申请/专利权人：齐丽霞

申请日：2018-07-12

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN108549416B

主分类号：G05D3/12(20060101)

分类号：G05D3/12(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2018.10.16#实质审查的生效;2018.09.18#公开

摘要：本发明提供了一种光伏板日光追踪方法，其中方法包括：获取太阳高度角αs，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角AM，并根据光伏板阵列类型当该光伏板为第三类阵列时，根据预设初始法线方向高度角αM0，调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角αM＝2tan‑1[tanαssecAM‑As]‑αM0。籍此解决紧凑型光伏发电中产生的阴影遮挡问题，从而提升紧凑型光伏发电的整体发电量，节省了分布式光伏发电所占用的面积。

主权项：1.一种光伏板日光追踪方法，其特征在于方法包括：获取太阳高度角αs，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角AM，并根据光伏板阵列类型当所述光伏板为第一类阵列时，根据预设初始法线方向高度角αM0，调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角αM＝2tan-1[tanαssecAM-As]，其中所述预设初始法线方向高度角αM0为0°。

全文数据：光伏板日光追踪方法及装置技术领域[0001]本发明涉及太阳能光伏板的日光追踪技术，尤其涉及紧凑型阵列的光伏板日光追踪方法及装置。背景技术[0002]太阳能光伏发电是截止目前最安全可靠、自然清洁的可再生能源之一。由于政策导向，我国目前光伏产业供大于求。因此，除传统意义上的大规模光伏电站外，增加分布式光伏发电是拉动内需的重要手段。在分布式光伏与其他功能性结构如建筑等结合的应用中，光伏板的排布与传统光伏电站有很大不同。传统光伏电站一般建设在光照条件好同时土地面积大的偏远地区或城郊，而紧凑型分布式光伏相比之下可利用的安装面积有限。由此可知，光伏板紧凑型的排布可以在有限的面积里产生更多的电量。[0003]然而传统光伏发电采用的光伏板是由若干光伏电池串并联而成，其具体光伏电池数量和连接方式因产品而异。但当该串联电路中的一个电池受到了阴影遮挡后，其整个回路的电流都将会受到掣肘，从而严重影响光伏发电量。[0004]因此为了减缓阴影遮挡带来的影响，通常光伏板中会为串联回路并联若干旁路二极管。虽然旁路二极管可以在一定程度上减缓阴影对发电量造成的影响，但是阴影依旧会造成光伏发电量的减少。因此，在传统光伏电站的设计和建设中，会根据当地年太阳高度情况计算前后排光伏板的最佳距离，从而最大程度地减少光伏板的阴影遮挡对发电量造成的影响。[0005]但是，使用紧凑型阵列光伏发电的场景由于面积有限，不允许前后排光伏板距离过大，因此如何优化光伏板的日光追踪角度以减少阴影遮挡，是阻碍目前本领域技术发展的主要难题之一。发明内容[0006]本发明的主要目的在于提供一种光伏板日光追踪方法，以解决紧凑型阵列的光伏板发电中产生的阴影遮挡问题，从而提升紧凑型阵列光伏板的整体发电量。[0007]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光伏板日光追踪方法，其方法包括:获取太阳高度角as，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角Am，并根据光伏板阵列类型当该光伏板为第一类阵列时，根据预设初始法线方向高度角aMQ，调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角Qm=2tan_1[tanassecAm-As]。[0008]优选地，当该光伏板阵列类型为该第一类阵列时，该预设初始法线方向高度角aM0为〇。。[0009]为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种光伏板日光追踪方法，其方法包括:获取太阳高度角〜，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角Am，并根据光伏板阵列类型当该光伏板为第二类阵列时，根据预设初始法线方向高度角aMQ，调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角[0010]优选地，当该光伏板阵列类型为该第二类阵列时，该预设初始法线方向高度角αΜ0为90°。