很好的控制方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决技术问题，提供一种高效率太阳能发电装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种高效率太阳能发电装置，其特征在于，包括：
光伏太阳能板；
电机，至少能够驱动光伏太阳能板从朝向正东方转动到朝向正西方；
工控机，用于控制电机转动；
所述工控机包括：
情报获取模块，用于在前一天夜晚获取当天的日出时间和日落时间以及气象数据的光照强度；
昼长时间计算模块，用于根据日出时间和日落时间计算出昼长时间，昼长时间＝日落时间-日出时间；
当天发电量计算模块，用于根据光照强度和太阳能转换效率计算出当天发电量；
比较模块，将当天发电量与预设值进行比较(预设值包括第一预设值和第二预设值)；
电机控制模块，根据比较模块的比较结果控制电机转动从而调整光伏太阳能板的角度。
优选地，本发明的高效率太阳能发电装置，日出时间和日落时间通过天气预报中气象数据获得。
优选地，本发明的高效率太阳能发电装置，日出时间和日落时间通过计算公式计算得到，其中，日出时间＝(180+时区*15-经度-arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15，日落时间＝(180+时区*15-经度+arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15)。
优选地，本发明的高效率太阳能发电装置，所述预设值包括第一预设值和第二预设值；
第一预设值计算方法为：(0.5-1)×驱动光伏太阳能板旋转的电机运行功率×昼长时间，第二预设值计算方法为：(1.5-2.0)×驱动光伏太阳能板旋转的电机运行功率×昼长时间。
优选地，本发明的高效率太阳能发电装置，在电机控制模块中，若当天发电量小于等于第一预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板调整到最佳倾斜角度，当天白天不再转动光伏太阳能板；
若当天发电量大于第一预设值且小于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板调整到面朝东方与水平面呈45°夹角，在日出时间+1/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到水平位置，在日出时间+2/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到面朝西方与水平面呈45°夹角；
若当天发电量大于等于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板面朝正东方与水平面垂直，并从日出时间起开始，通过电机驱动光伏太阳能板以固定角速度进行转动直到日落时间，角速度＝360/昼长时间。
本发明的有益效果是：光伏太阳能板受天气影响较大，当白天中天气状况不好时，比如阴天时，光照强度低，光伏太阳能板发电量低，而驱动光伏太阳能板旋转的电机需要消耗电能，光伏太阳能板的发电量减去驱动光伏太阳能板旋转的电机所消耗的电能即为光伏太阳能板的输出电量，为了获取最大的输出电量，因此需要预测当天发电量，通过将当天发电量与电机所消耗的电能进行对比，并根据对比结果控制光伏太阳能板做出相应动作，从而做到最大的输出电量。
附图说明
图1是高效率太阳能发电装置的结构示意图；
具体实施方式
本实施例提供一种高效率太阳能发电装置，包括：
光伏太阳能板(通常以多块成组的形式设置)；
电机，至少能够驱动光伏太阳能板从朝向正东方转动到朝向正西方；
工控机，用于控制电机转动；
所述工控机包括：
情报获取模块，用于在前一天夜晚获取当天的日出时间和日落时间以及气象数据的光照强度；
昼长时间计算模块，用于根据日出时间和日落时间计算出昼长时间，昼长时间＝日落时间-日出时间；
当天发电量计算模块，用于根据光照强度和太阳能转换效率计算出当天发电量；
比较模块，将当天发电量与预设值进行比较(预设值包括第一预设值和第二预设值)；
电机控制模块，根据比较模块的比较结果控制电机转动从而调整光伏太阳能板的角度，
若当天发电量小于等于第一预设值，则在夜晚将光伏太阳能板调整到最佳倾斜角度，当天白天不再转动光伏太阳能板，
若在当天发电量大于第一预设值且小于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板调整到面朝东方与水平面呈45°夹角，在日出时间+1/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到水平位置(光伏太阳能板朝正上方)，在日出时间+2/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到面朝西方与水平面呈45°夹角，
若在当天发电量大于等于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板面朝正东方与水平面垂直，并从日出时间起开始，通过电机驱动光伏太阳能板以固定角速度进行转动直到日落时间，角速度＝360/昼长时间。
所述工控机对电机的控制方法可理解为包括以下步骤：
