本發(fā)明涉及一種太陽能的跟蹤方法，尤其涉及不同地形自適應(yīng)太陽能跟蹤方法。

背景技術(shù)：

開發(fā)新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題。在新能源中，光伏發(fā)電倍受矚目。但由于過高的成本，目前還未能充分進入市場。光伏發(fā)電市場前景廣闊，但太陽能利用效率低下，面臨著建設(shè)成本高，投資回報率低的問題。光伏發(fā)電的組件安裝形式主要有固定傾角式、單軸跟蹤、雙軸跟蹤等方式。

固定傾角式安裝是組件以一定的傾角固定在地面上，整個發(fā)電過程組件處于靜態(tài)，該安裝方式簡單易行，成本低。但太陽處于動態(tài)運動過程，在一天中太陽光與太陽能電池板相對位置時刻都在發(fā)生變化，光線與電池板相對垂直的時間很短。研究表明，太陽能電池板發(fā)電能力與接收垂直光強成正比，每天有35％以上的能量被無形的浪費掉。另外，為了防止大風(fēng)、大雪等惡劣天氣可能損壞太陽能電池板的支架，一般將基礎(chǔ)和支架的安全系數(shù)設(shè)計的很高。

為了克服上述問題，提高太陽能的利用效率，增加發(fā)電量，降低太陽能發(fā)電的運營成本，控制電池板組件旋轉(zhuǎn)的光伏發(fā)電方式，即單軸和雙軸跟蹤系統(tǒng)。其中單軸是指電池板組件只有一個旋轉(zhuǎn)自由度，在方位角(東西方向)上跟蹤太陽，雙軸跟蹤系統(tǒng)是指同時在太陽方位角和高度角上跟蹤太陽運動的方式。

一般的平單軸太陽跟蹤器，都采用了根據(jù)天文算法計算太陽方位角控制光伏組件轉(zhuǎn)動的控制方式，但在跟蹤系統(tǒng)跟蹤太陽的過程中，即使兩排光伏組件之間留有一定距離以避免前排陰影遮住后排光伏組件影響發(fā)電效率，但這段距離并不能保證所有時段光伏組件都不受陰影的遮擋，尤其當(dāng)太陽剛剛升起或即將落山時，太陽高度角很低，此時如果光伏組件繼續(xù)對準(zhǔn)太陽，遮擋是不可避免的。隨著控制算法的更新，現(xiàn)在市場上通用的平單軸跟蹤系統(tǒng)在地形比較平整的情況下已經(jīng)基本解決了陰影遮擋問題，但是該天文算法應(yīng)用在地形較為復(fù)雜如前后排組件存在明顯高度差的情況下，前后排光伏組件仍然存在較為明顯的陰影遮擋。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種能不改變原有結(jié)構(gòu)的情況下，對于地形復(fù)雜，光伏組件前后排具有高度差的布置結(jié)構(gòu)上，依然能保證任意時間前后排光伏組件東西方向上都不產(chǎn)生陰影，達到太陽光線垂直于光伏組件光射強度的最大化，提高光伏轉(zhuǎn)化率的不同地形自適應(yīng)太陽能跟蹤方法；解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的太陽能的電池板組件容易相互遮擋產(chǎn)生陰影，影響太陽光的接收，從而影響光伏轉(zhuǎn)化率的技術(shù)問題。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題是通過下述技術(shù)方案解決的：

一種不同地形自適應(yīng)太陽能跟蹤方法，其特征在于：

第一步，根據(jù)電池板組件的安裝地所處的經(jīng)度γ、緯度和北京時間t，計算當(dāng)?shù)貢rt，表明時間變化的時角ω和赤緯角δ；其中，t＝t-[(120-γ)/15]，ω＝(t-12)×15，δ＝23.45·sin[360×(284+n)/365]；

第二步，根據(jù)太陽高度角h的正切值和太陽方位角α的正弦值計算p角的正切值，p角為太陽光線的空間矢量投射到跟蹤器電池板組件上得到的一個垂直于面板的向量與水平面之間的夾角；

