CN110568865A - 一种双面组件跟踪角度智能优化方法及智能跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双面组件跟踪角度智能优化方法及智能跟踪系统，根据晴天指数η确定天气模式，若为阴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝0°+优化转动角度α；若为多云模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α；若为晴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α。本发明针对只考虑正面辐照的传统天文跟踪算法，考虑双面光伏组件正反两面发电的特性，建立双面组件接收到的总辐照模型，根据不同的安装条件和气象条件，计算理论跟踪最佳角度，提高双面组件的发电量。

Description

一种双面组件跟踪角度智能优化方法及智能跟踪系统

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种双面组件跟踪角度智能优化方法及智能跟踪系统。

背景技术

随着全球能源形势趋紧，光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，在近些年得到了快速发展，截止2017年底，全球累计光伏装机达到了402.5GW。光伏组件先进技术发展迅猛，其中，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，如何利用双面光伏组件技术，提高发电效益，将是未来光伏发电的研究重点之一。与此同时，跟踪支架的装机量也在以每年20％的速度快速增加，其中，平单轴以其结构简单实用、发电增益明显的特点得到了广泛应用。因此，双面组件与平单轴跟踪的智能优配光伏系统拥有实际的研究意义以及广泛的应用前景。

与常规单面光伏组件不同，光伏双面组件是一种能够实现正反面发电的太阳能组件，其背面可以利用安装场地的反射光和周围环境的散射光来发电。双面光伏组件需要计算其正反面的辐射模型，与常规光伏组件的辐射模型相比，还需考虑组件的安装高度和环境因素的影响，主要的影响因素有：地表反射率、安装高度、转动角度、组件间距、纬度、直射散射比例等。而目前常规的平单轴跟踪系统，均只考虑了光伏组件正面辐照，如公开号为CN103116363A的专利文献中公开了一种光伏发电机太阳轨迹跟踪方法及系统，传统视日跟踪的理论基础，同时提出了一种避免相邻光伏组件之间产生阴影遮挡的反跟踪轨迹方法，又如公开号为CN205647383U的专利文献中公开了一种光伏追日跟踪支架，提供一种实时监控、高效运行、自动调节等功能的光伏追日跟踪支架，兼有气象采集功能，在无辐照或者恶劣天气等情况时，停止运转。但上述专利文献中的技术都是在单面光伏组件的基础上，未考虑背面辐照，也未考虑逆变器的发电量反馈信号，对于双面组件加平单轴跟踪系统较为不适应。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双面组件跟踪角度智能优化方法，寻求最佳的光伏组件运动轨迹，最大程度上增加发电收益。

本发明的技术方案为：一种双面组件跟踪角度智能优化方法，包括以下步骤：

S1、根据晴天指数η确定天气模式，其中，a≤η＜b为阴天模式；b≤η＜c为多云模式；c≤η＜1为晴天模式，η按照公式(1)计算得到，

η＝水平直射辐照量/水平总辐照量，0≤η＜1 (1)；

S2：若为阴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝0°+优化转动角度α；

若为多云模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α；

若为晴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α。

通常水平直射辐照及总辐照可通过辐照仪测量，一般光伏电站会安装气象站，气象站中包含总辐照测量仪及散射辐照测量仪，直射辐照量＝总辐照量-散射辐照量

作为优选，所述a为0，b为0.1，c为0.65。不同地区的abc值有所不同，例如本发明中可以以常州地区为例。

优化转动角度α受地表反射率等多种因素的影响。作为优选，在阴天模式下，若地表反射率小于0.7时，优化转动角度α为0，若地表反射率大于0.7时，优化转动角度α为2°～10°。

作为优选，在多云模式下，当0.55＜η＜0.65时，优化转动角度α为+2°～+10°；当0.45＜η≤0.55，优化转动角度α为0°，即光伏组件的跟踪角度A 等于传统天文角度A_c；当0.2≤η≤0.45时，优化转动角度α为-2°～-10°，即光伏组件的跟踪角度A小于传统天文角度A_c。

作为优选，在晴天模式下，当0.65≤η＜1时，优化转动角度α为2°～10°。优化转动角度α可由双面组件辐照模型(参见公开号为CN109116872A的专利申请)得到，本发明中α是由多因素决定的，如不同地点不同时间，不同安装间距，本发明中优化转动角度α可以+2°、+4°、﹢6°等角度，或者-2°、-4°、 -6°等角度。

作为优选，在双面组件理论辐照模型得出的优化角度附近进行-5°到+5°的小角度转动，同时读取逆变器实时功率，归一化后与上一角度发电功率进行对比，得到发电功率最大的最佳转动角度。本发明中归一化指的是辐照归一化，且默认功率与辐照成正比，如上一角度辐照800W/㎡，功率为200W，而当前角度辐照为820W/㎡，功率为210W，将当前角度的功率值折合到与上一角度辐照相同情况下，即210*800/820＝205W。