S1：在前一天夜晚获取当天的日出时间和日落时间(日出时间和日落时间可以通过天气预报中气象数据获得，或者通过计算公式计算得到，日出时间＝(180+时区*15-经度-arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15，日落时间＝(180+时区*15-经度+arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15)；
S2：获取昼长时间，昼长时间＝日落时间-日出时间；
S3：在前一天夜晚获取天气预报中气象数据的光照强度，根据光照强度和太阳能转换效率计算出当天发电量(太阳能转换效率由光伏太阳能板决定，在光伏太阳能板出厂时即确定)，将当天发电量与预设值进行比较，本文中的当天是指前一天的隔天，第一预设值计算方法为：调整系数(0.5-1)×驱动光伏太阳能板旋转的电机运行功率×昼长时间，第二预设值计算方法为：调整系数(1.5-2.0)×驱动光伏太阳能板旋转的电机运行功率×昼长时间；
S4：若当天发电量小于等于第一预设值，则在夜晚将光伏太阳能板调整到最佳倾斜角度，当天白天不再转动光伏太阳能板；
若在当天发电量大于第一预设值且小于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板调整到面朝东方与水平面呈45°夹角，在日出时间+1/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到水平位置(光伏太阳能板朝正上方)，在日出时间+2/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到面朝西方与水平面呈45°夹角；
若在当天发电量大于等于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板面朝正东方与水平面垂直，并从日出时间起开始，通过电机驱动光伏太阳能板以固定角速度进行转动直到日落时间，角速度＝360/昼长时间。
光伏太阳能板受天气影响较大，当白天中天气状况不好时，比如阴天时，光照强度低，光伏太阳能板发电量低，而驱动光伏太阳能板旋转的电机需要消耗电能，光伏太阳能板的发电量减去驱动光伏太阳能板旋转的电机所消耗的电能即为光伏太阳能板的输出电量，为了获取最大的输出电量，因此需要预测当天发电量，通过将当天发电量与电机所消耗的电能进行对比，并根据对比结果控制光伏太阳能板做出相应动作，从而做到最大的输出电量。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.高效率太阳能发电装置，其特征在于，包括：
光伏太阳能板；
电机，至少能够驱动光伏太阳能板从朝向正东方转动到朝向正西方；
工控机，用于控制电机转动；
所述工控机包括：
情报获取模块，用于在前一天夜晚获取当天的日出时间和日落时间以及气象数据的光照强度；
昼长时间计算模块，用于根据日出时间和日落时间计算出昼长时间，昼长时间＝日落时间-日出时间；
当天发电量计算模块，用于根据光照强度和太阳能转换效率计算出当天发电量；
比较模块，将当天发电量与预设值进行比较，预设值包括第一预设值和第二预设值；
电机控制模块，根据比较模块的比较结果控制电机转动从而调整光伏太阳能板的角度；
在电机控制模块中，若当天发电量小于等于第一预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板调整到最佳倾斜角度，当天白天不再转动光伏太阳能板；
若当天发电量大于第一预设值且小于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板调整到面朝东方与水平面呈45°夹角，在日出时间+1/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到水平位置，在日出时间+2/3昼长时间时将光伏太阳能板调整到面朝西方与水平面呈45°夹角；
若当天发电量大于等于第二预设值，则在前一天夜晚将光伏太阳能板面朝正东方与水平面垂直，并从日出时间起开始，通过电机驱动光伏太阳能板以固定角速度进行转动直到日落时间，角速度＝360/昼长时间。
2.根据权利要求1所述的高效率太阳能发电装置，其特征在于：日出时间和日落时间通过天气预报中气象数据获得。
3.根据权利要求1所述的高效率太阳能发电装置，其特征在于：日出时间和日落时间通过计算公式计算得到，其中，日出时间＝(180+时区*15-经度-arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15，日落时间＝(180+时区*15-经度+arccos(tan(10547π/81000*cos(2π*(日期+9)/365))*tan(纬度*π/180))*180/π)/15)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高效率太阳能发电装置，其特征在于：
所述预设值包括第一预设值和第二预设值；
第一预设值计算方法为：(0.5-1)×驱动光伏太阳能板旋转的电机运行功率×昼长时间，第二预设值计算方法为：(1.5-2.0)×驱动光伏太阳能板旋转的电机运行功率×昼长时间。
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