CN113741556A - 一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光伏组件设备技术领域，具体涉及一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法，光伏跟踪支架的控制结构包括与光伏组件位于同一平面的第一光伏小板、第二光伏小板；光伏组件的长度方向沿跟踪支架主梁的长度方向；第一光伏小板、第二光伏小板之间的连线与光伏组件的宽度方向平行，第一光伏小板的外边缘与光伏组件一长度方向的外边缘平齐，第二光伏小板的外边缘与光伏组件另一长度方向的外边缘平齐；光伏跟踪支架的控制方法中通过第一光伏小板、第二光伏小板采集光照数据，以控制光伏跟踪支架旋转，使光伏组件达到最大发电功率。本发明能够避免相邻两排光伏组件之间的阴影遮挡，并能够使双面光伏组件的两面均达到最大发电功率。

Description

一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法

技术领域

本发明属于光伏组件设备技术领域，具体涉及一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法。

背景技术

标准的单排太阳能光伏跟踪支架，会采用反阴影跟踪算法，来避免每两排跟踪支架光伏组件之间的阴影遮挡。由于跟踪支架整个寿命周期中，组件的实际位置不能做到与算法完全一致，因此仍不能完全避免产生阴影遮挡问题。

另外，双面光伏组件在发电时，组件正面的能量来自太阳光的直接照射，背面的能量主要来自地面或周围物体对阳光的反射。而不同的天气条件(如多云、阴天、沙尘)，不同的地面介质(如沙地、草坪、水泥地面、水体等)都会对反射到组面背面的光能量产生影响。由标准天文算法计算出的组件角度，仅能使组件正面产生最大的功率。而要使得双面组件达到最大功率所需的跟踪角度，除了要考虑组件正面的影响，组件背面的发电影响也不容忽视。这就需要解决如何找到特定支架跟踪角度，该角度让双面组件达到最大发电功率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的问题，提出了一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种光伏跟踪支架的控制结构，包括与光伏组件位于同一平面的第一光伏小板、第二光伏小板；光伏组件的长度方向沿跟踪支架主梁的长度方向；第一光伏小板、第二光伏小板之间的连线与光伏组件的宽度方向平行，第一光伏小板的外边缘与光伏组件一长度方向的外边缘平齐，第二光伏小板的外边缘与光伏组件另一长度方向的外边缘平齐；通过第一光伏小板、第二光伏小板采集光照数据，以控制光伏跟踪支架旋转，使光伏组件达到最大发电功率。

进一步地，还包括控制箱，控制箱内部设有电源，电源设有两输入端口，两输入端口分别与第一光伏小板、第二光伏小板连接，电源的输出端与电机连接；电机用以驱动光伏跟踪支架旋转。

进一步地，控制箱内还设有负载电阻与开关S2，电源通过开关S2与负载电阻连接；负载电阻用以计算第一光伏小板、第二光伏小板分别产生的功率以及第一光伏小板、第二光伏小板的总功率。

进一步地，还包括电池，控制箱内还设有开关S1，电源通过开关S1与电池连接，电池与电机连接。

进一步地，还包括MCU跟踪控制器与RTC时钟芯片；电源、开关S1、开关S2、电机、RTC时钟芯片均与MCU跟踪控制器电性连接。

进一步地，MCU跟踪控制器通过无线通讯发出控制信号。

进一步地，朝向西侧时的光伏组件，第二光伏小板的高度位置低于第一光伏小板的高度位置。

进一步地，控制箱内部的电源为DC/DC电源。

进一步地，第一光伏小板、第二光伏小板均为双面光伏面板。

相应地，本发明还提供一种光伏跟踪支架的控制方法，包括以下步骤，

S1：在光伏组件上安装第一光伏小板与第二光伏小板，并使控制箱的两电源输入端口分别与第一光伏小板、第二光伏小板连接，控制箱输出端口与电机连接；断开开关S1，打开开关S2，通过负载电阻读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率；

