CN111309055A - 一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法及装置 - Google Patents

一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法及装置,包括反射镜以及固定光伏板的基板,反射镜内壁将光线汇聚至一点后发散至基板固定的光伏板表面,反射镜下表面固定有两条相互垂直的传动链,传动链由驱动器驱动,并以此改变反射镜和光伏板的朝向,驱动器固定于立柱侧壁;本发明实施中,提高单位面积光伏板的发电效率,将有效反射面积为较大的受照射区域光线,通过反射镜聚拢反射至光伏效应有效面积较小的光伏板,实现提高单位面积光伏板发电量的效果;有效避免热斑效应,检测每个分区的光伏板输出电压和电流,将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出。

Description

一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法及装置
技术领域
本发明涉及新能源领域,具体涉及一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法及装置。
背景技术
新能源中的太阳能相比较传统的化石能源具有低污染和取之不尽的巨大优势,但是由于需要使用造假不菲光伏板使得太阳能电厂的初期投资巨大。
为了提高单位面积光伏板的发电效率,传统方式在西北等日照充裕地区开设太阳能电厂,深受气候以及区域限制。
不仅如此,由于落叶枯草各种原因,光伏板的部分区域会被覆盖,导致一块基板中相互串联的部分光伏板处于不工作状态,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热,进一步降低整块光伏组件的效率,严重者甚至损坏设备,这就是热斑效应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题,提供一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法及装置,不仅提高单位面积光伏板的发电效率,同时还能有效避免热斑效应。
为实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明是通过以下技术方案实现:
一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法,包括以下步骤,
将有效反射面积为S0的受照射区域光线,通过反射镜聚拢反射至光伏效应有效面积为S1的基板,所述基板面向反射镜侧设置有光伏板,其中S0>S1
根据阳光角度调整所述反射镜的角度,保持所述基板的中轴线与反射后的光线垂直;
将所述光伏板划分为两个或以上的分区,分区内部设置有光伏板,检测每个分区的光伏板输出电压和电流,将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出;
将光伏板串联输出的电能处理后串联输出。
进一步地,所述将所述光伏板划分为两个或以上的分区,具体包括,所述光伏板为圆形,将所述光伏板划分为相互独立的同心环形,且同心环被中心发射的辐条切割,形成圆心相同的弧形板块区域,所述弧形板块区域内设置有光伏板。
进一步地,所述将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出,具体包括,
检测每块光伏板的输出电流和电压,并且将每块光伏板的电流和电压进行差值比对,并将输出电流和电压均相同的光伏板进行分组串联连接;
将各个相互独立串联输出的电路接入逆变器再进行升降压统一;
将电压统一的各路输出电路并联输出。
进一步地,所述检测每块光伏板的输出电流和电压,并且将每块光伏板的电流和电压进行差值比对,并将输出电流和电压均相同的光伏板进行分组串联连接,具体包括,
分别统计每块光伏板的电流I和电压V,并建立每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(I,V,t);
将每块光伏板进行编号,标号内容包括与基板中心的距离L以及与设定方向的夹角α,则编号为(L,α),其中α∈(0,2π],的光伏板关于工作时间t的拟合函数为f(L,α)(I,V,t);
将每块基板上的全体光伏板,按照与基板中心的距离进行分组,则每个分组内的光伏板编号仅夹角α不同,并且实时检测分组内每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t),并区分出每个时刻拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板;
将分组内的拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值相同的光伏板串联输出;
若出现拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板,则将其与其余分区的光伏板进行对比,并将拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值相同的光伏板串联输出;
将各个串联输出的线路逆变升压之后统一输出。