[0011]为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了一种光伏板日光追踪方法，其方法包括:获取太阳高度角〜，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角Am，并根据光伏板阵列类型当该光伏板为第三类阵列时，根据预设初始法线方向高度角αΜ〇,调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角aM=2tan_1[tanasSecAm-As]_αΜ0ο[0012]优选地，当该光伏板阵列类型为该第三类阵列时，该预设初始法线方向高度角αΜ〇为大于0°小于90°。[0013]为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了一种光伏板日光追踪装置，其中包括:检测装置，处理装置，调整装置，该处理装置中存储有本发明的光伏板日光追踪方法，该检测装置获取当前光伏板所处位置上的太阳高度角as，太阳方位角As，当前光伏板法线方向方位角Am，及光伏板阵列类型数据信息传输至该处理装置，经计算后下达调整命令至该调整装置，令其调整所承载之光伏板的法线方向日光追踪高度角aM为计算值。[0014]优选地，该检测装置包括:定位装置，时间装置，预处理装置，其中该预处理装置获取该定位装置采集的当前位置经炜度数据，及该时间装置给出的当地时间、日期数据，经计算后获得当前光伏板所处位置上的太阳高度角as，太阳方位角As。[0015]优选地，该检测装置还包括:方位传感器，以获取当前光伏板法线方向方位角Am。[0016]为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器能够执行本发明的光伏板日光追踪方法。[0017]通过本发明提供的该光伏板日光追踪方法及装置，可以良好的解决紧凑型光伏发电中产生的阴影遮挡问题，从而提升紧凑型光伏发电的整体发电量，节省了分布式光伏发电所占用的面积。同时，该光伏板日光追踪方法及装置，可以更好的产生柔和的入射光，可以为功能性建筑结构提供舒适温和的光环境。附图说明[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0019]图1是本发明的光伏板日光追踪方法中各参数相对太阳运行的空间示意图；[0020]图2是本发明的光伏板日光追踪方法中第一类型的光伏板阵列结构示意图；[0021]图3是本发明的光伏板日光追踪方法中第二类型的光伏板阵列结构示意图；[0022]图4是本发明的光伏板日光追踪方法中第三类型的光伏板阵列结构示意图。[0023]图5是本发明的光伏板日光追踪装置的结构示意图。[0024]附图标记说明：[0025]紧凑型阵列光伏板1;光伏板光照面11;光伏板12;光伏板日光追踪装置2;处理装置21;方位传感器22;检测装置23;调整装置24。具体实施方式[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0027]为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。[0028]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。[0029]需要说明的是，本发明所指紧凑型阵列光伏板1呈类似图2至图4所示阵列形式，各光伏板12间并不重叠，但可具有一定斜度，以满足在不同坡度的基面上设置，因此此类紧凑型阵列光伏板1多用于与功能性建筑结构相结合，如大面积玻璃窗（竖直）、屋顶天窗（水平）、温室玻璃屋顶斜面等。因此在光伏发电的同时，也兼顾室内采光。从而通过本发明的优化方法，该光伏板12的日光追踪角度也可以附带增加室内的采光均匀性，减少强烈阳关的直射，为室内提供了良好的遮阳效果。[0030]同时，该紧凑型阵列的太阳能光伏板与传统光伏发电的不同之处在于，紧凑型阵列光伏板1在追踪太阳的过程中，时常会造成光伏板之间的相互遮挡，从而引起日光入射功率的减少，同时阴影遮挡也会减少光伏发电量。而本发明的优化日光追踪方法考虑了紧凑型太阳能光伏发电的阴影遮挡问题，计算表明，使用本发明提出的优化日光追踪方法，紧凑型光伏年发电量比传统方法提高20%以上。[0031]此外需要说明的的是，本发明的光伏板日光追踪方法及装置，所揭示的日光追踪技术旨在不影响紧凑型阵列光伏板1总体日光入射功率的前提下，尽量减少阴影遮挡，即本发明的光伏板追踪日光的目的并不是获得最大辐照度，而是获得最大光伏输出功率。