一種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法，其通過比較太陽軌跡與雙軸光伏跟蹤器軌跡的位置差來決定是否進(jìn)行過點(diǎn)跟蹤，當(dāng)跟蹤器自身高度角（S0H）或方位角（S0W）小于太陽軌跡對應(yīng)的高度角（S1H）或方位角（S1W）即S0H-S0H>Μ1或SW-GW>Μ2時(shí)（Μ為過點(diǎn)跟蹤的跟蹤閥值）表明跟蹤器的位置滯后太陽軌跡S1，此時(shí)本算法將控制跟蹤器朝著太陽運(yùn)行的軌跡追蹤2Μ的行程，使得跟蹤器處于領(lǐng)先太陽實(shí)際位置Μ的位置。由于太陽在朝著既定軌跡運(yùn)動，所以跟蹤器和太陽位置之差會先從Μ減小到0，再從0變Μ，當(dāng)太陽位置又領(lǐng)先跟蹤器位置Μ時(shí)再重復(fù)上面的步驟。采用該種過點(diǎn)控制方法的雙軸光伏跟蹤發(fā)電機(jī)的年平均發(fā)電量能夠提升0.05%。
【專利說明】一種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種清潔、無資源地域限制的能源，勢必將成為未來支撐國家建設(shè)的重要能源之一。其中太陽能光伏利用即太陽光通過光伏器件直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)經(jīng)過幾十年發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但實(shí)際操作中，光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率一直偏低，并且其生產(chǎn)成本土地成本等多方面因素制約其更加快速的發(fā)展。
[0003]目前國內(nèi)的雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)近幾年發(fā)展較快，雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的研發(fā)目的是使太陽光線在日照時(shí)間始終垂直射向太陽能電池板，使其發(fā)電量達(dá)到最大。但目前國內(nèi)的雙軸光伏產(chǎn)品的跟蹤模式比較被動，其跟蹤方式為當(dāng)太陽的位置S1超前跟蹤器的位置Stl時(shí)，S1-S0 >M，跟蹤器則驅(qū)動M的行程追趕太陽，然而在跟蹤器驅(qū)動追趕的過程中，太陽的位置又發(fā)生了變化，只有當(dāng)其變化幅度達(dá)到一定的范圍，其跟蹤器才開始跟蹤，當(dāng)雙軸光伏系統(tǒng)跟蹤器進(jìn)行微調(diào)的時(shí)間段內(nèi)太陽高度角以及方位角也在變化，因此，目前這種跟蹤模式在理論上不可能實(shí)現(xiàn)零誤差的跟蹤，從而不能使太陽能電池板與太陽光線垂直，由此勢必造成一定發(fā)電量的損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:針對上述存在的問題，提供一種在雙軸光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化太陽跟蹤中，使用一種超前跟蹤太陽方法使太陽能電池板能夠接收更多太陽光能的過點(diǎn)控制方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法，其特征在于:包括以下步驟:
a)、計(jì)算出太陽軌跡S1(H1, W1)并通過跟蹤器上的傳感器讀取自身位置Stl Ch0, W0), Μ時(shí)得出高度角之差的絕對值M1以及方位角之差的絕對值M2 ；
b)JfMliM2分別與設(shè)定的判斷值X進(jìn)行比較，大于等于X的參數(shù)所代表的方向?yàn)楦櫰鲗⒁{(diào)整的方向，程序通過命令跟蹤器，調(diào)整參數(shù)大于等于X所代表的方向至比太陽高度角或方位角大M?2M范圍內(nèi)的角度，完成指令后程序返回至第一步進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)MkM2均小于X時(shí)，程序繞過跟蹤裝置回到第一步并循環(huán)；
在所述步驟a)中，其具體的計(jì)算方法是:
太陽天頂角Θ (弧度)及高度角α計(jì)算:
太陽天頂角θ: Θ = cos-1 (sin δ sin Φ +cos δ cos Φ cosT)式中:δ為太陽赤諱度，Φ為計(jì)算地點(diǎn)的緯度，T為太陽時(shí)角度，在計(jì)算過程中，角度單位要統(tǒng)一；