进一步地,所述实时检测分组内每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t),并区分出拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板,具体包括,
统计t0时刻分组内每块光伏板的电流电压拟合函数f(L,α)(I,V,t0)的数值,依据其编号中夹角α的大小,分别对电流I和电压V进行相邻相减操作,编号中夹角α相邻且电流I和电压V相减结果均为零的光伏板为相同状态;
在单位间隔的下一时刻t1依照上一步骤处理分组内光伏板;
并且将同一光伏板两个单位间隔的两个时刻的电流电压数值进行相减操作,差值在安全范围内视为相同;
将电流和电压均保持不变的光伏板标记为正常工作光伏板;
将电流和电压均下降的光伏板标记为被遮挡光伏板,并通知工作人员及时处理;
将电流增加电压下降的光伏板标记为过载光伏板,且持续时间超过设定时间,断开该光伏板的电路连接,待光伏板冷却后再接入线路。
进一步地,所述断开该光伏板的电路连接,待光伏板冷却后再接入线路,包括,
将该块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t);
将光伏板断开电路连接,则光伏板内部的等效电阻不再产生热量,
在间隔为T0时间后,短暂将该块光伏板接入电路,检测对应时刻的电压和电流;
若电流降低电压升高,则认定光伏板温度降低,保持接入状态;
若电流升高电压降低,则认定温度持续攀升不适宜继续工作,重复上述步骤。
进一步地,若所述光伏板持续短暂接入电路保持电流升高电压降低状态,而且持续该状态时间等于当天有效日照时间,则降低有效反射面积S0与光伏效应有效面积S1的比值。
一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的装置,所述装置能够实现上述方法的任一步骤。
进一步地,所述装置还包括反射镜以及固定光伏板的基板,所述反射镜底端中部与立柱活动连接;
所述反射镜内壁将光线汇聚至一点后发散至基板固定的光伏板表面,所述基板为圆形,其中垂线与反射镜的轴线重合;
所述反射镜下表面固定有两条相互垂直的传动链,所述传动链由驱动器驱动,并以此改变反射镜和光伏板的朝向,所述驱动器固定于立柱侧壁。
进一步地,所述立柱的内腔设置有上下活动固定的活塞,所述活塞始终受到弹性件向下的合力,所述活塞固定连接块侧开设有弯曲阻尼孔,远离连接块侧开设有直线阻尼孔,所述内腔中填充有阻尼油。
本发明的收益效果是:
1、提高单位面积光伏板的发电效率;将有效反射面积为较大的受照射区域光线,通过反射镜聚拢反射至光伏效应有效面积较小的基板,基板面向反射镜侧设置有光伏板,反射镜相比较光伏板价格极低,利用反射聚拢原理将其反射至光伏板,实现提高单位面积光伏板发电量的效果。
2、有效避免热斑效应;将所述光伏板划分为两个或以上的分区,分区内部设置有光伏板,检测每个分区的光伏板输出电压和电流,将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述提高新能源光伏板单位面积输出效率的装置的侧上视整体结构示意图;
图2为本发明所述提高新能源光伏板单位面积输出效率的装置的侧下视整体结构示意图;
图3为本发明所述反射镜改变角度后整体结构示意图;
图4为本发明所述立柱与驱动器连接部的半剖结构示意图之一;
图5为本发明所述立柱与驱动器连接部的半剖结构示意图之二;
图6为本发明所述反射镜的俯视结构示意图;
图7为本发明所述提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法的流程示意图;
图8为本发明所述基板与光伏板分区示意图。
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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示,其示出本装置的结构,包括反射镜以及固定光伏板21的基板2,反射镜1内壁将光线汇聚至一点后发散至基板2固定的光伏板21表面,所述基板2为圆形,其中垂线与反射镜1的轴线重合,将有效反射面积为S0的受照射区域光线,通过反射镜1聚拢反射至光伏效应有效面积为S1的基板2,所述基板2面向反射镜1侧设置有光伏板21,其中S0>S1
反射镜1将光线汇聚集中到光伏板,增加单位面积光伏板21的光照强度。
反射镜1底端中部与立柱3活动连接,反射镜1下表面固定有两条相互垂直的传动链6、7,传动链6、7由驱动器4、5驱动,并以此改变反射镜1和光伏板的朝向,驱动器4、5固定于立柱侧壁;
如图3所示,驱动器4、5牵引传动链改变反射镜1的倾斜角度,交错设置的传动链6、7即可实现反射镜1任意角度的转向,根据当地分天分时太阳角度以及太阳角度,即可实现精确定位,保持反射镜1的轴线始终与光线平行。
如图4所示,立柱3的内腔设置有上下活动固定的活塞31,活塞31始终受到弹性件32、33向下的合力,活塞31通过连接块34固定驱动器4、5;
如图4-5所示,在调整传动链6、7的过程中,如果要保持传动链6、7处于绷紧的状态,需要调整驱动器4、5的位置,因此需要驱动器4、5与立柱3浮动固定,而且始终受到向下的压力,用以与传动链6、7的拉力平衡。
活塞31固定连接块34侧开设有弯曲阻尼孔322,远离连接块34侧开设有直线阻尼孔311,内腔中填充有阻尼油;
