CN109116872A - 一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法 - Google Patents

一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法，包括：(a)根据天文算法，计算得到太阳方位角和太阳高度角；(b)根据天文跟踪算法，计算得到双面光伏组件的基准跟踪角度；(c)在双面光伏组件的基准跟踪角度变化范围±10°倾角内计算双面光伏组件正面总辐照量和双面光伏组件背面总辐照量；(d)通过双面光伏组件正面总辐照量和双面光伏组件背面总辐照量计算不同倾角下对应双面光伏组件的总辐照量，对应总辐照量最大的倾角即为最佳跟踪角度。本发明可以得出某一天某一地区双面光伏组件与跟踪系统结合时新的跟踪角度，可以得到双面光伏组件与跟踪系统结合时最大总辐照量，提高发电量，进而提升整个系统的发电效率。

Description

一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法。
背景技术
随着双面光伏组件技术的发展，双面光伏组件以其正反面均能发电的高效性，受到了广泛关注和研究，再加上国家光伏补贴的减少，国内光伏电站建设向中东部转移，对光伏组件高功率性能的要求越来越高，双面光伏组件的优势显而易见，在国内市场乃至全球市场的影响力也越来越大。
现有对于双面光伏组件的研究有很多，例如文献“Yusufoglu U A,Lee T H,Pletzer T M,et al.Simulation of energy production by bifacial modules withrevision of ground reflection[J].Energy Procedia,2014,55:389-395.”通过调整双面光伏组件的安装角度，发现相同条件下，双面光伏组件的最佳安装角度一般会比单面组件大，且双面光伏组件的离地高度越低、地面反射率越高，则最佳安装角度越大。
双面光伏组件与普通光伏组件相比，由于其背面也会发电，而传统的跟踪算法未考虑背面的发电增益，因此需要对传统跟踪算法进行优化以获得最大辐照量，提高发电量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法，优化传统跟踪算法，充分发挥双面光伏组件与跟踪系统相结合获得最大辐照量。
本发明的技术方案为：一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法，包括以下步骤：
(a)根据天文算法，计算得到太阳方位角和太阳高度角；
(b)根据天文跟踪算法，计算得到双面光伏组件的基准跟踪角度；
(c)在双面光伏组件的基准跟踪角度变化范围±10°倾角内计算双面光伏组件正面总辐照量和双面光伏组件背面总辐照量；
(d)不同倾角下对应双面光伏组件的总辐照量按照式(15)计算，对应总辐照量最大的倾角即为最佳跟踪角度，
H总＝HT+BHrear (15)
其中，H总为双面光伏组件总辐照量，Hrear为双面光伏组件背面总辐照量，HT为双面光伏组件正面总辐照量，B为双面因子。
作为优选，所述步骤(a)中根据获取的天文和时间数据计算太阳方位角和太阳高度角，按照式(1)、(2)、(3)、(4)计算：
δ＝23.45sin([360·(284+n)/365]) (1)
其中，δ为赤纬角，n为顺序数，一年中的第几天；
ω＝15(ST-12) (2)
其中，ω为太阳时角，ST为真太阳时刻；
α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (3)
其中，α为太阳高度角，φ为纬度；
其中，γs为太阳方位角。
作为优选，所述步骤(b)中双面光伏组件的基准跟踪角度按照式(5)计算：
其中，θ为双面光伏组件的基准跟踪角度，α为太阳高度角，γs为太阳方位角。
作为优选，所述步骤(c)中计算双面光伏组件正面总辐照量按照公式(6)～(11)计算：
HT＝Hbt+Hdt+Hrt (6)
其中，HT为双面光伏组件正面总辐照量，Hbt为双面光伏组件正面直射辐照量，Hdt为双面光伏组件正面散射辐照量，Hrt为双面光伏组件正面反射辐照量；
双面光伏组件正面直射辐照量Hbt计算如下：
Hbt＝HbRb (7)
其中，Hb为水平直射辐照量，Rb为直射系数；
其中，为纬度，δ为赤纬角，β为斜面倾角，γ为倾斜面方位角；
双面光伏组件正面散射辐照量Hdt计算如下：
Hdt＝HdRd (9)
其中，Hd为水平散射辐照量，Rd散射系数，β为双面光伏组件倾角；
双面光伏组件正面反射辐照量Hrt计算如下：
其中，H为水平总辐照量，ρ为地面反射率。
作为优选，所述步骤(c)中计算双面光伏组件背面总辐照量按照公式(12)计算：
Hrear＝FbρHb+FdρHd+Hdc (12)
其中，Hrear为双面光伏组件背面总辐照量，Fb双面光伏组件背面直射辐射视角系数，Fd双面光伏组件背面散射辐射视角系数，Hdc双面光伏组件背面空中散射辐照量。
作为优选，双面光伏组件背面直射辐射视角系数以及双面光伏组件背面散射辐射视角系数分别按照(13)计算得到：
其中，r为面A1与面A2上任意点的连线，θ1为面A1法线与连线r的夹角，θ2为面A2法线与连线r的夹角。
作为优选，所述双面光伏组件背面空中散射辐照量按照式(14)计算：
其中，Hb为水平直射辐照量，β为双面光伏组件倾角。