S2：MCU跟踪控制器根据RTC时钟芯片的时间与当地的经纬度通过天文算法计算出理论光伏跟踪支架最佳旋转角度，并控制电机旋转使光伏跟踪支架运行到该角度；当太阳入射角偏低且负载电阻计算的第二光伏小板功率明显小于第一光伏小板时，进入步骤S3与步骤S4；当理论的最大天文跟踪角度与实际光伏跟踪支架停留角度超过一定角度φ时，进入步骤S5-S7；

S3：控制器切断开关S2，打开开关S1，同时发出信号给电机控制整个光伏组件向东旋转；通过DC/DC电源读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率；控制器同时发出信号给电机控制整个光伏组件向东旋转使第一光伏小板与第二光伏小板的功率相差在设定范围值以内；

S4：第一光伏小板与第二光伏小板的功率相差在设定范围值以内时，控制器打开开关S2，切断开关S1；控制器根据此时光伏组件的角度和标准算法计算出的角度之间的差值作为修正值进行跟踪；

S5：控制器切断开关S2，打开开关S1，同时发出信号给电机控制光伏组件持续旋转，通过DC/DC电源实时读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率，并与前一刻第一光伏小板、第二光伏小板的功率进行比较；

S6：读取到第一光伏小板、第二光伏小板的功率下降时，控制器同时发出信号给电机驱动电机朝反方向旋转直至第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值；读取到第一光伏小板、第二光伏小板的功率上升时，控制器同时发出信号给电机驱动电机朝正方向旋转直至第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值；

S7：第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值时，控制器打开开关S2，切断开关S1。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

本发明能够避免相邻两排光伏组件之间的阴影遮挡，并能够使双面光伏组件的两面均达到最大发电功率。

附图说明

图1为光伏组件被阴影遮挡时的示意图；

图2为光伏组件取消阴影遮挡时的示意图；

图3为光伏组件正反面接受光照路线示意图；

图4为光伏组件结构图；

图5为光伏跟踪支架的控制结构图。

图6为控制箱原理框图。

图中，1第一光伏小板、2光伏组件、3跟踪支架主梁、4电机、5控制箱、6跟踪支架立柱、7第二光伏小板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步地描述，但本发明的保护范围并不仅仅限于此。

实施例一

如图4、图5所示，本实施例提供一种光伏跟踪支架的控制结构，包括与光伏组件2位于同一平面的第一光伏小板1、第二光伏小板7。光伏组件2的长度方向沿跟踪支架主梁3的长度方向。跟踪支架主梁3沿水平方向设置，跟踪支架主梁3与竖直方向的跟踪支架立柱6连接第一光伏小板1、第二光伏小板7之间的连线与光伏组件2的宽度方向平行，第一光伏小板1的外边缘与光伏组件2一长度方向的外边缘平齐，第二光伏小板7的外边缘与光伏组件2另一长度方向的外边缘平齐。第一光伏小板1、第二光伏小板7可作为传感器使用，采集光照数据。通过第一光伏小板1、第二光伏小板7采集光照数据，以控制光伏跟踪支架旋转，使光伏组件2达到最大发电功率。第一光伏小板1、第二光伏小板7的外边缘需要分别和光伏组件2的两外边缘齐平，才能同时感知阴影遮挡。第一光伏小板1、第二光伏小板7的安装角度也需要和整个光伏组件2的角度一致，才能和光伏组件2达到最大功率点的角度一致。

