一種提高光伏陣列總輻照度的改進(jìn)太陽能跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高光伏陣列總輻照度的方法，尤其是涉及一種提高光伏陣列總 輻照度的改進(jìn)太陽能跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽輻射包括直射、散射和反射，云遮擋造成直射的衰減。因此，太陽總輻射量晴 天直射為主，多云天直射劇烈變化，陰天散射為主。為提高光伏陣列直射輻照度，傳統(tǒng)太陽 能跟蹤方法保持入射角為0°。在多云天或陰天，水平面總輻照度大于傾斜面總輻照度時(shí)， 會(huì)降低光伏效率。而氣象資料顯示，年散射輻射量可能占總輻射量60%以上。
[0003] 在〈〈Improved photovoltaic energy output for cloudy conditions with a solar tracking system》{Kelly NA，Gibson TL. Improved photovoltaic energy output for cloudy conditions with a solar tracking system[J]. Solar Energy, 2009,83(11) :2092-2102. }中，提出陰天平放光伏陣列能夠增加約50%的太陽總輻射量， 但沒有提出精確求解的方法。在《Modeling and optimization of the global solar irradiance collecting efficiency》{Burduhos BG，Visa I，Neagoe M，et al. Modeling and optimization of the global solar irradiance collecting efficiency[J]. International Journal of Green Energy，2015,12 (7) :743-755.}中，提出假設(shè)陣列方位 角與太陽方位角始終相等，通過計(jì)算陣列總輻照度對(duì)陣列傾角的導(dǎo)數(shù)，求得最優(yōu)陣列傾角。 但是，上述2種方法采用的Liu Jordan模型無法準(zhǔn)確計(jì)算晴天和多云天的光伏陣列散射福 照度。如果采用高精度散射輻照度模型，如Reindl模型、Perez模型等，陣列總輻照度對(duì)陣 列傾角的導(dǎo)數(shù)求解困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種延長陣列方位 角跟蹤電機(jī)的使用壽命、不限制總輻照度模型復(fù)雜性的提高光伏陣列總輻照度的改進(jìn)太陽 能跟蹤方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種提高光伏陣列總輻照度的改進(jìn) 太陽能跟蹤方法，該方法區(qū)別陣列方位角和陣列傾角對(duì)總輻照度的不同影響，以光伏陣列 最大的總輻照度為跟蹤目標(biāo)，采用自適應(yīng)超前滯后跟蹤方法通過調(diào)節(jié)陣列方位角超前滯后 跟蹤的調(diào)節(jié)步長來調(diào)節(jié)陣列方位角，使得陣列方位角與太陽方位角的位置關(guān)系重復(fù)經(jīng)歷超 前、重合和滯后三個(gè)過程，直到水平面總輻照度為〇W/m2,減少陣列方位角跟蹤電機(jī)的啟停 次數(shù)；采用遺傳算法優(yōu)化光伏陣列總輻照度，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果給定參考值調(diào)節(jié)陣列傾角。
[0006] 所述的自適應(yīng)超前滯后跟蹤方法根據(jù)水平安裝的總輻射表測(cè)得的水平面的總輻 照度和散射輻照度計(jì)算水平面的直射輻照度占總輻照度的比值f，按照該比值的不同自動(dòng) 改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長，在直射輻照度占比小時(shí)自動(dòng)增大陣列方位角超 前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長。
[0007] 所述的比值f計(jì)算式如下：
[0009] 其中，Ibh為水平面的直射輻照度；I #為水平面的總輻照度。
[0010] 所述的自動(dòng)改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長具體如下：當(dāng)f值小于0. 63 時(shí)，陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長為6° ;反之，陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步 長為3°。
[0011] 所述的自適應(yīng)超前滯后跟蹤方法調(diào)節(jié)陣列方位角的具體過程如下：
[0012] 當(dāng)滿足Sa_Pa> L 3時(shí)，調(diào)節(jié)陣列方位角為：P an= P a+2La，其中，Sa為太陽方位角，L a為陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長，匕為陣列方位角，P an為調(diào)節(jié)后的陣列方位角。
[0013] 所述的水平面直射輻照度具體計(jì)算公式如下：
[0014] Ibh= I gh_Idh
[0015] 其中，Igh為水平面總輻照度，I dh為水平面散射輻照度，兩者均用水平安裝總輻射 表測(cè)得。
[0016] 所述的遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程提出的一種隨機(jī)優(yōu) 化算法，善于優(yōu)化復(fù)雜問題。
[0017] 所述的遺傳算法采用停滯代數(shù)作為收斂判據(jù)，優(yōu)化光伏陣列總輻照度模型，搜索 使光伏陣列總輻照度負(fù)值最小的最優(yōu)陣列傾角。采用復(fù)雜總輻照度模型時(shí)，遺傳算法求解 陣列傾角具有優(yōu)勢(shì)。陣列傾角按照遺傳算法優(yōu)化光伏陣列總輻照度給定的參考值進(jìn)行調(diào) To