由于反射镜1和基板2面积较大,风吹会产生抖动,弹性件32、33与活塞31会由于外部风能的注入出现反复运动,因此需要在立柱3的空腔内灌注阻尼油,活塞31上下滑动过程中,阻尼油穿过阻尼孔311、322并与之摩擦生热,将抖动的机械能转化为内能。
如图6所示,在反射镜1内部开设贯穿的孔11,便于将内部的杂物排除,避免影响发电。
如图7所示,一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法,包括以下步骤,
将有效反射面积为S0的受照射区域光线,通过反射镜聚拢反射至光伏效应有效面积为S1的基板,所述基板面向反射镜侧设置有光伏板,其中S0>S1;反射镜相比较光伏板价格极低,利用反射聚拢原理将其反射至光伏板,实现提高单位面积光伏板发电量的效果。
根据阳光角度调整所述反射镜的角度,保持所述基板的中轴线与反射后的光线垂直;
将所述光伏板划分为两个或以上的分区,分区内部设置有光伏板,检测每个分区的光伏板输出电压和电流,将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出;
如图8所示,反射聚拢再照射至基板2的光线并不完全均匀,导致基板2固定搞得光伏板21由内至外光照强度递减,如果将其全部串联在一起,外圈的光伏板21不仅无法输出电能,反而会消耗内圈光伏板21产生的电能,因此需要将电流电压特征相同的光伏板21串联。
将光伏板串联输出的电能处理后串联输出,上一步中产生的电能由于电压不同,需要进行进一步处理才能统一输出,不然依旧会导致光伏板的低效运行。
因此需要对基板上的光伏板进行分区,将状态相同或相似的光伏板串联,再将串联后的线路进行逆变升压处理后统一串联输出。
将基板面向反射镜侧划分为多个区域,每个区域内分布有数量不一但面积规格相同的光伏板。
分别统计每块光伏板的电流I和电压V,并建立每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(I,V,t);
如果是将每块光伏板都进行两两对比排序,短时间内无法完成,也就是无法及时调整电能输出,如果间隔时间过久,无法对新情况做出及时的应变,考虑到与基板中心的距离相同的光伏板原则上应该具有相同的光照状态,因此能够进行预设的分组,并对其中的特殊部分进行额外处理,降低运算量,提高处理效率;
将每块光伏板进行编号,标号内容包括与基板中心的距离L以及与设定方向的夹角α,则编号为(L,α),其中α∈(0,2π],的光伏板关于工作时间t的拟合函数为f(L,α)(I,V,t);
将每块基板上的全体光伏板,按照与基板中心的距离进行分组,则每个分组内的光伏板编号仅夹角α不同;
统计t0时刻分组内每块光伏板的电流电压拟合函数f(L,α)(I,V,t0)的数值,依据其编号中夹角α的大小,分别对电流I和电压V进行相邻相减操作,编号中夹角α相邻且电流I和电压V相减结果均为零的光伏板为相同状态;
在单位间隔的下一时刻t1依照上一步骤处理分组内光伏板;
并且将同一光伏板两个单位间隔的两个时刻的电流电压数值进行相减操作,差值在安全范围内视为相同;
将电流和电压均保持不变的光伏板标记为正常工作光伏板;
将电流和电压均下降的光伏板标记为被遮挡光伏板,并通知工作人员及时处理;
将电流增加电压下降的光伏板标记为过载光伏板,将该块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t);
将光伏板断开电路连接,则光伏板内部的等效电阻不再产生热量,在间隔为T0时间后,短暂将该块光伏板接入电路,检测对应时刻的电压和电流;
若电流降低电压升高,则认定光伏板温度降低,保持接入状态;
若电流升高电压降低,则认定温度持续攀升不适宜继续工作,重复上述步骤;
若所述光伏板持续短暂接入电路保持电流升高电压降低状态,而且持续该状态时间等于当天有效日照时间,则降低有效反射面积S0与光伏效应有效面积S1的比值;
将分组内的拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值相同的光伏板串联输出;
若出现拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板,则将其与其余分区的光伏板进行对比,并将拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值相同的光伏板串联输出;
将各个串联输出的线路逆变升压之后统一输出;
上述操作中,相比较传统方式,不仅提高单位面积光伏板的发电效率,同时还能有效避免热斑效应。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的方法,其特征在于:包括以下步骤,
将有效反射面积为S0的受照射区域光线,通过反射镜聚拢反射至光伏效应有效面积为S1的基板,所述基板面向反射镜侧设置有光伏板,其中S0>S1
根据阳光角度调整所述反射镜的角度,保持所述基板的中轴线与反射后的光线垂直;
将所述光伏板划分为两个或以上的分区,分区内部设置有光伏板,检测每个分区的光伏板输出电压和电流,将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出;
将光伏板串联输出的电能处理后串联输出。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述将所述光伏板划分为两个或以上的分区,具体包括,