具体而言，沿踪支架主梁的长度方向设有一排光伏组件2，一排光伏组件2包括相邻的两组光伏组件2，第一光伏小板1、第二光伏小板7位于相邻的两组光伏组件2之间。第一光伏小板1、第二光伏小板7与整排光伏组件2的安装角度相同，当第一光伏小板1、第二光伏小板7达到最大功率点时，整排光伏组件2同时达到最大发电功率。当一排光伏组件2被相邻的其他排的光伏组件2遮挡时，即出现反阴影；或者受来自地面或周围物体对阳光反射的影响，使双面光伏组件2无法达到最大功率时，第一光伏小板1、第二光伏小板7的功率均发生变化。通过检测第一光伏小板1、第二光伏小板7所接受到的辐照功率使光伏跟踪支架旋转，追踪光伏组件2的实时最大发电角度。因此，本实施例能够避免相邻两排光伏组件2之间的阴影遮挡，并能够使双面光伏组件2的两面均达到最大发电功率。

本实施例还包括设置跟踪支架主梁3上的控制箱5，控制箱5内部设有电源，电源设有两输入端口，两输入端口分别与第一光伏小板1、第二光伏小板7连接，电源的输出端与电机4连接。电机4用以驱动光伏跟踪支架旋转。控制箱5内还设有负载电阻与开关S2，电源通过开关S2与负载电阻连接。负载电阻用以计算第一光伏小板1、第二光伏小板7分别产生的功率以及第一光伏小板1、第二光伏小板7的总功率。本实施例还包括电池，跟踪控制箱5内还设有开关S1，电源通过开关S1与电池连接，电池与电机4连接。

本实施例还包括MCU跟踪控制器，电源、开关S1、开关S2、电机4均与控制器电性连接。电机4为回转减速电机4。本实施例还包括RTC时钟芯片、RTC时钟芯片与MCU跟踪控制器电性连接。MCU跟踪控制器通过无线通讯发出控制信号。朝向西侧时的光伏组件2，第二光伏小板7的高度位置低于第一光伏小板1的高度位置，当第二光伏小板7的功率明显小于第一光伏小板1时，说明有阴影遮挡使其功率下降。控制箱5内部的电源为DC/DC电源。DC/DC电源具有输入电压电流检测，输出电压电流检测功能。

如图6所示，本实施例的控制箱5的控制原理为：第一光伏小板1、第二光伏小板7接到DC/DC的电源输入端，DC/DC电源具有设置和检测输入电压和电流、输出电压和电流的功能。MCU跟踪控制器能通过设置和检测DC/DC电源使第一光伏小板1、第二光伏小板7工作在最大功率点。RTC时钟芯片用于生成时间，MCU跟踪控制器通过时间和预设的经纬度计算太阳的高度角。负载电阻用于反阴影和最大功率跟踪时消耗掉第一光伏小板1、第二光伏小板7上产生的功率，便于第一光伏小板1、第二光伏小板7实现实时功率的计算。电池有两方面作用，一方面当夜晚光伏小板没电时给系统供电，维持系统正常工作，另一方面当光伏小板输入功率不足时补充其功率共同驱动回转减速电机4。

实施例二

本实施例提供一种光伏跟踪支架的控制方法，包括以下步骤，

S1：在光伏组件上安装第一光伏小板与第二光伏小板，并使跟控制箱的两电源输入端口分别与第一光伏小板、第二光伏小板连接，控制箱输出端口与电机连接；断开开关S1，打开开关S2，通过负载电阻读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率；

S2：MCU跟踪控制器根据RTC时钟芯片的时间与当地的经纬度通过天文算法计算出理论光伏跟踪支架最佳旋转角度，并控制电机旋转使光伏跟踪支架运行到该角度；当太阳入射角偏低且负载电阻计算的第二光伏小板的功率明显小于第一光伏小板时，进入步骤S3与步骤S4所述的反阴影跟踪；当理论的最大天文跟踪角度与实际光伏跟踪支架停留角度超过一定角度φ时，进入步骤S5-S7所述的最大功率跟踪；

S3：控制器切断开关S2，打开开关S1，通过DC/DC电源读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率；控制器同时发出信号给电机控制整个光伏组件向东旋转使一光伏小板与第二光伏小板的功率相差在设定范围值以内；