[0032]因此为解决上述问题，请参阅图1，本发明的光伏板日光追踪方法首先定定义了太阳高度角as，太阳方位角As，光伏板12法线方向高度角αΜ，光伏板12法线方向方位角Am。从而再对本发明的光伏板12阵列类型进行分类如:竖直面、水平面、以及斜面类），并定义各类不同的光伏板12阵列类型的初始安装面定义为光伏板12的初始位置，即初始光伏板12法线方向尚度角Qmo。[0033]当上述光伏板12阵列类型为第一类阵列类型，即竖直面型时，请参阅图2,当获取太阳高度角as，太阳方位角As，及当前光伏板12法线方向方位角Am后，根据该光伏板12第一类阵列类型，预设该类光伏板12的初始法线方向高度角aMQ为0°，并计算CtM=StarT1[tanasSeCAm-As]，以根据该公式计算值调整当前光伏板12法线方向日光追踪高度角aM，实现根据当前该类阵列的光伏板12所处地理位置上此时此刻的最优日光追踪高度角的调节，并在该第一类阵列上消除光伏板12彼此重叠的遮挡阴影。[0034]当上述光伏板12阵列类型为第二类阵列类型，即水平面型时，请参阅图3,当获取太阳高度角as，太阳方位角As，及当前光伏板12法线方向方位角Am后，根据该光伏板12第二类阵列类型，预设该类光伏板12的初始法线方向高度角αμ〇为90°，并计算以根据该公式计算值调整当前光伏板12法线方向日光追踪高度角αΜ，实现根据当前该类阵列的光伏板12所处地理位置上此时此刻的最优日光追踪高度角的调节，并在该第二类阵列上消除光伏板12彼此重叠的遮挡阴影。[0035]当上述光伏板12阵列类型为第三类阵列类型，即斜面类型时，请参阅图4,当获取太阳高度角as，太阳方位角As，及当前光伏板12法线方向方位角Am后，根据该光伏板12第三类阵列类型，预设该类光伏板12的初始法线方向高度角aMQ为0°到90°之间，从而满足不同斜面设置的需要，使用者可根据实际基面的角度进行取值，图4中本实施例以30°取值为例进行了图示，从而计算以根据该公式计算值调整当前光伏板12法线方向日光追踪高度角aM，实现根据当前该类阵列的光伏板12所处地理位置上此时此刻的最优日光追踪高度角的调节，并在该第三类阵列上消除光伏板12彼此重叠的遮挡阴影。[0036]下述发明人提供了一组实际检测数据，并以三种不同阵列类型为例，其中第三类阵列类型中以初始法线方向高度角优选为30°为例进行说明。[0037][0038]此外为了证明本发明的进步性，发明人选取了全球9个城市，利用监测记录的实际气象数据，使用MATLABSimuLink仿真计算了本追踪发明日光追踪方法和传统方法下的年单位面积发电量。结果表明，本发明提出的方法可使年发电量提升20%以上。[0039][0041]从而根据上述三种计算公式，可以满足不同类型的紧凑型阵列光伏板1调整自身日光追踪高度角αΜ，籍此在追踪日光的同时减少各光伏板间的阴影遮挡，使得采用上述方法的各类紧凑型阵列的光伏板可以达到最佳的光伏输出功率。并且减少强烈的阳关直射，为采用此类算法调整的光伏板的室内空间提供了柔和的采光环境。[0042]值得一提的是，为了实现上述光伏板12的调整功能，本发明的另一个方面，还提供了一种光伏板日光追踪装置2，请参阅图5，其包括:检测装置23，处理装置21，调整装置24，其中该处理装置21中存储有本发明的光伏板日光追踪方法，该检测装置23包括:定位装置，时间装置，预处理装置21，其中该预处理装置21获取该定位装置采集的当前位置经炜度数据，及该时间装置给出的当地时间、日期数据，经计算后获得当前光伏板12所处位置上的太阳高度角as，太阳方位角As。[0043]而根据需要，该当前光伏板12法线方向方位角Am可以是根据该光伏板12的预设位置预先给出，亦可通过方位传感器22实时获取，因此本发明并未限制，而光伏板12阵列类型数据信息，也可以通过传感器进行识别，或预设在阵列光伏板产品中，亦可通过其他方式手动输入或预设在该装置中可供选择，本发明也并未限制，籍此当获取上述数据后即可传输至该处理装置21，经计算后下达调整命令至该调整装置24,令其调整所承载之光伏板12的法线方向日光追踪高度角ClM为计算值。[0044]此外本领域技术人员也应当了解，上述太阳位置ajPAs的获得方式至少包括:通过已知当地经炜度和时间的前提下，利用现有公式算法计算直接得出；或通过现有传感器实时测量获得。而该光伏板12的转动，可以是通过电机拖动，或其他现有技术实现调整。而该电机的转动角度，则可以是在微处理器中，通过以上日光追踪高度角度公式计算得出。同时本发明中提到的光伏板12,不限于通常市场上产品化的光伏板，也包括通过光伏电池连接而成的定制光伏组件。[0045]从而根据上述举例说明，本领域技术人员能够根据上述技术描述，理解上述各参数的获取可以利用其他现有技术方式获取，在此并不进行限制，只要上述数据采集后采用本发明所揭示的算法或硬件组合进行光伏板日光追踪高度角调整的皆属于本文揭示范围内。