CN114884452A - 一种渔光互补光伏发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种渔光互补光伏发电系统及方法，涉及鱼塘监控技术领域，包括太阳能板。板上传感模块检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度。水体传感模块检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度。处理模块在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上。处理模块在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。本申请能够对水面温度和水面光照强度进行监测，结合太阳轨迹跟踪法，调整太阳能板倾角，同时保证光伏发电效率和渔业养殖产量，具有智能化程度高、操作简便的优点。
Description
技术领域
本申请涉及鱼塘监控技术领域，具体涉及一种渔光互补光伏发电系统及方法。
背景技术
渔光互补是近年来快速发展的一种清洁高效生产方式，为水产养殖提供了巨大的发展空间，具有清洁、低碳、高效的特点，在环境效应上适应了当前碳达峰，碳中和的政策；在空间利用上提升了垂直空间的利用效率，水上发电，水下养殖。且太阳能模块的效率随着温度升高而降低，水体的降温效果使得渔光互补中架设在水面上的太阳能模块效率超出陆地上的太阳能模块。此外，太阳能板的遮挡降低了水体的蒸发率，可以节约大量养殖用水。从节能减排角度出发，如果按全国光照强度平均值并结合渔光互补技术，根据目前正在使用的水产养殖面积，每年将产生超过 50MWh 的电力，节约约180亿 t 标准煤，减少约49.85Mt 二氧化碳排放。
然而，在池塘上面架设太阳能板，显著降低了池塘水面接收到的光照强度。研究表明，鱼类的生长有其所需的最低和最适光照强度，这是鱼类在长期进化过程中形成的对其栖息环境的适应。光照是影响浮游植物生长繁殖的最重要生态因子之一，也是其生长的主要能量来源。浮游植物进行光合作用产生的氧气占到水中溶解氧的70%左右，而溶解氧是鱼类生长最重要的环境因子之一。由于光照和水温对鱼类的生理活动有直接影响，渔光互补虽然有夏降温、冬保暖的效果，但也会造成夏季积温不足，冬季保温不够的问题，导致养殖受限，造成一定程度的减产。太阳能模块的倾角影响其对太阳光辐射的接收程度，同时影响光伏发电效率和渔业养殖产量。
然而，目前的渔光互补项目中安装太阳能板时，往往偏重于考虑光伏发电效率，而忽视了太阳能板的遮挡效果对于鱼类生长的影响；且太阳能板往往采取固定式安装方式，忽视了在一年中的不同时间，具有最佳光伏发电效率的太阳能板倾角是不同的。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本申请的提供一种同时考虑光伏发电效率和渔业养殖产量的太阳能板倾角可变的渔光互补光伏发电系统。
为达到以上目的，采取的技术方案是：
一种渔光互补光伏发电系统，包括：
太阳能板，其包括可沿竖直轴线和水平轴线转动的光伏板；
板上传感模块，其用于检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度；
水体传感模块，其用于检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度；
处理模块，其用于在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上；还用于在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。
一些实施例中，所述太阳能板包括：
光伏板；
水平转轴，其沿水平向设置在光伏板下方，光伏板可绕水平转轴转动；
第一步进电机，其用于为光伏板沿水平转轴转动提供动力；
第一减速传动机构，其用于将第一步进电机输出的动力传递给水平转轴；
支撑框架，其设置在光伏板下方，且其顶端连接水平转轴；
竖直转轴，其沿竖直向设置在光伏板下方，且其顶端连接支撑框架，支撑框架可绕竖直转轴转动；
第二步进电机，其用于为光伏板沿竖直转轴转动提供动力；
第二减速传动机构，其用于将第二步进电机输出的动力传递给竖直转轴。
一些实施例中，所述板上传感模块包括：
太阳方位检测传感器，其用于检测光伏板上的太阳方位；
板上光强检测传感器，其用于检测光伏板上的第一光照强度；
所述太阳方位传感器采用四象限光电探测器。
一些实施例中，所述水体传感模块包括：
水面光强检测传感器，其用于检测光伏板下方水面上的第二光照强度；
温度传感器，其用于检测光伏板下方水面上的水面温度。
一些实施例中，所述水体传感模块通过线或绳系在太阳能板上，为浮体设计，其上表面浮于水面，下表面浸在水里；
水面光强检测传感器设置于水体传感模块的上表面；
温度传感器设置于水体传感模块的下表面。
一些实施例中，所述处理模块在每天的多个预设时间点更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度；所述预设时间点包括6点、8点、10点、12点、14点、16点、以及18点；
所述处理模块在更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度后，每间隔15分钟均对第一光照强度是否大于第一阈值进行一次判断，若是，则根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，并更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度得到更新角度；若否，则退出判断。
一些实施例中，相邻两次预设时间点之间的任意一更新角度均满足下述公式：