S4：第一光伏小板与第二光伏小板的功率相差在设定范围值以内时，控制器打开开关S2，切断开关S1；控制器根据此时光伏组件的角度和标准算法计算出的角度之间的差值作为修正值进行跟踪；

S5：控制器切断开关S2，打开开关S1，同时发出信号给电机控制光伏组件持续旋转，通过DC/DC电源实时读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率，并与前一刻第一光伏小板、第二光伏小板的功率进行比较；

S6：读取到第一光伏小板、第二光伏小板的功率下降时，控制器同时发出信号给电机驱动电机朝反方向旋转直至第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值；读取到第一光伏小板、第二光伏小板的功率上升时，控制器同时发出信号给电机驱动电机朝正方向旋转直至第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值。

本实施例以日落为例对第一光伏小板、第二光伏小板功率比较法的反阴影方法进行说明。MCU跟踪控制器根据RTC时钟芯片的时间和当地的经纬度通过天文算法计算出理论光伏跟踪支架最佳旋转角，并控制光伏跟踪支架运行到该角度。如图1所示，在太阳入射角偏低的情况下，左边前排的组件将会在第二光伏小板上产生阴影。MCU跟踪控制器会切断开关S2，打开开关S1，通过DC/DC电源读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率，当第二光伏小板的功率明显小于第一光伏小板时，说明有阴影遮挡使其功率下降，MCU跟踪控制器发出信号给到电机，电机驱动使整个组件向东旋转，同时检测第一光伏小板、第二光伏小板的功率，当功率相差在设置值范围以内时，第一光伏小板、第二光伏小板达到功率平衡状态，说明已经没有阴影遮挡，如图2所示。MCU跟踪控制器打开开关S2，切断开关S1，恢复控制器正常供电，将此时整个组件的角度和标准算法计算出的角度之间的差值作为修正值进行跟踪，从而避免了阴影的产生。在跟踪支架的整个运行周期，MCU跟踪控制器会根据需要周期性的做阴影角度修正，以抵消地面沉降，支架变形等等不同因素造成的阴影遮挡，从而提高发电量。

如下对光伏组件的最大功率跟踪的方法进行说明。如图3所示，阳光会从光伏跟踪支架正面通过路径L1射向双面组件正面，通过另外一条路径L2射向双面光伏组件背面。传统跟踪控制器会根据天文算法使光伏跟踪支架对准太阳，使光伏组件的正面在理论上达到最大发电功率。然而由于实际安装、大气折射率、支架变形、地面沉降、地面材质等等因素的影响。光伏跟踪支架当前跟踪角度与其实际可达到的最大功率的角度仍存在差距。为了弥补该差距。第一光伏小板、第二光伏小板可实时监控其所接收到的辐照功率，并由MCU跟踪控制器记录。并使光伏跟踪支架尽最大可能追踪到光伏组件的实时最大发电角度。

具体实现方法如下：

第一光伏小板、第二光伏小板为控制箱提供电源，其能量足够驱动电机运转，MCU跟踪控制器通过DC/DC电源读取第一光伏小板、第二光伏小板在驱动电机时的输入功率。由于太阳位置的变化，当理论的最大天文跟踪角度与实际光伏跟踪支架停留角度超过一定角度φ时，MCU控制器发出信号给到电机，电机驱动整个光伏组件持续旋转，实时读取第一光伏小板、第二光伏小板的输入功率与前一时刻进行比较，如果输入功率下降，则驱动电机朝反方向旋转，反之亦然，经过一个周期的调整过程。第一光伏小板、第二光伏小板达到最大功率点。在发电光伏组件为双面组件的情况下：该功率点为光伏组件正反两面此时能达到的最大值。在发电光伏组件为单面组件的情况下：该功率点为光伏组件单面此时能达到的最大值。由于第一光伏小板、第二光伏小板的安装角度和整个光伏组件的安装角度相同，则整个光伏跟踪支架上的所有光伏组件都能达到最大发电功率。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：