第三步，根據(jù)第二步得到的p角的正切值，計算跟蹤系統(tǒng)的正常跟蹤目標(biāo)角q正，q正＝90°-p；

第四步，根據(jù)電池板組件的長度l、前后兩排電池板組件立柱之間的距離d以及前后兩排光伏組件的立柱的高度差h，還有p角的正弦值算出跟蹤系統(tǒng)的反陰影跟蹤的反陰影跟蹤目標(biāo)角q反；

由于光伏組件的立柱存在前后的高度差，順著太陽光線的方向，后排組件高于或低于前排組件，設(shè)計一個等效位置，等效位置為與前排組件位于同一水平面上，由此，等效位置與后排組件的實際位置在水平方向上的差距為d，垂直方向上的差距為h，等效位置與前排組件的距離為d’，d＝h/tanp，d’＝d±d，反陰影跟蹤目標(biāo)角q反的計算如下：

第五步，太陽從升起至正午12點p角由0°增大至90°，期間p角由0°增大至45°為上午反陰影跟蹤，p角由45°增大至90°為上午正常跟蹤；從正午12點至太陽落山p角由90°減小至0°，期間p角由90°減小至45°為下午正常跟蹤，p角由45°減小0°為下午反陰影跟蹤；

第六步，通過傾角傳感器可實時監(jiān)測光伏組件的實際傾斜角度q，為提高光伏組件的發(fā)電效率，通過實時計算跟蹤目標(biāo)角和實際傾斜角的角度差，當(dāng)角度差達到一定角度時驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)使光伏組件轉(zhuǎn)至跟蹤目標(biāo)角：在光伏跟蹤系統(tǒng)處于正常跟蹤階段時當(dāng)組件實際傾斜角q與正常跟蹤目標(biāo)角q正角度差達到1°～5°時，控制器發(fā)送指令給執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整光伏組件實際傾角至q正；在光伏跟蹤系統(tǒng)處于反陰影跟蹤階段時當(dāng)組件實際傾斜角q與反陰影跟蹤目標(biāo)角q反角度差達到3°～8°時，控制器發(fā)送指令給執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整光伏組件實際傾角至q反。

針對單軸跟蹤系統(tǒng)，提出了一種基于現(xiàn)代天文算法準(zhǔn)確計算太陽位置，針對前后排的光伏組件存在高度差，預(yù)設(shè)一個等效位置，當(dāng)在實際組件上不產(chǎn)生陰影時，等效位置上也不會產(chǎn)生陰影，通過等效位置與前排組件之間的間距和組件寬度，計算電池板組件影子長度，調(diào)整電池板組件角度的太陽能跟蹤器，從而保證任意時間前后排電池板組件東西方向上都不產(chǎn)生陰影，達到太陽光線垂直于電池板組件光射強度的最大化，提高光伏轉(zhuǎn)化率。該控制器適用于轉(zhuǎn)動主軸南北向安裝的平單軸和斜單軸跟蹤系統(tǒng)。

正常跟蹤時，當(dāng)計算得出的電池板組件角度和實際電池板組件有偏差時，旋轉(zhuǎn)電池板組件，間歇動作，耗能少，實現(xiàn)節(jié)能目的，又能最大限度的對準(zhǔn)太陽，接受太陽直射。偏差角度以2°為最優(yōu)，根據(jù)調(diào)整的頻率和吸收太陽能的多少而選定。

反陰影跟蹤時候，計算得出的電池板組件角度和實際電池板組件有偏差時，旋轉(zhuǎn)電池板組件，間歇動作，耗能少，實現(xiàn)節(jié)能目的，既能避免東西組件產(chǎn)生陰影遮擋，又能最大限度的提高太陽直射輻射光強度。偏差角度最優(yōu)為5°，吸收太陽能最多，調(diào)整的頻率合適。