太陽高度角 α (弧度):ct = SirT1 (sin δ sin Φ+cos δ cos Φ cosT)；
太陽方位角 A:A = cos-1 (sin a sin Φ -sin δ ) /cos Φ cos a )。
[0006]本發(fā)明所述的基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法，其在所述步驟a)計(jì)算方法的模型中，方位角處理為O?360°，即正北為0°，正南為180°，在計(jì)算時(shí)應(yīng)與ARCVIEW的坡度方向?qū)?yīng)，另外，當(dāng)太陽落山后，已經(jīng)沒有短波輻射，也沒有所謂的太陽方位角，因而采用日出、日落時(shí)間或用太陽高度角控制計(jì)算。
[0007]本發(fā)明通過比較太陽軌跡與雙軸光伏跟蹤器軌跡的位置差來決定是否進(jìn)行過點(diǎn)跟蹤，在傳統(tǒng)跟蹤方式上進(jìn)一步提高發(fā)電量。傳統(tǒng)的雙軸跟蹤方式為當(dāng)太陽的位置S1超前跟蹤器的位置Stl時(shí)，S1-Stl >M，跟蹤器則驅(qū)動M的行程追趕太陽。然而在跟蹤器驅(qū)動追趕的過程中太陽的位置又發(fā)生了變化，所以這種方式理論上不可能實(shí)現(xiàn)零誤差的跟蹤。而本過點(diǎn)跟蹤算法則可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)跟蹤方式的不足，具體如下:當(dāng)跟蹤器自身高度角(StlH)或方位角(StlW)小于太陽軌跡對應(yīng)的高度角(S1H)或方位角(S1W)即StlH- StlHSM1或SW_GW>M2時(shí)(Μ為過點(diǎn)跟蹤的跟蹤閥值)表明跟蹤器的位置滯后太陽軌跡S1，此時(shí)本算法將控制跟蹤器朝著太陽運(yùn)行的軌跡追蹤2Μ的行程，使得跟蹤器處于領(lǐng)先太陽實(shí)際位置M的位置。由于太陽在朝著既定軌跡運(yùn)動，所以跟蹤器和太陽位置之差會先從M減小到O (這一過程為太陽追趕跟蹤器)，再從O變M (這一過程太陽已經(jīng)超過跟蹤器但是差值仍然小于M )。當(dāng)太陽位置又領(lǐng)先跟蹤器位置M時(shí)又重復(fù)上面的步驟。按照此控制方法，跟蹤器和太陽的位置才會有完全重合的時(shí)間點(diǎn)，使太陽能電池板能夠最大效率利用太陽光能，采用該種過點(diǎn)控制方法的雙軸光伏跟蹤發(fā)電機(jī)的年平均發(fā)電量能夠提升0.05%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的控制流程示意圖。
[0009]圖2是經(jīng)緯度103.9627,30.504的太陽高度角和方位角曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]在本實(shí)施例中，為精確控制跟蹤器轉(zhuǎn)動角度同時(shí)驗(yàn)證未采用過點(diǎn)跟蹤方法的雙軸光伏跟蹤器的跟蹤偏角的誤差存在，下面將對一種雙軸光伏跟蹤器的單次跟蹤的高度角調(diào)整時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。使用一種575減速電機(jī)，一種每分鐘1800轉(zhuǎn)的電機(jī)，蝸輪副為60的渦輪，減速電機(jī)與蝸桿相連，蝸桿連接渦輪，渦輪控制雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的方位角，雙軸光伏發(fā)電機(jī)方位角變化0.6度，帶動其旋轉(zhuǎn)的渦輪旋轉(zhuǎn)0.6度，0.6度對應(yīng)渦輪上0.1個(gè)齒，渦輪旋轉(zhuǎn)
0.1個(gè)齒對應(yīng)蝸桿旋轉(zhuǎn)0.1圈，對應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)用掉1.8秒。
[0013]該種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法的應(yīng)用流程如圖1所示，包括以下步驟:
a)、計(jì)算出太陽軌跡S1(H1, W1)并通過跟蹤器上的傳感器讀取自身位置Stl (tv W(l)，同時(shí)得出高度角之差的絕對值M1以及方位角之差的絕對值M2 ；
