CN116507858A - 单轴太阳能追踪器管理方法及实施所述方法的太阳能设备 - Google Patents

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Abstract

为了最大化电力输出产量，本文提供了一种太阳能设备及单轴太阳能追踪器管理方法。本发明的目的包括一种太阳能设备和一种方法，该方法考虑了由现场传感器进行的读数，同时天气预报数据由第三方提供，第三方例如收集和广播与太阳辐照度水平和影响太阳辐照度水平的诸如云、污染或雾等的气候条件相关的天气预报数据的天气预报公司。设备的一些太阳能追踪器被配备有辐照度传感器，而太阳能设备沿其布置有多个太阳能传感器；这些太阳传感器被配置为测量水平面上的辐照度。本发明的目的设想了一种前哨太阳能追踪器，该前哨太阳能追踪器被配置为在倾斜平面中进行辐射测量，并且当需要验证水平传感器的测量时，它们将达到0°位置。

Description

单轴太阳能追踪器管理方法及实施所述方法的太阳能设备
技术领域
本发明涉及可再生能源的技术领域，尤其涉及太阳能。
本发明的目的针对管理和控制太阳能追踪器，从而使发电量最大化。
背景技术
由于环境鼓励，太阳能发电在过去几十年中得到了发展，作为一种清洁和可再生能源取得了巨大成功。使用配备有需要辐照度的PV电池的太阳能面板来将太阳能转换为电能，太阳辐照度越大，生成的电力就越多，这涉及到PV电池。太阳能成功故事的大部分是越来越多地使用追踪系统来移动太阳能面板，以跟随天空中的太阳。
传统的追踪器基本上是计时器，该计时器随着太阳的移动使面板在天空中移动。虽然太阳确实是可以预测的，但云是不可预测的，如果不是在完全平坦的地形上，面板可能相互遮挡。
已知的解决方案包括传感器和控制系统的部署，传感器和控制系统监测实际阳光并单独移动每排面板以最大化性能。例如，当云将直射阳光转换为漫射光时，如果面板指向竖直上方以捕捉最大量的漫射光，而不是指向被遮挡的太阳，则效果会更好；然而，当太阳在天空中较低时，可以调整每排面板的角度，以最小化后面排的阴影；这个过程称为回溯。
US10541644B2公开了一种用于控制可绕旋转轴定向的单轴太阳能追踪器的定向的方法，US10541644B2的方法包括观察太阳能追踪器上方的云覆盖随时间的演变；依据观察的云覆盖，确定太阳能追踪器的最佳倾角随时间的演变，最佳倾角基本上对应于太阳能追踪器上的太阳辐射的最大值；基于观察的云覆盖的先前演变来预测云覆盖的未来演变；根据云覆盖的未来演变的预测，计算最佳倾角的未来演变；根据最佳倾角的先前演变以及依据最佳倾角的未来演变，伺服控制太阳能追踪器的定向。
EP3303939B1提出了一种用于控制可围绕旋转轴定向的单轴太阳能追踪器的定向的方法，所述方法重复执行连续的控制阶段，其中每个控制阶段实施以下连续阶段：观察太阳能追踪器上方的云量；将观察的云量与数据库中存档的云量模型进行比较，每个云量模型与来自太阳能追踪器的定向指令相关联；将观察的云量与云量模型进行匹配；通过应用与在匹配期间选择的所述云量模型相关联的定向指令来处理太阳能追踪器的定向。在EP3303939B1中，云覆盖的观察被转换为根据不同仰角的太阳亮度的映射，云覆盖模型由地图模型构成，并且比较是基于映射上的太阳亮度的分布与不同地图模型中的太阳亮度的分布之间的比较。
US2011158467A1公开了一种用于控制可围绕旋转轴定向的单轴太阳能追踪器的定向的方法，所述方法实施以下步骤：观察太阳能追踪器上方的覆盖云随时间的演变，使用太阳能追踪器上的天空观察系统来连续若干次观察云量；将观察系统所做的每次观察转化为太阳亮度映射，并通过在每个时刻为每个映射计算与所述映射上的太阳亮度的最大值相关联的最佳倾角，确定太阳能追踪器的最佳倾角随时间的演变，即所观察的云量的函数，最佳倾角基本上对应于太阳能追踪器上的太阳辐射的最大值；以及根据最佳倾角的先前演变来控制太阳能追踪器的定向。