其中，
n用于表示相邻两次预设时间点之间太阳能板绕水平轴线进行转动的次数，0≤n≤4，n为正整数；
一些实施例中，所述系统还包括：
移动终端，其用于在处理模块判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，接收处理模块发送的告警信息；
无线通讯模块，其用于为处理模块和移动终端之间建立无线通讯连接。
一种渔光互补光伏发电方法，包括：
在水面上安装太阳能板，太阳能板包括可沿竖直轴线和水平轴线转动的光伏板；
检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度；
检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度；
在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上；
在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。
一些实施例中，在每天的多个预设时间点更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度；所述预设时间点包括6点、8点、10点、12点、14点、16点、以及18点；
在更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度后，每间隔15分钟均对第一光照强度是否大于第一阈值进行一次判断，若是，则根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，并更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度得到更新角度；若否，则退出判断。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：针对渔光互补项目中光伏系统确定太阳能光伏板倾角时往往偏重于提高光伏发电效率而忽视光照对鱼塘中生物影响，造成鱼类减产的问题，对水面温度和水面光照强度进行监测，结合太阳轨迹跟踪法，提出了一种同时考虑光伏发电效率和渔业养殖产量的太阳能板倾角可变的渔光互补光伏发电系统，具有智能化程度高、操作简便的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中，渔光互补光伏发电系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中，渔光互补光伏发电方法的流程示意图。
附图标记：
1-太阳能板；2-板上传感模块；3-第一减速传动机构；4-第一步进电机；5-水体传感模块；6-第二减速传动机构；7-第二步进电机；8-处理模块；9-无线通讯模块；10-水平转轴；11-竖直转轴；12-支撑框架。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种渔光互补光伏发电系统，包括设置在水面上的太阳能板1、设置在太阳能板1上的板上传感模块2、设置在水面上的水体传感模块5、以及分别连接上述三者的处理模块8。
太阳能板1包括可沿竖直轴线和水平轴线转动的光伏板。板上传感模块2用于检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度。水体传感模块5用于检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度。处理模块8用于在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上。处理模块8还用于在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。
在本实施例中，首先判断光伏板上方的第一光照强度是否大于第一阈值，如果大于，说明当前的太阳光照较好，则通过检测得到的太阳方位，调整光伏板的朝向，使光伏板正对并最大限度接收太阳光照，最大限度提高光伏发电效率。若果不大于，说明当前的太阳光照较差，例如当前是阴天，即使调整光伏板的朝向，也无法大幅度改变太阳光照的接收程度，无法有效提高光伏发电效率，因此，在第一光照强度小于第一阈值时，无需调整光伏板的朝向，也无需进行后续操作。
之后判断水面上的第二光照强度和水面温度中是否有任一项超出预设阈值，如果是，说明太阳光照对鱼塘中生物影响不利，需绕水面转轴旋转光伏板，从而提高或减小光伏板对水面的遮挡，保证水面光照强度和水面温度均适宜鱼塘中生物的生长。
在较佳的实施例中，太阳能板1包括光伏板、水平转轴10、第一步进电机4、第一减速传动机构3、支撑框架12、竖直转轴11、第二步进电机7、以及第二减速传动机构6。
水平转轴10沿水平向设置在光伏板下方，光伏板可绕水平转轴10转动。第一步进电机4用于为光伏板沿水平转轴10转动提供动力。第一减速传动机构3用于将第一步进电机4输出的动力传递给水平转轴10。
支撑框架12设置在光伏板下方，且其顶端连接水平转轴10。竖直转轴11沿竖直向设置在光伏板下方，且其顶端连接支撑框架12，支撑框架12可绕竖直转轴11转动。第二步进电机7用于为光伏板沿竖直转轴11转动提供动力。第二减速传动机构6用于将第二步进电机7输出的动力传递给竖直转轴11。
在本实施例中，第一步进电机4通过第一减速传动机构3与水平转轴10相连接，控制光伏板绕水平转轴10进行俯仰运动。第二步进电机7通过第二减速传动机构6与竖直转轴11相连接，控制支撑框架12连带支撑框架12上方的光伏板绕绕竖直转轴11进行平旋运动。
在较佳的实施例中，上述板上传感模块2包括太阳方位检测传感器和板上光强检测传感器。太阳方位检测传感器用于检测光伏板上的太阳方位。板上光强检测传感器用于检测光伏板上的第一光照强度。太阳方位检测传感器和板上光强检测传感器通过缆线连接处理模块8。