本发明还提供了一种双面组件的智能跟踪系统，包括：

平单轴跟踪支架，用于支撑双面光伏阵列并带动双面光伏阵列转动；

跟踪支架控制单元，接收中心控制单元发送的控制信号，并根据控制信号控制平单轴跟踪支架的转动角度；

气象站，采集气象数据信息；

中心控制单元，采集气象站的气象数据信息、逆变器的数据信息以及光伏组件阵列的数据信息，且计算得到光伏组件的跟踪角度A，并根据计算得到的光伏组件的跟踪角度A向跟踪支架控制单元下发控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明针对只考虑正面辐照的传统天文跟踪算法，考虑双面光伏组件正反两面发电的特性，建立双面组件接收到的总辐照模型，根据不同的安装条件和气象条件，计算理论跟踪最佳角度，提高双面组件的发电量。

(2)本发明结合逆变器反馈功率数据，在双面组件辐照模型计算出理论最佳倾角附近寻找最佳发电量的位置，最大程度上提高双面组件的发电量，同时记录数据，通过大数据分析和智能学习算法，最终判断特定安装条件和气象条件下的转动轨迹。

附图说明

图1为本发明中双面组件的智能跟踪系统的示意图。

图2为本发明中中心控制单元的功能示意图。

图3为本发明中中心控制单元的信息输入示意图。

图4为本发明中晴天指数的分类示意图。

图5为本发明中阴天模式下的优化跟踪角度示意图。

图6为本发明中多云模式下的优化跟踪角度示意图。

图7为本发明中多云模式下的优化跟踪角度示例图。

图8为本发明中晴天模式下的优化跟踪角度示意图。

图9为本发明中晴天模式下基于发电功率反馈的优化跟踪角度的校正。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种双面组件的智能跟踪系统，该智能跟踪系统包括：

平单轴跟踪支架，用于支撑双面光伏阵列并带动双面光伏阵列转动；

跟踪支架控制单元，接收中心控制单元发送的控制信号，并根据控制信号控制平单轴跟踪支架的转动角度；

气象站，采集气象数据信息；

中心控制单元，采集气象站的气象数据信息、逆变器的数据信息以及光伏组件阵列的数据信息，且计算得到光伏组件的跟踪角度A，并根据计算得到的光伏组件的跟踪角度A向跟踪支架控制单元下发控制信号。

如图1所示，本实施例中双面光伏阵列安装于平单轴跟踪支架上，跟踪支架由跟踪支架控制单元控制，跟踪支架控制单元由中心控制单元统一控制；同时，光伏阵列产生的直流电由逆变器转换成交流电并入电网，逆变器将发电信息反馈至中心控制单元；气象站包括的气象预警、360°天空相机、水平辐照仪 (总辐照和散射辐照)、温度计、湿度计、风速风向计等。

本实施例中将中心控制单元作为主体，读取信息、分析数据、生成命令、数据存储等功能，如图2所示。读取信息包括：项目地经纬度、时间、阵列宽度、阵列长度、阵列高度、阵列间距、阵列角度、阵列方位角、阵列限位角、地面反射率、水平总辐照及水平散射辐照、温度、湿度、风速风向、阵列发电功率、气象预报、天空阴晴状况等，见图3。

读取信息后进行数据分析，包括：1)通过天气预警、360°天空相机、晴天指数以及风速风向等信息分析天气情况，将天气大致分为晴天、多云、阴天、雨天、雪天和大风天气等；2)对应不同的天气情况进入相应的天气模式，如晴天、多云、阴天通过双面组件辐照模型，结合阵列高度、阵列间距、地面反射率、时间、辐照等信息计算出双面组件优化角度，雨雪及冰雹天转动到限位角、狂风天摆平等；3)通过经纬度、日期时刻、计算当前传统跟踪角度；4)通过发电信息，归一化辐照、温度等信息后，对比上一位置与当前位置的发电功率，进行角度校正。

分析数据后生成命令，如：1)读取当前角度，结合传动天文跟踪角度与计算得到的优化双面角度进行对比，得到所需转动角度；2)对比上一位置与当前位置发电信息，得到校正转动角度；3)读取到恶劣冰雹天气时，生成转动到限位角命令等。

记录数据功能包括记录当前日期当前时刻，当前辐照、温度等条件下的优化校正转动角度，后续遇到相似条件时即可快速转动到最优角度。

实施例2

利用实施例1的智能跟踪系统进行双面组件跟踪角度智能优化方法，具体包括以下步骤：

S1、根据晴天指数η确定天气模式，其中，a≤η＜b为阴天模式；b≤η＜c为多云模式；c≤η＜1为晴天模式，η按照公式(1)计算得到，其中，不同地区的abc值有所不同，例如本发明中可以以常州地区为例，a为0，b为0.1， c为0.65。

η＝水平直射辐照量/水平总辐照量，0≤η＜1 (1)；

S2：若为阴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝0°+优化转动角度α，优化转动角度α受地表反射率等多种因素的影响。在阴天模式下，若地表反射率小于0.7时，优化转动角度α为0，若地表反射率大于0.7时，优化转动角度α为2°～10°。；