US2011220091A1公开了相对于定日镜场的云阴影的代表性图像可用于调整太阳能系统的操作。
US2010139644A1公开了涉及太阳能系统和相应操作方法的实施例。在一些实施例中，太阳能系统包括：多个定日镜，多个定日镜被配置为将太阳光反射到安装在塔上的目标上，每个定日镜包括对应的定日镜控制器，目标选自包括能量转换目标的组。
发明内容
本发明的目的解决了当全局太阳辐照度(以下称为辐照度)由于环境条件而降低时，通过太阳能追踪器将面板定位在最大断电位置上来瞄准太阳能面板的问题。这是通过使用结合天气和辐照度预报的现场传感器检测降低直接辐照度的入射的所述条件来实现的；其适当处理后允许确定要发送到太阳能追踪器的移动命令，从而修改太阳能面板的位置。
本发明的目标包括旨在一种方法的本发明的第一方面，以及旨在在太阳能设备处用于并配置为通过执行基于结合来自第三方的辐照度预测的现场测量的计算来最大化能量生产的本发明的第二方面，。
为了做到这一点，太阳能设备处的一些太阳能追踪器配备有太阳能传感器，以测量追踪平面上的辐照度。这些太阳追踪器将提供追踪平面上的辐照度测量，因此它们应尽可能表示平均设备条件。反过来，它们必须靠近它们相应的太阳能传感器，该传感器被布置在太阳能设备上以测量水平面辐照度，使得当两个传感器都处于水平时，可以认为它们提供相同的辐照度水平测量。考虑到水平传感器要与安装结构相关联，优选形成网关柜(GatewayCabinet，GWC)的一部分，配备有太阳能追踪器传感器以测量和确定辐照度的太阳能追踪器必须被布置在这些结构中的一个的附近。
考虑到这两个主要要求，假设安装结构形成GWC的一部分，用于选择太阳能追踪器传感器的位置的方法可能会考虑到定位所有网关柜(GWC)。选择与每个网关柜(GWC)相关联的两个太阳能追踪器的范围内的所有太阳能追踪器，获取此类太阳能追踪器的南北坡度值和太阳能设备的南北坡度平均值。对于所选择的太阳能追踪器，选择南北坡度值最接近太阳能设备的南北坡度平均值且不超过该设备的南北坡度的标准偏差的至少一个太阳能追踪器，丢弃同一网关柜(GWC)附近的所有其他太阳能追踪器；为至少一个所述太阳能追踪器配备太阳能追踪器传感器，并重复操作，直到获得配备有太阳能传感器的太阳能追踪器的期望数量，以测量追踪平面的辐照度水平。
配备有传感器的太阳能追踪器的数量取决于太阳能设备的特征，始终满足至少两对水平倾斜的配备有传感器的太阳能追踪器。如果设备具有明显不同的坡度的区域，建议在每个区域中放置至少两个配备有传感器的太阳能追踪器。依据设备的尺寸，还方便地放置额外的配备有传感器的太阳能追踪器，以使数据更能代表设备。在本发明的目的的任一方面的优选实施例中，每50MW提供了一对配备有传感器的太阳能追踪器。
一些类型的传感器故障是很容易识别的，例如，通信故障意味着没有测量，数据中会出现间隙。然而，传感器上的灰尘或阴影的存在可能足以使数据不准确，并表示错误的测量，例如表示水平面上较高辐照度值的读数。如果是这种情况，可以通过使同一传感器同时进行水平和倾斜测量来解决该问题。这是前哨太阳能追踪器(outpostsolartracker)实现的功能，当监测时，前哨太阳能追踪器在倾斜平面上进行辐射测量，当必须验证水平传感器的测量时，它们将到达0°位置。前哨追踪器不必是特定的追踪器，而是可以与之建立通信的配备有传感器的第一太阳能追踪器，因此可以避免通信故障。
