CN111552324A - 光伏发电的跟踪控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏发电的跟踪控制方法及系统。光伏发电的跟踪控制方法包括：若本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间，则根据本地时间获取对应的太阳位置；计算光伏面板上被遮挡的阴影面积；根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。本发明提供的光伏发电的跟踪控制方法中，将光伏面板上被遮挡的阴影面积与太阳位置、光伏面板的经纬度信息相结合控制光伏面板转动，与现有技术中未考虑光伏面板的遮挡情况相比，避免了因光伏面板被遮挡所造成的太阳辐照的损失，提高了发电量。

Description

光伏发电的跟踪控制方法及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，特别涉及一种光伏发电的跟踪控制方法及系统。

背景技术

随着光伏发电性价比不断提高，光伏发电技术在全球得到广泛应用。光伏跟踪技术通过持续跟踪太阳在一天中的实时位置，保证光伏面板保持与太阳直射光线垂直，增加光伏接收到的辐照度从而可获得更大的发电量。随着国内光伏平价上网的不断推进，光伏跟踪支架替代固定支架以期提高总体发电量，从而降低度电成本越来越成为共识。

现有技术的光伏跟踪系统中主要存在以下两个问题：一方面，现有技术光伏跟踪系统大都根据太阳一年具体某一天某一时刻的位置，计算出光伏面板的旋转角度，以获得最大的太阳辐照。但在一天的早上和傍晚太阳入射角较大时，相邻光伏阵列的前排光伏面板的上端会对后排光伏面板造成阴影遮挡，从而造成太阳辐照的损失。另一方面，当乌云密布见不到太阳或者雾天时，太阳辐射全部为漫射辐射，辐射来自各个方向，此时仍按光伏面板垂直于太阳直射光线的跟踪方法，不仅不能提高发电量，还会造成跟踪执行机构动作带来电能损耗。从提高发电量的角度，现有光伏跟踪技术仍有较大的提升空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种光伏发电的跟踪控制方法及系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明的第一方面提供一种光伏发电的跟踪控制方法，包括：

若本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间，则根据本地时间获取对应的太阳位置；

计算光伏面板上被遮挡的阴影面积；

根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。

较佳地，所述控制所述光伏面板转动的步骤具体包括：

若所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比大于第一预设值，则控制所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动；否则，控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动。

较佳地，所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动的角度与阴影遮挡因子成正比例关系，其中，所述阴影遮挡因子为所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比与所述第一预设值的比值。

较佳地，所述控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动的步骤具体包括：控制所述光伏面板转动至所述光伏面板与太阳直射光线垂直。

较佳地，所述方法还包括：

若太阳入射角小于预设角度，则控制摄像头对天空进行拍照；

根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，

若是，则控制所述光伏面板转动至水平位置；

其中，所述太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。

较佳地，所述根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度的步骤具体包括：

确定拍摄的照片中的不透光云层像素点；其中，所述不透光云层像素点的RGB值均在预设区间内；

若不透光云层像素点的数量与所述照片中所有像素点的数量的比值大于第二预设值，则确定云层的厚度达到预设厚度，否则确定云层的厚度未达到预设厚度。

较佳地，所述光伏面板上每个太阳能电池片均并联有一个旁路二极管，所述计算光伏面板上被遮挡的阴影面积的步骤具体包括：

根据所有旁路二极管的导通情况计算被遮挡的太阳能电池片的数量；

根据被遮挡的太阳能电池片的数量计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

本发明的第二方面提供一种光伏发电的跟踪控制系统，包括：

位置获取模块，用于在本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间的情况下，根据本地时间获取对应的太阳位置；

阴影计算模块，用于计算光伏面板上被遮挡的阴影面积；

转动控制模块，用于根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。

较佳地，所述转动控制模块包括：

反向转动控制单元，用于在所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比大于第一预设值的情况下，控制所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动；

以及正向转动控制单元，用于在所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比小于等于第一预设值的情况下，控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动。

较佳地，所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动的角度与阴影遮挡因子成正比例关系，其中，所述阴影遮挡因子为所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比与所述第一预设值的比值。

较佳地，所述正向转动控制单元具体用于控制所述光伏面板转动至所述光伏面板与太阳直射光线垂直。

较佳地，所述系统还包括摄像头、云层监测模块以及图像识别模块，所述转动控制模块还包括水平转动控制单元；

所述云层监测模块用于在太阳入射角小于预设角度的情况下，控制所述摄像头对天空进行拍照，并将拍摄的照片发送至所述图像识别模块；

所述图像识别模块用于根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，以及在是的情况下向所述水平控制单元发送漫射辐射信号；