若为多云模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α，在多云模式下，当0.55＜η＜0.65时，优化转动角度α为+2°～+10°；当0.45＜η≤0.55，优化转动角度α为0°，即光伏组件的跟踪角度A等于传统天文角度A_c；当0.2≤η≤0.45时，优化转动角度α为-2°～-10°，即光伏组件的跟踪角度A小于传统天文角度A_c；

若为晴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α，在晴天模式下，当0.65≤η＜1时，优化转动角度α为2°～10°。优化转动角度α可由双面组件辐照模型(参见公开号为CN109116872A的专利申请)得到，本发明中α是由多因素决定的，如不同地点不同时间，不同安装间距，本发明中优化转动角度α可以+2°、+4°、﹢6°等角度，或者-2°、-4°、-6°等角度。

通常水平直射辐照及总辐照可通过辐照仪测量，一般光伏电站会安装气象站，气象站中包含总辐照测量仪及散射辐照测量仪，直射辐照量＝总辐照量-散射辐照量

实施例3

本实施例为在实施例2的优化基础上，在双面组件理论辐照模型得出的优化角度附近进行-5°到+5°的小角度转动，同时读取逆变器实时功率，归一化后与上一角度发电功率进行对比，得到发电功率最大的最佳转动角度。本发明中归一化指的是辐照归一化，且默认功率与辐照成正比，如上一角度辐照800W/ ㎡，功率为200W，而当前角度辐照为820W/㎡，功率为210W，将当前角度的功率值折合到与上一角度辐照相同情况下，即210*800/820＝205W。

由于光伏组件的背面辐照分布不均匀，同一光伏组件不同电池片之间接收到的背面辐照不同，这就导致电池片间的失配。同时，阵列边缘的光伏组件接收到的背面辐照高于阵列中间的光伏组件所接受到的背面辐照，这就导致了光伏组件间的失配，因此，辐照模型所得出的最佳倾角并不一点是发电量最高的平单轴转动倾角。

在双面组件理论辐照模型得出的优化角度附近进行小角度转动，同时读取逆变器实时功率，归一化后与上一角度发电功率进行对比，寻找发电功率最大的优化校正角度。以晴天为例，如图9所示。得到校正角度后记录数据，包括时期、时刻、晴天指数、温度等信息，数据积累到一定程度后通过大数据分析和智能学习算法，最终得到不同日期、当前安装条件和气象条件下的优化校正角度，全年最大程度上提高双面光伏组件的发电量。

Claims (7)

1.一种双面组件跟踪角度智能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据晴天指数η确定天气模式，其中，a≤η＜b为阴天模式；b≤η＜c为多云模式；c≤η＜1为晴天模式，η按照公式(1)计算得到，

η＝水平直射辐照量/水平总辐照量，0≤η＜1 (1)；

S2：若为阴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝0°+优化转动角度α；

若为多云模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α；

若为晴天模式时，光伏组件的跟踪角度A＝传统天文角度A_c+优化转动角度α。

2.如权利要求1所述的双面组件智能优化方法，其特征在于，所述a为0，b为0.1(b值由之前的0.2修正为0.1)，c为0.65。

3.如权利要求1或2所述的双面组件智能优化方法，其特征在于，在阴天模式下，若地表反射率小于0.7时，优化转动角度α为0，若地表反射率大于0.7时，优化转动角度α为2°～10°。

4.如权利要求1或2所述的双面组件智能优化方法，其特征在于，在多云模式下，当0.55＜η＜0.65时，优化转动角度α为+2°～+10°；当0.45＜η≤0.55，优化转动角度α为0°，即光伏组件的跟踪角度A等于传统天文角度A_c；当0.2≤η≤0.45时，优化转动角度α为-2°～-10°，即光伏组件的跟踪角度A小于传统天文角度A_c。

5.如权利要求1或2所述的双面组件智能优化方法，其特征在于，在晴天模式下，当0.65≤η＜1时，优化转动角度α为2°～10°。

6.如权利要求1所述的双面组件智能优化方法，其特征在于，在双面组件理论辐照模型得出的优化角度附近进行-5°到+5°的小角度转动，同时读取逆变器实时功率，归一化后与上一角度发电功率进行对比，得到发电功率最大的最佳转动角度。

7.一种双面组件的智能跟踪系统，其特征在于，包括：

平单轴跟踪支架，用于支撑双面光伏阵列并带动双面光伏阵列转动；

跟踪支架控制单元，接收中心控制单元发送的控制信号，并根据控制信号控制平单轴跟踪支架的转动角度；

气象站，采集气象数据信息；

中心控制单元，采集气象站的气象数据信息、逆变器的数据信息以及光伏组件阵列的数据信息，且计算得到光伏组件的跟踪角度A，并根据计算得到的光伏组件的跟踪角度A向跟踪支架控制单元下发控制信号。