b)4fMKM2分別與設(shè)定的判斷值X進(jìn)行比較，在本實(shí)施例中，判斷值X取0.3，大于等于
0.3的參數(shù)所代表的方向?yàn)楦櫰鲗⒁{(diào)整的方向，程序通過命令跟蹤器，調(diào)整參數(shù)大于等于0.3所代表的方向至比太陽高度角或方位角大2M度，完成指令后程序返回至第一步進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)MkM2均小于0.3時(shí)，程序繞過跟蹤裝置回到第一步并循環(huán)；其中，判斷值X可以根據(jù)使用者的需要以及太陽高度角變化的快慢進(jìn)行合理的設(shè)定，判斷值X取值越小，跟蹤器的跟蹤精度越高，太陽的利用率越大，但是跟蹤器的磨損也越大，而跟蹤器相對于判斷值X進(jìn)行調(diào)整的數(shù)值以2M為最佳。
[0014]如圖2所示，太陽高度角所代表的曲線(H_ANGLE)大于零度為雙軸光伏跟蹤器開始工作的條件之一。
[0015]在所述步驟a)中，其具體的計(jì)算方法是:
太陽天頂角Θ (弧度)及高度角α計(jì)算:
太陽天頂角θ: Θ = cos-1 (sin δ sin Φ +cos δ cos Φ cosT)式中:δ為太陽赤諱度，Φ為計(jì)算地點(diǎn)的緯度，T為太陽時(shí)角度，在計(jì)算過程中，角度單位要統(tǒng)一；
太陽高度角 α (弧度):ct = SirT1 (sin δ sin Φ+cos δ cos Φ cosT)；
太陽方位角 A:A = cos-1 (sin a sin Φ -sin δ ) /cos Φ cos a )。
[0016]在所述步驟a)計(jì)算方法的模型中，方位角處理為O?360°，即正北為0°，正南為180°，在計(jì)算時(shí)應(yīng)與ARCVIEW的坡度方向?qū)?yīng)，另外，當(dāng)太陽落山后，已經(jīng)沒有短波輻射，也沒有所謂的太陽方位角，因而采用日出、日落時(shí)間或用太陽高度角控制計(jì)算。
[0017]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法，其特征在于:包括以下步驟: a)、計(jì)算出太陽軌跡S1(H1, W1)并通過跟蹤器上的傳感器讀取自身位置Stl Ch0, w0), Μ時(shí)得出高度角之差的絕對值M1以及方位角之差的絕對值M2 ； b)JfMliM2分別與設(shè)定的判斷值X進(jìn)行比較，大于等于X的參數(shù)所代表的方向?yàn)楦櫰鲗⒁{(diào)整的方向，程序通過命令跟蹤器，調(diào)整參數(shù)大于等于X所代表的方向至比太陽高度角或方位角大M?2M范圍內(nèi)的角度，完成指令后程序返回至第一步進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)MkM2均小于X時(shí)，程序繞過跟蹤裝置回到第一步并循環(huán)； 在所述步驟a)中，其具體的計(jì)算方法是: 太陽天頂角Θ (弧度)及高度角α計(jì)算: 太陽天頂角θ: Θ = cos-1 (sin δ sin Φ +cos δ cos Φ cosT)式中:δ為太陽赤諱度，Φ為計(jì)算地點(diǎn)的緯度，T為太陽時(shí)角度，在計(jì)算過程中，角度單位要統(tǒng)一；
太陽高度角 α (弧度):ct = SirT1 (sin δ sin Φ+cos δ cos Φ cosT)；
太陽方位角 A:A = cos-1 (sin a sin Φ -sin δ ) /cos Φ cos a )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙軸光伏跟蹤系統(tǒng)的過點(diǎn)控制方法，其特征在于:在所述步驟a)計(jì)算方法的模型中，方位角處理為O?360°，即正北為0°，正南為180°，在計(jì)算時(shí)應(yīng)與ARCVIEW的坡度方向?qū)?yīng)，另外，當(dāng)太陽落山后，已經(jīng)沒有短波輻射，也沒有所謂的太陽方位角，因而采用日出、日落時(shí)間或用太陽高度角控制計(jì)算。
【文檔編號】G05D3/12GK104181940SQ201410412846
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】黃忠 申請人:四川鐘順太陽能開發(fā)有限公司