所述水平转动控制单元用于根据所述漫射辐射信号控制所述光伏面板转动至水平位置；

其中，所述太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的光伏发电的跟踪控制方法中，将光伏面板上被遮挡的阴影面积与太阳位置、光伏面板的经纬度信息相结合控制光伏面板转动，与现有技术中未考虑光伏面板的遮挡情况相比，避免了因光伏面板被遮挡所造成的太阳辐照的损失，提高了发电量。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种光伏发电的跟踪控制方法的流程图。

图2为本发明实施例1提供的另一种光伏发电的跟踪控制方法的流程图。

图3为本发明实施例2提供的一种光伏发电的跟踪控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种光伏发电的跟踪控制方法，如图1所示，包括：

步骤S101、若本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间，则根据本地时间获取对应的太阳位置。

步骤S101中，需要获取本地时间以及本地当天的日出时间和日落时间，在具体实施中可以从本地存储器获取，也可以通过网络从服务器获取。

其中，本地时间与太阳位置一一对应。举个例子，北京时间5月1日8:00对应的太阳位置为A1，北京时间5月1日10:00对应的太阳位置为A2，纽约时间5月1日12:00对应的太阳位置为B1，纽约时间5月1日13:20对应的太阳位置为B2，首尔时间5月1日9:00对应的太阳位置为C1，首尔时间5月1日14:00对应的太阳位置为C2。

步骤S102、计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

在步骤S102可选的一种实施方式中，光伏面板由多个太阳能电池片构成，为了避免热斑效应，即当太阳能电池片被遮挡时将成为负载消耗其他有光照太阳能电池所产生能量形成的发热现象，每个太阳能电池片均并联有一个旁路二极管，根据所有旁路二极管的导通情况计算被遮挡的太阳能电池片的数量，根据被遮挡的太阳能电池片的数量计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

本实施方式中，若旁路二极管未导通，则认为与其并联的太阳能电池片被遮挡，若旁路二极管导通，则认为与其并联的太阳能电池片未被遮挡。

在一个例子中，太阳入射角较大时，例如在一天的早上或者傍晚，相邻光伏阵列的前排光伏面板的上端会对后排光伏面板造成阴影遮挡。其中，太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。

步骤S103、根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。

步骤S103中，光伏面板每次转动的角度由太阳位置、光伏面板的经纬度信息以及阴影面积所决定。

其中，太阳运动的方向为自东向西，与太阳运动相反的方向为自西向东。

在可选的一种实施方式中，所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比c1大于第一预设值c2，控制所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动，以减小光伏面板上阴影遮挡的面积，避免造成太阳辐照的损失，进而提高了发电量。其中，第一预设值c2可以根据实际情况进行设置。

在一个例子中，光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动的角度w与阴影遮挡因子c0成正比例关系，即阴影遮挡因子c0越大，转动的角度w越大。其中，阴影遮挡因子c0为所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比c1与所述第一预设值c2的比值，即c0＝c1/c2。

在可选的另一种实施方式中，所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比c1小于等于第一预设值c2，控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动。在一些情况下，为了获得最大的太阳辐照，若c1≤c2，则控制光伏面板转动至光伏面板与太阳直射光线垂直。

在可选的一种实施方式中，上述光伏发电的跟踪控制方法还包括：

步骤S111、若太阳入射角小于预设角度，则控制摄像头对天空进行拍照。

其中，所述太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。在可选的一种实施方式中，根据太阳位置与光伏面板的经纬度信息计算太阳入射角。

在可选的一种实施方式中，摄像头设于光伏面板上，随着光伏面板的转动而转动，用于对光伏面板正上方的天空进行拍照。需要说明的是，步骤S111中的预设角度可以根据光伏面板所在位置的实际情况进行设置，原则上是以太阳入射角小于预设角度时摄像头拍摄的照片中仅有天空，而太阳入射角大于预设角度时摄像头拍摄的照片中部分为天空进行设置。