在本实施例中，太阳方位传感器可采用四象限光电探测器。四象限光电探测器由
四个光电一致性较好的、相互独立的探测器封装而成，根据光斑在各象限上能量分布的比
例，能够计算出入射光斑的中心位置，从而确定太阳的空间定位，计算方法可采用下述公式
（1）和公式（2）进行四象限加减算法：
公式（1）
其中，
、
、
、
分别代表光斑在四象限光电探测器四个象限上的分布面积，
A、B、C、D分别代表四象限光电探测器中位于东南、西南、西北和东北的探测器。
、
分别
代表光斑在x轴和y轴上的偏移分量，采用下述公式（3）和公式（4）进行归一化处理，消除因
光线强度引起的偏差：
x轴和y轴分别对应太阳的方位角方向和高度角方向，即
代表太阳在方位
角方向上向西偏移，反之向东。
代表太阳在高度角方向上向北偏移，反之向南。因
此，运算和控制模块可以根据
和
的符号和大小控制步进电机旋转，直到
和
等于0或之非常小，则认为此时太阳能板1垂直正对太阳光辐射，光伏发电效率最高。定义此
时的太阳能板1俯仰角为初始角度
。
在较佳的实施例中，上述水体传感模块5包括水面光强检测传感器和温度传感器。水面光强检测传感器用于检测光伏板下方水面上的第二光照强度。温度传感器用于检测光伏板下方水面上的水面温度。水面光强检测传感器和温度传感器通过缆线连接处理模块8。光强检测传感器主要由光敏器件构成，利用光敏器件在光照条件下输出的光电流信号幅度与光照强度成正比的原理来检测太阳光强。
水体传感模块5通过线或绳系在太阳能板1上，为浮体设计，其上表面浮于水面，下表面浸在水里。水面光强检测传感器设置于水体传感模块5的上表面。温度传感器设置于水体传感模块5的下表面。
在较佳的实施例中，上述处理模块8在每天的多个预设时间点更新太阳能板1绕水
平轴线转动的初始角度
。上述预设时间点包括6点、8点、10点、12点、14点、16点、以及18
点。
上述处理模块8在更新太阳能板1绕水平轴线转动的初始角度
后，每间隔15分钟
均对第一光照强度是否大于第一阈值进行一次判断，若是，则根据太阳方位沿竖直轴线和/
或水平轴线转动光伏板，并更新太阳能板1绕水平轴线转动的初始角度得到更新角度。若
否，则退出判断。
在本实施例中，在固定时间点判断板上光强检测传感器所测得第一光照强度是否
大于第一阈值，若小于阈值，则不对光伏板角度进行改动。若大于或等于第一阈值，则根据
太阳方位检测传感器对光伏板角度进行二维调整，人为调整后的光伏板角度为能使光伏发
电效率最大化的角度，并记录此时的太阳能板1俯仰倾角为太阳能板1俯仰倾角初始值，并
设置太阳能板1俯仰倾角取值范围为
±5°。
可以选择在每日6点、8点、10点、12点、14点、16点、18点更新太阳能板1倾角初始值
，认为在18点到次日6点由于光强可以忽略，太阳能板1所发电量可以忽略，因此不需要
对光伏板角度进行调整。
在较佳的实施例中，水面光强检测传感器检测经太阳能板1遮挡后的水面光强I，温度传感器检测经太阳能板1遮挡后的水面温度T。预先设置水面光强正常范围为I1~I2，其中，I1为水面光强正常值的下限，水面光强低于此值则认为水面光强过弱，I2为水面光强正常值的上限，水面光强高于此值则认为水面光强过强。预先设置水面温度正常值的下限为T1，水面温度低于此温度则认为水面温度过低。其中，T1、I1、I2的值根据具体所养殖鱼类品种及其生长适宜的具体温度及光照条件而确定。
每15分钟，处理模块8判断第一光照强度是否大于第一阈值，若小于第一阈值则不进行后续的计算及太阳能板1俯仰角调整，若大于第一阈值则进行太阳能板1俯仰角后续调整。后续调整包括根据第二光照强度和水面温度判断水面温度、水面光强是否在正常范围内，若正常则不对太阳能板1俯仰倾角进行调整，若不正常则通过无线通讯模块9向终端告警并驱动第一步进电机4，使得光伏板绕水平转轴10进行旋转，此时光伏板进行俯仰运动，相邻两次预设时间点之间的任意一更新角度均满足下述公式（5）：
其中，
用于表示相邻两次预设时间点中的前一个预设时间点的初始角度。
用
于表示相邻两次预设时间点之间太阳能板1绕水平轴线进行第n次转动后的更新角度。
用于表示相邻两次预设时间点之间太阳能板1绕水平轴线进行第n-1次转动后的更新
角度。n用于表示相邻两次预设时间点之间太阳能板1绕水平轴线进行转动的次数，0≤n≤
4，n为正整数。
用于表示预设的第一系数。
用于表示预设的第二系数。
用于表示预
设阈值中的温度阈值。
用于表示当前水面温度。
用于表示预设阈值中的光照强度下限
值。
用于表示当前水面光照强度。更新角度
的上下限为初始角度
的正负5°，如果更新
角度
已经到达上下限，即便判断需要进行光伏板俯仰角调整，也不再沿水平轴线转动光
伏板。
上述系统还包括移动终端和无线通讯模块9。移动终端用于在处理模块8判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，接收处理模块8发送的告警信息。无线通讯模块9用于为处理模块8和移动终端之间建立无线通讯连接。
如图2所示，本发明还提供一种渔光互补光伏发电方法，包括：
在水面上安装太阳能板1，太阳能板1包括可沿竖直轴线和水平轴线转动的光伏板。
检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度。
检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度。
在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上。
在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。
本实施例的渔光互补光伏发电方法，适用于上述各渔光互补光伏发电系统。