作為優(yōu)選，所述的p角的計算公式為：

tanp＝tanh/sinα。

因此，本發(fā)明的不同地形自適應(yīng)太陽能跟蹤方法具備下述優(yōu)點：

1、當(dāng)跟蹤器處于跟蹤階段，通過實時計算跟蹤目標(biāo)角和實際傾斜角的角度差，當(dāng)角度差達到一定角度時驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)使光伏組件轉(zhuǎn)至跟蹤目標(biāo)角，通過間歇跟蹤，避免光伏組件陰影遮擋提高組件發(fā)電效率的同時也最大化減小了驅(qū)動機構(gòu)的耗能。

2、該天文算法在地形較為復(fù)雜如前后排組件存在明顯高度差的情況下，仍能保證前后排光伏組件不產(chǎn)生陰影，做到了對不同地形的自適性。

3、算法公式簡單明了適用于各種編程語言，且在原有的光伏跟蹤系統(tǒng)控制算法基礎(chǔ)上優(yōu)化保證了算法的可靠穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是根據(jù)天文算法的太陽位置圖。

圖2是相互平行的光伏組件的追蹤示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。

實施例：

如圖1和2所示，不同地形自適應(yīng)太陽能跟蹤方法，第一步，根據(jù)電池板組件的安裝地的經(jīng)度γ、緯度和北京時間t，計算當(dāng)?shù)貢rt，表明時間變化的時角ω和赤緯角δ；其中，t＝t-[(120-γ)/15]，ω＝(t-12)×15，δ＝23.45·sin[360×(284+n)/365]；第二步，根據(jù)太陽高度角h的正切值和太陽方位角α的正弦值計算p角的正切值，tanp＝tanh/sinα，p角為太陽光線的空間矢量投射到跟蹤器電池板組件上得到的一個垂直于面板的向量與水平面之間的夾角；p角的計算公式為：

tanp＝tanh/sinα；

第三步，根據(jù)第二步得到的p角的正切值，計算跟蹤系統(tǒng)的正常跟蹤目標(biāo)角q正，q正＝90°-p；

第四步，根據(jù)電池板組件的長度l、前后兩排電池板的立柱組件之間的距離d以及前后兩排光伏組件的立柱的高度差h，還有p角的正弦值算出跟蹤系統(tǒng)的反陰影跟蹤的反陰影跟蹤目標(biāo)角q反；

由于光伏組件存在前后的高度差，順著太陽光線的方向，后排組件高于或低于前排組件，設(shè)計一個等效位置，等效位置為與前排組件1位于同一水平面上，由此，等效位置與后排組件2的實際位置在水平方向上的差距為d，垂直方向上的差距為h，等效位置與前排組件的距離為d’，d＝h/tanp，d’＝d±d，反陰影跟蹤目標(biāo)角q反的計算如下：

第五步，太陽從升起至正午12點p角由0°增大至90°，期間p角由0°增大至45°為上午反陰影跟蹤，p角由45°增大至90°為上午正常跟蹤；從正午12點至太陽落山p角由90°減小至0°，期間p角由90°減小至45°為下午正常跟蹤，p角由45°減小0°為下午反陰影跟蹤；

第六步，通過傾角傳感器可實時監(jiān)測光伏組件的實際傾斜角度q，為提高光伏組件的發(fā)電效率，通過實時計算跟蹤目標(biāo)角和實際傾斜角的角度差，當(dāng)角度差達到一定角度時驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)使光伏組件轉(zhuǎn)至跟蹤目標(biāo)角：在光伏跟蹤系統(tǒng)處于正常跟蹤階段時當(dāng)組件實際傾斜角q與正常跟蹤目標(biāo)角q正角度差達到2°時，控制器發(fā)送指令給執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整光伏組件實際傾角至q正；在光伏跟蹤系統(tǒng)處于反陰影跟蹤階段時當(dāng)組件實際傾斜角q與反陰影跟蹤目標(biāo)角q反角度差達到5°時，控制器發(fā)送指令給執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整光伏組件實際傾角至q反。