包括与光伏组件位于同一平面的第一光伏小板、第二光伏小板；光伏组件的长度方向沿跟踪支架主梁的长度方向；第一光伏小板、第二光伏小板之间的连线与光伏组件的宽度方向平行，第一光伏小板的外边缘与光伏组件一长度方向的外边缘平齐，第二光伏小板的外边缘与光伏组件另一长度方向的外边缘平齐；通过第一光伏小板、第二光伏小板采集光照数据，以控制光伏跟踪支架旋转，使光伏组件达到最大发电功率。

2.根据权利要求1所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：

还包括控制箱，控制箱内部设有电源，电源设有两输入端口，两输入端口分别与第一光伏小板、第二光伏小板连接，电源的输出端与电机连接；电机用以驱动光伏跟踪支架旋转。

3.根据权利要求2所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：

控制箱内还设有负载电阻与开关S2，电源通过开关S2与负载电阻连接；负载电阻用以计算第一光伏小板、第二光伏小板分别产生的功率以及第一光伏小板、第二光伏小板的总功率。

4.根据权利要求2所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：还包括电池，控制箱内还设有开关S1，电源通过开关S1与电池连接，电池与电机连接。

5.根据权利要求4所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：还包括MCU跟踪控制器与RTC时钟芯片；电源、开关S1、开关S2、电机、RTC时钟芯片均与MCU跟踪控制器电性连接。

6.根据权利要求5所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：

MCU跟踪控制器通过无线通讯发出控制信号。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：

朝向西侧时的光伏组件，第二光伏小板的高度位置低于第一光伏小板的高度位置。

8.根据权利要求1-6任一项所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：控制箱内部的电源为DC/DC电源。

9.根据权利要求1-6任一项所述的光伏跟踪支架的控制结构，其特征在于：第一光伏小板、第二光伏小板均为双面光伏面板。

10.一种光伏跟踪支架的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：在光伏组件上安装第一光伏小板与第二光伏小板，并使控制箱的两电源输入端口分别与第一光伏小板、第二光伏小板连接，控制箱输出端口与电机连接；断开开关S1，打开开关S2，通过负载电阻读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率；

S2：MCU跟踪控制器根据RTC时钟芯片的时间与当地的经纬度通过天文算法计算出理论光伏跟踪支架最佳旋转角度，并控制电机旋转使光伏跟踪支架运行到该角度；当太阳入射角偏低且负载电阻计算的第二光伏小板功率明显小于第一光伏小板时，进入步骤S3与步骤S4；当理论的最大天文跟踪角度与实际光伏跟踪支架停留角度超过一定角度φ时，进入步骤S5-S7；

S3：控制器切断开关S2，打开开关S1，同时发出信号给电机控制整个光伏组件向东旋转；通过DC/DC电源读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率；控制器同时发出信号给电机控制整个光伏组件向东旋转使第一光伏小板与第二光伏小板的功率相差在设定范围值以内；

S4：第一光伏小板与第二光伏小板的功率相差在设定范围值以内时，控制器打开开关S2，切断开关S1；控制器根据此时光伏组件的角度和标准算法计算出的角度之间的差值作为修正值进行跟踪；

S5：控制器切断开关S2，打开开关S1，同时发出信号给电机控制光伏组件持续旋转，通过DC/DC电源实时读取第一光伏小板、第二光伏小板的功率，并与前一刻第一光伏小板、第二光伏小板的功率进行比较；

S6：读取到第一光伏小板、第二光伏小板的功率下降时，控制器同时发出信号给电机驱动电机朝反方向旋转直至第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值；读取到第一光伏小板、第二光伏小板的功率上升时，控制器同时发出信号给电机驱动电机朝正方向旋转直至第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值；

S7：第一光伏小板、第二光伏小板的功率达到最大值时，控制器打开开关S2，切断开关S1。

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