[0018] 所述的光伏陣列總輻照度模型包括光伏陣列直射輻照度和光伏陣列散射輻照度， 忽略光伏陣列反射輻照度，計(jì)算式如下：
[0020] 其中，I。為光伏陣列總輻照度，I bh、i、rb、K、f的計(jì)算式分別如下：
[0026] 其中，1%為水平面直射輻照度，I &為水平面散射輻照度，I gh為水平面總輻照度， rb為傾斜面和水平面直射輻照度的比值，i為太陽光入射角，Η為太陽高度角，Z為太陽天頂 角，SaS太陽方位角，PaS陣列方位角，Κ為各向異性系數(shù)，I。= 1367W/m2,為太陽常數(shù)，f為 調(diào)節(jié)系數(shù)，β為陣列傾角。
[0027] 所述的光伏陣列散射輻照度采用各向異性Reindl模型計(jì)算，提高所得計(jì)算值與 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的一致性。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] (1)采用自適應(yīng)超前滯后跟蹤方法調(diào)節(jié)陣列方位角，能夠減少其跟蹤電機(jī)啟停次 數(shù)，有利于延長電機(jī)使用壽命；
[0030] (2)采用遺傳算法（GA算法）優(yōu)化光伏陣列總輻照度，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果給定調(diào)節(jié)陣列 傾角的參考值，能夠采用復(fù)雜陣列總輻照度模型；
[0031] (3)光伏陣列散射輻照度采用各向異性Reindl模型計(jì)算，比其他不采用分區(qū)域積 分計(jì)算的各向異性模型，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致性最好；
[0032] (4)考慮太陽散射影響，提高了全天候的光伏陣列總輻照度。
【附圖說明】
[0033] 圖1為晴天的太陽輻照度；
[0034] 圖2為多云天的太陽輻照度；
[0035] 圖3為陰天的太陽輻照度；
[0036] 圖4為本申請(qǐng)與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在多云天的陣列方位角調(diào)節(jié)過程比較；
[0037] 圖5為本申請(qǐng)與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在晴天、多云天、陰天天氣條件下的陣列 傾角調(diào)節(jié)過程比較；
[0038] 圖6為本申請(qǐng)與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在晴天的光伏陣列總輻照度比較；
[0039] 圖7為本申請(qǐng)與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在多云天的光伏陣列總輻照度比較；
[0040] 圖8為本申請(qǐng)與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在陰天的光伏陣列總輻照度比較。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042] -種提高光伏陣列總輻照度的改進(jìn)太陽能跟蹤方法，該方法區(qū)別陣列方位角和陣 列傾角對(duì)總輻照度的不同影響，以光伏陣列最大的總輻照度為跟蹤目標(biāo)，采用自適應(yīng)超前 滯后跟蹤方法通過改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長來自適應(yīng)調(diào)節(jié)陣列方位角，使 得陣列方位角與太陽方位角的位置關(guān)系重復(fù)經(jīng)歷超前、重合和滯后三個(gè)過程，直到水平面 總輻照度為〇W/m2,減少陣列方位角跟蹤電機(jī)的啟停次數(shù)；采用遺傳算法優(yōu)化光伏陣列總輻 照度，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果給定參考值調(diào)節(jié)陣列傾角。
[0043] 所述的自適應(yīng)超前滯后跟蹤方法根據(jù)水平安裝的總輻射表測(cè)得的水平面的總輻 照度和散射輻照度計(jì)算水平面的直射輻照度占總輻照度的比值f，按照該比值的不同自動(dòng) 改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長，在直射輻照度占比小時(shí)自動(dòng)增大陣列方位角超 前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長。
[0044] 所述的比值f計(jì)算式如下：
[0046] 其中，1%為水平面直射輻照度；I gh為水平面總輻照度。
[0047] 所述的自動(dòng)改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長具體如下：當(dāng)f值小于0. 63 時(shí)，陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長為6° ;反之，陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步 長為3°。
[0048] 所述的自適應(yīng)超前滯后跟蹤方法調(diào)節(jié)陣列方位角的具體過程如下：
[0049] 當(dāng)滿足Sa_Pa> ，調(diào)節(jié)陣列方位角為：Pan= Pa+2La，其中，Sa為太陽方位角，La 為陣列方位角超前滯后跟蹤的調(diào)節(jié)步長，匕為陣列方位角，P an為調(diào)節(jié)后的陣列方位角。
[0050] 所述的水平面直射輻照度具體計(jì)算公式如下：
[0052] 其中，Igh為水平面總輻照度，I &為水平面散射輻照度。
[0053] 所述的遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程提出的一種隨機(jī)優(yōu) 化算法，善于優(yōu)化復(fù)雜問題。