作为优选，所述B的取值为0.8。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明可以计算得到双面光伏组件与跟踪系统相结合时在不同应用场景下跟踪角度的最优化设计，例如可以得出某一天某一地区双面光伏组件与跟踪系统结合时新的跟踪角度，可以得到双面光伏组件与跟踪系统结合时最大总辐照量，提高发电量，进而提升整个系统的发电效率。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明中双面光伏组件视角系数计算示意图。
图3为本发明中所建空间直角坐标系。
图4为本发明中传统跟踪角度。
图5为本发明中双面光伏组件优化后的跟踪角度与传统跟踪角度对比。
图6为本发明中12点时刻在不同散射比下新的优化角度。
图7为本发明不同直散比下双面光伏组件优化后的跟踪角度与传统跟踪角度对比。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，辐射角系数表示一个表面发射出的总辐射能中，对应另一表面的百分数，如图3所示，令安装场地的地表为面，双面组件背面为面，地表为z轴坐标原点，水平向上为z轴正方向，以组件的中心位置向下平移至地面的位置作为y轴的坐标原点，组件的下边缘向下平移至地面的位置作为x轴的坐标原点，组件安装正方向为x轴负方向，建立空间直角坐标系。
本实施例中双面光伏组件跟踪角度的优选方法，步骤如下：
(a)获取所处地理位置、时间，根据获取的天文数据和时间数据计算相关太阳角度值(太阳方位角)；例如以常州地区为例，纬度为32°，选择一年中第220天，按照式(1)、(2)、(3)、(4)计算得到太阳方位角、太阳高度角：
δ＝23.45sin([360·(284+n)/365]) (1)
其中，δ为赤纬角，n为顺序数，一年中的第几天；
ω＝15(ST-12) (2)
其中，ω为太阳时角，ST为真太阳时刻；
α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (3)
其中，α为太阳高度角，φ为纬度；
其中，γs为太阳方位角。
(b)根据传统的天文跟踪算法，按照式(5)计算得到双面光伏组件的基准跟踪角度，
其中，θ为双面光伏组件的基准跟踪角度，α为太阳高度角，γs为太阳方位角。
(c)在双面光伏组件的基准跟踪角度变化范围±10°倾角内计算双面光伏组件正面总辐照量和双面光伏组件背面总辐照量；
其中双面光伏组件正面总辐照量按照公式(6)～(11)计算：
HT＝Hbt+Hdt+Hrt (6)
其中，HT为双面光伏组件正面总辐照量，Hbt为双面光伏组件正面直射辐照量，Hdt为双面光伏组件正面散射辐照量，Hrt为双面光伏组件正面反射辐照量；
双面光伏组件正面直射辐照量Hbt计算如下：
Hbt＝HbRb (7)
其中，Hb为水平直射辐照量，Rb为直射系数；
其中，为纬度，δ为赤纬角，β为斜面倾角，γ为倾斜面方位角；
双面光伏组件正面散射辐照量Hdt计算如下：
Hdt＝HdRd (9)
其中，Hd为水平散射辐照量，Rd散射系数，β为双面光伏组件倾角；
双面光伏组件正面反射辐照量Hrt计算如下：
其中，H为水平总辐照量，ρ为地面反射率。
计算双面光伏组件背面总辐照量按照公式(12)计算：
Hrear＝FbρHb+FdρHd+Hdc (12)
其中，Hrear为双面光伏组件背面总辐照量，Fb双面光伏组件背面直射辐射视角系数，Fd双面光伏组件背面散射辐射视角系数，Hdc双面光伏组件背面空中散射辐照量。
其中，视角系数按照(13)计算：
其中，r为面A1与面A2上任意点的连线，θ1为面A1法线与连线r的夹角，θ2为面A2法线与连线r的夹角。
双面光伏组件背面空中散射辐照量按照式(14)计算：
其中，Hb为水平直射辐照量，β为双面光伏组件倾角。
(d)不同倾角下对应双面光伏组件的总辐照量按照式(15)计算，根据不同倾角下对应双面光伏组件的总辐照，确定双面光伏组件的实际跟踪角度，此时对应总辐照最大的倾角即为最佳跟踪角度，
H总-HT+BHrear (15)
其中，H总为双面光伏组件总辐照量，Hrear为双面光伏组件背面总辐照量，HT为双面光伏组件正面总辐照量，B为双面因子。
以常州地区为例，在一年中的第240天时，天气晴朗时其9～12点的辐照测试数据如表1所示：
表1第240天辐照数据
时间(t) 直射辐照(w/m<sup>2</sup>) 散射辐照(w/m<sup>2</sup>)
9 556 73
9.5 618 79
10 700 72
10.5 745 76
11 783 72
11.5 815 79
12 950 82
根据表1的数据，计算双面光伏组件总辐照量，总辐照量对应最大的倾角即为最佳跟踪角度，如图5所示，在地面面反射率为0.2时优化后得到的跟踪角度与传统跟踪角度的对比图。
当改变其辐照直散比时，以中午12点为例，其辐照数据如表2所示，得到12点时刻在不同散射比下新的优化角度见图6。
表2双面组件在12点时刻不同散射比下跟踪角度
直散比 直射辐照(w/m<sup>2</sup>) 散射辐照(w/m<sup>2</sup>) 传统跟踪角度(°) 优化角度(°)
1:1 100 100 0 20
2:1 200 100 0 9
3:1 300 100 0 6
4:1 400 100 0 2
5:1 500 100 0 1
6:1 600 100 0 0
当辐照数据从9点至12点过程中直散比分别为1:1-7:1时，双面光伏组件跟踪角度见图7。