在可选的另一种实施方式中，摄像头设于光伏面板侧面的支架上，不随光伏面板的转动而转动，用于对天空进行拍照。通常情况下，在太阳入射角小于预设角度时的天空与当天的天气相符，因此，为了防止光伏面板频繁地转动，步骤S111中在太阳入射角小于预设角度时控制摄像头对天空进行拍照，其中，预设角度可以根据实际情况进行设置。

步骤S112、根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，若是，则控制所述光伏面板转动至水平位置。

本实施方式中，若确定云层的厚度达到预设厚度，例如乌云密布。阴天或者雾天见不到太阳的情况，认为此时的太阳辐射相当于漫射辐射，转动光伏面板至水平位置可以获得最佳的漫射辐射量。同时，在云层厚度达到预设厚度之后保持光伏面板处于水平位置，能够减少由光伏面板不必要的转动所引起的损耗，同时还可以避免光伏面板频繁转动，进而延长使用寿命。

在步骤S112可选的一种实施方式中，根据以下步骤确定云层的厚度是否达到预设厚度：

步骤S1121、确定拍摄的照片中的不透光云层像素点；其中，所述不透光云层像素点的RGB值均在预设区间内。

其中，根据拍摄的照片生成照片信息的RGB彩色图像模型，RGB彩色图像模型中的每个像素点通过R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)三个颜色通道的变化以及三者间的相互叠加实现颜色显示，每个像素点的每个颜色分量分配一个0～255范围内的灰度值。

在可选的一种实施方式中，当照片中各像素点的RGB值在灰色值附近时，认为天空云层较厚。步骤S1121中预设区间[min，max]根据灰色的RGB值(190，190，190)进行设置，例如可以将预设区间设置为[180，200]。本实施方式中，将RGB值均在预设区间内的像素点归为不透光云层像素点，其余像素点为透光云层像素点。

步骤S1122、若不透光云层像素点的数量与所述照片中所有像素点的数量的比值k1大于第二预设值k0，则确定云层的厚度达到预设厚度，否则确定云层的厚度未达到预设厚度。

本实施例还提供一种光伏发电的跟踪控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S201、判断本地时间是否大于当天的日出时间且小于当天的日落时间，若是，则执行步骤S202，若否，则获取新的本地时间，继续执行步骤S201。

步骤S202、根据本地时间获取对应的太阳位置。

步骤S203、判断太阳入射角是否小于预设角度，若是，则执行步骤S301，若否，则执行步骤S204。

步骤S204、计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

步骤S205、判断阴影面积与光伏面板的总面积之比是否大于第一预设值，若是，则执行步骤S206，若否，则执行步骤S207。

步骤S206、根据太阳位置、光伏面板的经纬度信息以及阴影面积控制光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动。

步骤S207、根据太阳位置、光伏面板的经纬度信息以及阴影面积控制光伏面板沿着太阳运动的方向转动。

步骤S301、控制摄像头对天空进行拍照。

步骤S302、根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，若是，则执行步骤S303，若否，则执行步骤S204。

步骤S303、控制光伏面板转动至水平位置。

本实施方式提供的光伏发电的跟踪控制方法不仅可以避免因光伏面板被遮挡所造成的太阳辐照的损失，从而提高发电量，还可以降低由光伏面板不必要的转动所引起的损耗，同时避免光伏面板频繁转动，进而延长使用寿命。

实施例2

本实施例提供一种光伏发电的跟踪控制系统30，如图3所示，包括位置获取模块31、阴影计算模块32以及转动控制模块33。

位置获取模块用于在本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间的情况下，根据本地时间获取对应的太阳位置。

阴影计算模块用于计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

在可选的一种实施方式中，所述光伏面板上每个太阳能电池片均并联有一个旁路二极管，所述阴影计算模块具体包括：

第一计算单元，用于根据所有旁路二极管的导通情况计算被遮挡的太阳能电池片的数量；

第二计算单元，用于根据被遮挡的太阳能电池片的数量计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

转动控制模块用于根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。

在可选的一种实施方式中，所述转动控制模块包括：

反向转动控制单元，用于在所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比大于第一预设值的情况下，控制所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动；

以及正向转动控制单元，用于在所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比小于等于第一预设值的情况下，控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动。

在可选的一种实施方式中，所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动的角度与阴影遮挡因子成正比例关系，其中，所述阴影遮挡因子为所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比与所述第一预设值的比值。