[0046]因此通过上述揭示可知，与传统的大型光伏电站相比，该紧凑型阵列光伏发电结构优点在于直接与功能性建筑结构相结合，所发电量无需远距离传输，可就地消纳，减少了传输和转换过程中造成的损耗。同时，相同面积上，该具有动态调整的紧凑型阵列光伏发电结构，可以比传统的固定式光伏发电结构安装更多的光伏板，从而更充分地利用日光，产生更多的发电量。对功能性建筑结构而言，与没有安装具有动态调整的紧凑型阵列光伏发电结构时相比，该本发明的装置及方法不仅可以为建筑提供电能，同时可以向内传导柔和的自然光，减少人工照明带来的能源消耗，同时减少日光直射带来的负面影响。[0047]此外根据本发明的另一实施例中，还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器能够执行本发明的光伏板日光追踪方法。[0048]因此本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器processor执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器®0M，Read-0nlyMemory、随机存取存储器RAM，RandomAccessMemory、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0049]此外以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。因此本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种光伏板日光追踪方法，其特征在于方法包括:获取太阳高度角Cts，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角Am，并根据光伏板阵列类型当所述光伏板为第一类阵列时，根据预设初始法线方向高度角αΜ〇,调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角aM=2tan_1[tanassecAm-As]〇2.—种光伏板日光追踪方法，其特征在于方法包括:获取太阳高度角as，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角Am，并根据光伏板阵列类型当所述光伏板为第二类阵列时，根据预设初始法线方向高度角αμο，调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角3.—种光伏板日光追踪方法，其特征在于方法包括:获取太阳高度角as，太阳方位角As，及当前光伏板法线方向方位角Am，并根据光伏板阵列类型当所述光伏板为第三类阵列时，根据预设初始法线方向高度角aM〇,调整当前光伏板法线方向日光追踪高度角aM=2tan_1[tanassecAm-As]-αΜ〇〇4.根据权利要求1所述光伏板日光追踪方法，其特征在于：当所述光伏板阵列类型为所述第一类阵列时，所述预设初始法线方向高度角为0°。5.根据权利要求2所述光伏板日光追踪方法，其特征在于：当所述光伏板阵列类型为所述第二类阵列时，所述预设初始法线方向高度角为90°。6.根据权利要求3所述光伏板日光追踪方法，其特征在于：当所述光伏板阵列类型为所述第三类阵列时，所述预设初始法线方向高度角为大于0°小于90°。7.—种光伏板日光追踪装置，其特征在于包括:检测装置，处理装置，调整装置，所述处理装置中存储有如权利要求1、2或3所述光伏板日光追踪方法，所述检测装置获取当前光伏板所处位置上的太阳高度角as，太阳方位角As，当前光伏板法线方向方位角Am，及光伏板阵列类型数据信息传输至所述处理装置，经计算后下达调整命令至所述调整装置，令其调整所承载之光伏板的法线方向日光追踪高度角为计算值。8.根据权利要求7所述的光伏板日光追踪装置，其特征在于，所述检测装置包括:定位装置，时间装置，预处理装置，其中所述预处理装置获取所述定位装置采集的当前位置经炜度数据，及所述时间装置给出的当地时间、日期数据，经计算后获得当前光伏板所处位置上的太阳高度角as，太阳方位角As。9.根据权利要求8所述的光伏板日光追踪装置，其特征在于，所述检测装置还包括:方位传感器，以获取当前光伏板法线方向方位角Am。10.—种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-6中任一项所述的光伏板日光追踪方法。

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