这是通过配置与辐照度传感器(以下称为太阳能追踪器传感器)相关联的一个太阳能追踪器控制器来实现的，该太阳能追踪器控制器被设置为0°，一旦定位在0°处，则通过相关联的辐照度传感器进行辐射检查。如果当将太阳能追踪器定位在水平面位置处时辐照度水平增加，则所述太阳能追踪器控制器将被设置为追踪，太阳能设备上的剩余太阳能追踪器将被设置成收起位置。不允许将与辐照度传感器相关联的那些追踪器定位在收起位置处。
附图说明
为了补充所作的描述，并为了帮助更好地理解本发明的特征，根据其实际实施例的优选示例，附上一组附图作为所述描述的不可分割的部分，其中具有说明性和非限制性的特征，以下附图表示：
图1示出了表示本发明的方法的流程图的图表。
具体实施方式
如图1所示，本发明的目的可以从太阳能设备的正常追踪状态开始，该太阳能设备包括与各个太阳能面板相关联的太阳能追踪器，并且该设备被配备有能够测量和确定水平面上的太阳辐照度的至少一个太阳能传感器。
由于一些太阳能追踪器与太阳能追踪器传感器相关联，以测量对应太阳能追踪器的追踪平面上的辐照度，该方法可以由连续评估每个太阳能面板是否满足收起条件的步骤开始；因此，对于具有由太阳能追踪器控制器操作的太阳能追踪器传感器的太阳能追踪器；所述收起条件可以被列出如下：
1、水平面上的辐照度大于追踪平面上的辐照度；这是通过传感器读数来确定的，在这种方式下，将通过沿太阳能设备部署的太阳能设备传感器来执行水平面测量，而通过与一些太阳能追踪器相关联的太阳能追踪器传感器来执行追踪测量将。配备有太阳能追踪器传感器的那些太阳能追踪器不能被带到收起位置，因为追踪平面读数将丢失，而本发明的方法需要这些读数。
2、预测这种情况将会持续一段时间，这通过由第三方提供的预报来确定。
3、配备有太阳能追踪器传感器的任何太阳能追踪器都不能以接近0°的角度被定位，即水平面上的0°位置，在该位置，太阳能面板在面向上的东西方向上是水平的；这是一个收起位置。
因此，本发明的目的包括一种太阳能设备和一种方法，该方法考虑了由现场传感器进行的读数，同时天气预报数据由第三方提供，第三方例如收集和广播与太阳辐照度水平和影响太阳辐照度水平的气候条件(如云、污染或雾)相关的天气预报数据的天气预报公司。
一旦满足这些条件，太阳能设备(以及因此部署在太阳能设备上的所有太阳能追踪器)可以被带到收起位置，但作为验证的中间阶段，配备有能够测量和确定太阳辐照度的至少一个传感器的太阳能追踪器中的一个被带到0°，从而将所述太阳能追踪器配置为前哨太阳能追踪器。一旦验证了由前哨太阳能的传感器测量的辐照度值确定了将相关联的太阳能面板带到水平面时的太阳辐照度的增加，则命令前哨太阳能追踪器返回至追踪模式，并命令将太阳能设备中的剩余太阳能追踪器发送到收起位置。如果没有，这意味着传感器中存在误差，因此将生成相应的警告，太阳能设备处的太阳能追踪器将继续追踪。
一旦未配备太阳能追踪器传感器的太阳能追踪器被设置在收起位置处，则周期性地检查是否满足返回正常操作模式的任何条件，这些条件为：
·低太阳辐照度或无太阳辐照度是可用的，即夜间时间。
·存在激活警报。
·在追踪平面上读取更高的辐照度水平*
·预测在短时间(优选在15至60分钟之间的时间段)内追踪平面中将存在更多的辐射*
*这两种情况将仅在太阳能追踪器尚未处于接近0°的位置时才会考虑。
如果满足这些条件中的任何一个，则返回追踪状态，并再次开始返回至收起的条件。

Claims (10)

1.一种用于管理单轴太阳能追踪器的方法，所述单轴太阳能追踪器通过部署在太阳能设备上的柱被固定在地面上，其特征在于，所述方法包括：
利用至少一个传感器来测量太阳能面板上的太阳辐照度，所述太阳能面板与所述至少一个单轴太阳能追踪器相关联，所述至少一个传感器被配置为以所述传感器测量水平面和追踪平面两者的太阳辐照度的方式来测量布置在所述太阳能设备上的太阳辐照度，
所述水平面对应于平行于所述地面的平面，以及