在可选的一种实施方式中，所述正向转动控制单元具体用于控制所述光伏面板转动至所述光伏面板与太阳直射光线垂直。

在可选的一种实施方式中，上述系统还包括摄像头、云层监测模块以及图像识别模块，所述转动控制模块还包括水平转动控制单元。

所述云层监测模块用于在太阳入射角小于预设角度的情况下，控制所述摄像头对天空进行拍照，并将拍摄的照片发送至所述图像识别模块。其中，所述太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。

所述图像识别模块用于根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，以及在是的情况下向所述水平控制单元发送漫射辐射信号。

在可选的一种实施方式中，所述图像识别模块具体包括：

不透光云层像素点确定模块，用于确定拍摄的照片中的不透光云层像素点；其中，所述不透光云层像素点的RGB值均在预设区间内；

以及云层厚度确定模块，用于在不透光云层像素点的数量与所述照片中所有像素点的数量的比值大于第二预设值的情况下，确定云层的厚度达到预设厚度，否则确定云层的厚度未达到预设厚度。

所述水平转动控制单元用于根据所述漫射辐射信号控制所述光伏面板转动至水平位置。

本实施例提供的光伏发电的跟踪控制系统不仅可以避免因光伏面板被遮挡所造成的太阳辐照的损失，从而提高发电量，还可以降低由光伏面板不必要的转动所引起的损耗，同时避免光伏面板频繁转动，进而延长使用寿命。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电的跟踪控制方法，其特征在于，包括：

若本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间，则根据本地时间获取对应的太阳位置；

计算光伏面板上被遮挡的阴影面积；

根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述光伏面板转动的步骤具体包括：

若所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比大于第一预设值，则控制所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动；否则，控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动的角度与阴影遮挡因子成正比例关系，其中，所述阴影遮挡因子为所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比与所述第一预设值的比值；和/或；

所述控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动的步骤具体包括：控制所述光伏面板转动至所述光伏面板与太阳直射光线垂直。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若太阳入射角小于预设角度，则控制摄像头对天空进行拍照；

根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，

若是，则控制所述光伏面板转动至水平位置；

其中，所述太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度的步骤具体包括：

确定拍摄的照片中的不透光云层像素点；其中，所述不透光云层像素点的RGB值均在预设区间内；

若不透光云层像素点的数量与所述照片中所有像素点的数量的比值大于第二预设值，则确定云层的厚度达到预设厚度，否则确定云层的厚度未达到预设厚度。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述光伏面板上每个太阳能电池片均并联有一个旁路二极管，所述计算光伏面板上被遮挡的阴影面积的步骤具体包括：

根据所有旁路二极管的导通情况计算被遮挡的太阳能电池片的数量；

根据被遮挡的太阳能电池片的数量计算光伏面板上被遮挡的阴影面积。

7.一种光伏发电的跟踪控制系统，其特征在于，包括：

位置获取模块，用于在本地时间大于当天的日出时间且小于当天的日落时间的情况下，根据本地时间获取对应的太阳位置；

阴影计算模块，用于计算光伏面板上被遮挡的阴影面积；

转动控制模块，用于根据所述太阳位置、所述光伏面板的经纬度信息以及所述阴影面积控制所述光伏面板转动。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转动控制模块包括：

反向转动控制单元，用于在所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比大于第一预设值的情况下，控制所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动；

以及正向转动控制单元，用于在所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比小于等于第一预设值的情况下，控制所述光伏面板沿着太阳运动的方向转动。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光伏面板沿着与太阳运动相反的方向转动的角度与阴影遮挡因子成正比例关系，其中，所述阴影遮挡因子为所述阴影面积与所述光伏面板的总面积之比与所述第一预设值的比值；和/或；

所述正向转动控制单元具体用于控制所述光伏面板转动至所述光伏面板与太阳直射光线垂直。

10.如权利要求7-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括摄像头、云层监测模块以及图像识别模块，所述转动控制模块还包括水平转动控制单元；

所述云层监测模块用于在太阳入射角小于预设角度的情况下，控制所述摄像头对天空进行拍照，并将拍摄的照片发送至所述图像识别模块；

所述图像识别模块用于根据拍摄的照片确定云层的厚度是否达到预设厚度，以及在是的情况下向所述水平控制单元发送漫射辐射信号；

所述水平转动控制单元用于根据所述漫射辐射信号控制所述光伏面板转动至水平位置；

其中，所述太阳入射角为太阳直射光线与垂直于水平面的法线之间的夹角。

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