Claims (8)

1.一种双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)根据天文算法，计算得到太阳方位角和太阳高度角；
(b)根据天文跟踪算法，计算得到双面光伏组件的基准跟踪角度；
(c)在双面光伏组件的基准跟踪角度变化范围±10°倾角内计算双面光伏组件正面总辐照量和双面光伏组件背面总辐照量；
(d)不同倾角下对应双面光伏组件的总辐照量按照式(15)计算，对应总辐照量最大的倾角即为最佳跟踪角度，
H总＝HT+BHrear (15)
其中，H总为双面光伏组件总辐照量，Hrear为双面光伏组件背面总辐照量，HT为双面光伏组件正面总辐照量，B为双面因子。
2.如权利要求1所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，所述步骤(a)中根据获取的天文和时间数据计算太阳方位角和太阳高度角，按照式(1)、(2)、(3)、(4)计算：
δ＝23.45sin([360·(284+n)/365]) (1)
其中，δ为赤纬角，n为顺序数，一年中的第几天；
αω＝15(ST-12) (2)
其中，ω为太阳时角，ST为真太阳时刻；
α＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω) (3)
其中，α为太阳高度角，φ为纬度；
其中，γs为太阳方位角。
3.如权利要求1或2所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，所述步骤(b)中双面光伏组件的基准跟踪角度按照式(5)计算：
其中，θ为双面光伏组件的基准跟踪角度，α为太阳高度角，γs为太阳方位角。
4.如权利要求1所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，所述步骤(c)中计算双面光伏组件正面总辐照量按照公式(6)～(11)计算：
HT＝Hbt+Hdt+Hrt (6)
其中，HT为双面光伏组件正面总辐照量，Hbt为双面光伏组件正面直射辐照量，Hdt为双面光伏组件正面散射辐照量，Hrt为双面光伏组件正面反射辐照量；
双面光伏组件正面直射辐照量Hbt计算如下：
Hbt＝HbRb (7)
其中，Hb为水平直射辐照量，Rb为直射系数；
其中，为纬度，δ为赤纬角，β为斜面倾角，γ为倾斜面方位角；
双面光伏组件正面散射辐照量Hdt计算如下：
Hdt＝HdRd (9)
其中，Hd为水平散射辐照量，Rd散射系数，β为双面光伏组件倾角；
双面光伏组件正面反射辐照量Hrt计算如下：
其中，H为水平总辐照量，ρ为地面反射率。
5.如权利要求1或4所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，所述步骤(c)中计算双面光伏组件背面总辐照量按照公式(12)计算：
Hrear＝FbρHb+FdρHd+Hdc (12)
其中，Hrear为双面光伏组件背面总辐照量，Fb双面光伏组件背面直射辐射视角系数，Fb双面光伏组件背面散射辐射视角系数，Hdc双面光伏组件背面空中散射辐照量。
6.如权利要求5所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，双面光伏组件背面直射辐射视角系数以及双面光伏组件背面散射辐射视角系数分别按照(13)计算得到：
其中，r为面A1与面A2上任意点的连线，θ1为面A1法线与连线r的夹角，θ2为面A2法线与连线r的夹角。
7.如权利要求5所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，所述双面光伏组件背面空中散射辐照量按照式(14)计算：
其中，Hb为水平直射辐照量，β为双面光伏组件倾角。
8.如权利要求1所述的双面光伏组件跟踪角度的优选方法，其特征在于，所述B的取值为0.8。
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