所述追踪平面对应于包括所述太阳能面板的平面；
收集天气和辐照度预报数据，
利用布置在水平上的传感器来测量所述水平面上的辐照度，以及
利用沿着所述太阳能设备布置的所述太阳能追踪器传感器来测量所述太阳能面板的追踪平面辐照度上的辐照度；
比较所述水平面上的辐照度水平和所述追踪平面上的辐照度水平；
连续确定每个太阳能追踪器的收起条件，所述条件被列出如下：
所述水平面上的辐照度水平高于所述追踪平面中的辐照度水平，根据天气预报数据，持续一定时间段所述水平面上的辐照度水平高于所述追踪平面中的辐照度水平，以及
所述太阳能追踪器在接近所述水平面的角度处不被定位；
带入到收起位置，其中所述太阳能面板在所述水平面中，所述太阳能追踪器中的一个被布置在所述传感器的旁边，所述传感器将所述太阳能追踪器配置为前哨太阳能追踪器；
验证先前步骤中测量的辐照度值以确定将所述前哨太阳能追踪器带入到所述水平面时太阳辐照度的增加；
命令：
所述前哨太阳能追踪器进入追踪模式，以及
剩余的太阳能追踪器进入收起位置；
一旦所述剩余的太阳能追踪器被设置在收起位置处，周期性地检查是否满足返回正常操作模式的条件，所述条件为：
低太阳辐照度或无太阳辐照度是可用的，
存在与传感器故障相关联的警报，以及
当所述太阳能追踪器尚未处于接近所述水平面的位置时，所述条件还包括：
在所述追踪平面上读取更高的辐照度水平，以及
预测在15分钟和60分钟之间的时间段内，所述追踪平面内存在更多的辐射。
2.根据权利要求1所述的用于管理部署在太阳能设备上的单轴太阳能追踪器的方法，其中，由第三方提供所述天气预报数据。
3.根据权利要求1所述的用于管理部署在太阳能设备上的单轴太阳能追踪器的方法，其中，所述传感器被布置在具有高度等于或近似于所述太阳能追踪器的柱的高度的结构上。
4.根据权利要求1所述的用于管理部署在太阳能设备上的单轴太阳能追踪器的方法，其中，所述天气预报数据与太阳辐照度和影响太阳辐照度水平的气候条件相关，所述气候条件如云、污染或雾。
5.根据权利要求1所述的用于管理部署在太阳能设备上的单轴太阳能追踪器的方法，还包括当所述前哨太阳能追踪器未被设置为追踪操作模式且所述剩余的太阳能追踪器未被发送到收起位置时，生成与传感器故障相关联的激活警报。
6.根据权利要求1所述的用于管理部署在太阳能设备上的单轴太阳能追踪器的方法，其中，所述前哨太阳能追踪器是第一太阳能追踪器，所述第一太阳能追踪器配备有利用通信网络联系的太阳能追踪器传感器。
7.根据权利要求1所述的用于管理部署在太阳能设备上的单轴太阳能追踪器的方法，其中，配备有太阳能追踪器传感器以测量和确定辐照度的太阳能追踪器被布置在太阳能传感器附近，使得当两个传感器都是水平的时，能够认为所述两个传感器提供了相同的辐照度测量。
8.一种包括操作太阳能面板的太阳能追踪器的太阳能设备，其特征在于，所述太阳能设备包括：
太阳能传感器，所述太阳能传感器沿着所述太阳能设备布置并被配置为测量所述太阳能面板的水平面上的辐照度，以及
太阳能追踪器传感器，所述太阳能追踪器传感器被布置在所述太阳能追踪器中的一些上并被配置为测量所述太阳能面板的追踪平面上的辐照度。
9.根据权利要求8所述的太阳能设备，其中，配备有太阳能追踪器传感器的所述太阳能追踪器是在与每个水平太阳能传感器相关联的两个太阳能追踪器的范围内的太阳能追踪器，所述每个水平太阳能传感器具有最接近所述太阳能设备的南北坡度平均值的南北坡度。
10.根据权利要求8或9任一项所述的太阳能设备，还包括前哨太阳能追踪器，所述前哨太阳能追踪器是配备有太阳能追踪器传感器的第一太阳能追踪器，所述太阳能追踪器传感器能够与所述第一太阳能追踪器建立通信。
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