所述光伏板为圆形,将所述光伏板划分为相互独立的同心环形,且同心环被中心发射的辐条切割,形成圆心相同的弧形板块区域,所述弧形板块区域内设置有光伏板。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述将输出电压和电流均在同一安全范围的分区进行光伏板分组串联输出,具体包括,
检测每块光伏板的输出电流和电压,并且将每块光伏板的电流和电压进行差值比对,并将输出电流和电压均相同的光伏板进行分组串联连接;
将各个相互独立串联输出的电路接入逆变器再进行升降压统一;
将电压统一的各路输出电路并联输出。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述检测每块光伏板的输出电流和电压,并且将每块光伏板的电流和电压进行差值比对,并将输出电流和电压均相同的光伏板进行分组串联连接,具体包括,
分别统计每块光伏板的电流I和电压V,并建立每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(I,V,t);
将每块光伏板进行编号,标号内容包括与基板中心的距离L以及与设定方向的夹角α,则编号为(L,α),其中α∈(0,2π],的光伏板关于工作时间t的拟合函数为f(L,α)(I,V,t);
将每块基板上的全体光伏板,按照与基板中心的距离进行分组,则每个分组内的光伏板编号仅夹角α不同,并且实时检测分组内每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t),并区分出每个时刻拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板;
将分组内的拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值相同的光伏板串联输出;
若出现拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板,则将其与其余分区的光伏板进行对比,并将拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值相同的光伏板串联输出;
将各个串联输出的线路逆变升压之后统一输出。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述实时检测分组内每块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t),并区分出拟合函数f(L,α)(I,V,t)数值不相同的光伏板,具体包括,
统计t0时刻分组内每块光伏板的电流电压拟合函数f(L,α)(I,V,t0)的数值,依据其编号中夹角α的大小,分别对电流I和电压V进行相邻相减操作,编号中夹角α相邻且电流I和电压V相减结果均为零的光伏板为相同状态;
在单位间隔的下一时刻t1依照上一步骤处理分组内光伏板;
并且将同一光伏板两个单位间隔的两个时刻的电流电压数值进行相减操作,差值在安全范围内视为相同;
将电流和电压均保持不变的光伏板标记为正常工作光伏板;
将电流和电压均下降的光伏板标记为被遮挡光伏板,并通知工作人员及时处理;
将电流增加电压下降的光伏板标记为过载光伏板,且持续时间超过设定时间,断开该光伏板的电路连接,待光伏板冷却后再接入线路。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述断开该光伏板的电路连接,待光伏板冷却后再接入线路,包括,
将该块光伏板关于工作时间t的拟合函数f(L,α)(I,V,t);
将光伏板断开电路连接,则光伏板内部的等效电阻不再产生热量,
在间隔为T0时间后,短暂将该块光伏板接入电路,检测对应时刻的电压和电流;
若电流降低电压升高,则认定光伏板温度降低,保持接入状态;
若电流升高电压降低,则认定温度持续攀升不适宜继续工作,重复上述步骤。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:若所述光伏板持续短暂接入电路保持电流升高电压降低状态,而且持续该状态时间等于当天有效日照时间,则降低有效反射面积S0与光伏效应有效面积S1的比值。
8.一种提高新能源光伏板单位面积输出效率的装置,其特征在于,所述装置能够实现如权利要求1-7任一步骤。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于:所述装置还包括反射镜以及固定光伏板的基板,所述反射镜底端中部与立柱活动连接;
所述反射镜内壁将光线汇聚至一点后发散至基板固定的光伏板表面,所述基板为圆形,其中垂线与反射镜的轴线重合;
所述反射镜下表面固定有两条相互垂直的传动链,所述传动链由驱动器驱动,并以此改变反射镜和光伏板的朝向,所述驱动器固定于立柱侧壁。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于:所述立柱的内腔设置有上下活动固定的活塞,所述活塞始终受到弹性件向下的合力,所述活塞固定连接块侧开设有弯曲阻尼孔,远离连接块侧开设有直线阻尼孔,所述内腔中填充有阻尼油。
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