本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种渔光互补光伏发电系统，其特征在于，包括：
太阳能板，其包括可沿竖直轴线和水平轴线转动的光伏板；
板上传感模块，其用于检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度；
水体传感模块，其用于检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度；
处理模块，其用于在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上；还用于在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。
2.如权利要求1所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，所述太阳能板包括：
光伏板；
水平转轴，其沿水平向设置在光伏板下方，光伏板可绕水平转轴转动；
第一步进电机，其用于为光伏板沿水平转轴转动提供动力；
第一减速传动机构，其用于将第一步进电机输出的动力传递给水平转轴；
支撑框架，其设置在光伏板下方，且其顶端连接水平转轴；
竖直转轴，其沿竖直向设置在光伏板下方，且其顶端连接支撑框架，支撑框架可绕竖直转轴转动；
第二步进电机，其用于为光伏板沿竖直转轴转动提供动力；
第二减速传动机构，其用于将第二步进电机输出的动力传递给竖直转轴。
3.如权利要求1所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，所述板上传感模块包括：
太阳方位检测传感器，其用于检测光伏板上的太阳方位；
板上光强检测传感器，其用于检测光伏板上的第一光照强度；
所述太阳方位传感器采用四象限光电探测器。
4.如权利要求1所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，所述水体传感模块包括：
水面光强检测传感器，其用于检测光伏板下方水面上的第二光照强度；
温度传感器，其用于检测光伏板下方水面上的水面温度。
5.如权利要求4所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，所述水体传感模块通过线或绳系在太阳能板上，为浮体设计，其上表面浮于水面，下表面浸在水里；
水面光强检测传感器设置于水体传感模块的上表面；
温度传感器设置于水体传感模块的下表面。
6.如权利要求1所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，所述处理模块在每天的多个预设时间点更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度；所述预设时间点包括6点、8点、10点、12点、14点、16点、以及18点；
所述处理模块在更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度后，每间隔15分钟均对第一光照强度是否大于第一阈值进行一次判断，若是，则根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，并更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度得到更新角度；若否，则退出判断。
7.如权利要求6所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，相邻两次预设时间点之间的任意一更新角度均满足下述公式：
其中，
n用于表示相邻两次预设时间点之间太阳能板绕水平轴线进行转动的次数，0≤n≤4，n为正整数；
8.如权利要求1所述的渔光互补光伏发电系统，其特征在于，所述系统还包括：
移动终端，其用于在处理模块判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，接收处理模块发送的告警信息；
无线通讯模块，其用于为处理模块和移动终端之间建立无线通讯连接。
9.一种渔光互补光伏发电方法，其特征在于，包括：
在水面上安装太阳能板，太阳能板包括可沿竖直轴线和水平轴线转动的光伏板；
检测光伏板上的太阳方位和第一光照强度；
检测光伏板下方水面上的第二光照强度和水面温度；
在判断第一光照强度大于第一阈值时，根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，以使太阳光垂直照射在光伏板上；
在判断第二光照强度和水面温度中任一项超出预设阈值时，沿水平轴线转动光伏板，以使第二光照强度和水面温度均不超出预设阈值。
10.如权利要求9所述的渔光互补光伏发电方法，其特征在于，
在每天的多个预设时间点更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度；所述预设时间点包括6点、8点、10点、12点、14点、16点、以及18点；
在更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度后，每间隔15分钟均对第一光照强度是否大于第一阈值进行一次判断，若是，则根据太阳方位沿竖直轴线和/或水平轴线转动光伏板，并更新太阳能板绕水平轴线转动的初始角度得到更新角度；若否，则退出判断。
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- 2022-07-11 CN CN202210810205.0A patent/CN114884452A/zh active Pending
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