一种光伏阵列控制装置及控制方法
【专利摘要】一种光伏阵列控制方法，包括步骤：获取实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元中的系统参数配置以及当地历史天气记录；基于太阳光环境参数中的太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及该当地历史天气记录中的平均日辐射量计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及太阳光环境参数中的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率；比较该新增加的太阳能输出功率是否大于转动所需要消耗的功率；如果是，则触发跟踪控制单元控制转动单元转动而带动光伏阵列旋转使得光伏阵列的光伏电池板与太阳光线保持垂直。本发明还提供一光伏阵列控制装置，本发明的光伏阵列控制装置及方法，能够保证光伏阵列输出的功率大于消耗的功率。
【专利说明】一种光伏阵列控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制装置，特别涉及一种光伏阵列的控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，用于将太阳能转换成电能的光伏电池已经较广泛的使用在住宅等区域。通常一个光伏电池产生的电流不够一般住宅使用，所以将数块光伏电池连结在一起而形成了阵列光伏阵列。对于高效的太阳能光伏阵列发电系统来说，对日跟踪控制装置必不可少。能够精准的跟踪太阳位置且价格低廉的对日跟踪控制装置一直是研究热点之一，目前的对日跟踪控制装置根据所采用的对日跟踪方式的不同分为了单轴跟踪装置和双轴跟踪装置。单轴跟踪装置一般分为水平旋转结构或极轴旋转结构，随着太阳能光伏阵列跟踪系统的成熟与稳定，双轴跟踪装置的机装容量所占比例越来越大。现有的对日跟踪系统有它明显的优点，即提高电量输出功率，与固定式的光伏阵列发电系统相比可以提高30%-40%。但它也有很大的缺点:由于连续实时跟踪太阳位置，在旋转太阳能光伏电池板时会消耗一定的电量，由于目前的光伏阵列均包括大量光伏电池，光伏阵列的重量往往较重，因此常常导致消耗的电量反而大于实时跟踪太阳位置后增加的能量。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是针对现有的光伏阵列跟踪系统进行改进，提供一种一种光伏阵列控制装置及控制方法，能够比较旋转光伏阵列的消耗功率与旋转后所增加的功率而确定是否进行光伏阵列的旋转。
[0004]本发明提供了一种光伏阵列控制装置，用于控制包括多个光伏电池板的光伏阵列的旋转，该光伏阵列控制装置包括侦测单元、转动单元以及跟踪控制单元，该侦测单元用于实时侦测包括太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及风速在内的太阳光环境参数，其中，该光伏阵列控制装置还包括存储单元和处理单元。该存储单元存储有系统参数配置以及当地历史天气记录，该系统参数配置包括光伏阵列的重量，该当地历史天气记录包括预定时间内的平均日辐射量。该处理单元包括数据获取模块、计算模块以及计算模块。数据获取模块用于获取该侦测单元实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元中的系统参数配置以及当地历史天气记录和太阳能光伏阵列历史发电记录。计算模块用于基于该侦测单元实时侦测的太阳方位数据、当地历史天气记录计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及侦测单元侦测的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率。计算模块用于比较该新增加的太阳能输出功率以及转动所需要消耗的功率，并在判断新增加的太阳能输出功率大于转动所需要消耗的功率时，产生一控制信号至该跟踪控制单元，触发该跟踪控制单元根据太阳光方位传感器采集到的数据，计算出光伏阵列需要旋转的方向和角度，控制转动单元转动而带动光伏阵列旋转而使得光伏阵列的光伏电池板表面与太阳光线保持垂直。
[0005]其中，该控制模块还在判断新增加的太阳能输出功率小于或等于转动所需要消耗的功率时，不产生该控制信号，从而光伏阵列保持当前的角度。
[0006]其中，计算模块根据计算公式AQp = 1cXHX (1-Kop) XCz计算该新增加的输出功率，其中，H位标准光强下的平均日辐射时数，等于平均日辐射量乘以一转换系数；I。。为光伏电池板的最佳工作电流，为一固定值为斜面修正系数，等于当前光伏电池板表面与太阳光线之间的夹角的正弦值；Cz为修正系数，为一固定值。
[0007]其中，计算模块根据太阳方位数据以及光伏阵列的倾角确定当前光伏电池板表面与太阳光线之间的夹角，并计算得到该当前光伏电池板表面与太阳光线之间的夹角的正弦值。
[0008]其中，计算模块根据计算公式Δ Qy = (JT X 4)/(912.00 X η)计算该转动单元带动该光伏阵列旋转所消耗的功率。其中，Jt表示转动惯量，与光伏阵列自身的重量相关；nT表示转动速度，为一与风速相关的值；H表示转换效率，为与转动单元相关的一固定值。
[0009]其中，该光伏阵列控制装置还包括一时钟单元，该处理单元中的各个模块还以24小时为周期，在获取时钟单元的时间为一第一预定时刻至第二预定时刻之间时执行上述的功能。
[0010]本发明还提供一种光伏阵列控制方法，用于控制包括多个光伏电池板的光伏阵列的旋转，应用于一光伏阵列控制装置中，该光伏阵列控制装置包括侦测单元、存储单元、转动单元以及跟踪控制单元，该方法包括步骤:获取侦测单元实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元中的系统参数配置以及当地历史天气记录，其中，太阳光环境参数包括太阳方位数据、光伏阵列的倾角和风速，该当地历史天气记录可为预定时间内的平均日辐射量；基于该太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及该平均日辐射量计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及侦测的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率；比较该新增加的太阳能输出功率以及转动所需要消耗的功率，判断该新增加的太阳能输出功率是否大于转动所需要消耗的功率；如果是，则触发跟踪控制单元控制转动单元转动而带动光伏阵列旋转而使得光伏阵列的光伏电池板表面与太阳光线保持垂直。
[0011]其中，如果新增加的太阳能输出功率小于或等于转动所需要消耗的功率时，则不触发该跟踪控制单元控制转动单元转动，光伏阵列保持当前的角度。
[0012]其中，所述步骤“基于该太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及该平均日辐射量计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及侦测的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率”包括:根据计算公式AQp = 1cXHX (1-Kop) XCz计算该新增加的输出功率，其中，H位标准光强下的平均日辐射时数，等于平均日辐射量乘以一转换系数；1。。为光伏电池板的最佳工作电流，为一固定值;ΚΦ为斜面修正系数,等于当前光伏电池板201表面与太阳光线之间的夹角的正弦值；CZ为修正系数，为一固定值；根据计算公式At = CJt X r4)/(9i200Xr|)计算该转动单元带动该光伏阵列200旋转所消耗的功率。其中，Jt表示转动惯量，与光伏阵列自身的重量相关；nT表示转动速度,为一与风速相关的值；H表示转换效率，为与转动单元相关的一固定值。
[0013]本发明的光伏阵列控制装置及控制方法，能够比较旋转光伏阵列的消耗功率与旋转后所增加的功率而确定是否进行光伏阵列的旋转，保证光伏阵列的输出功率大于消耗的功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的光伏阵列控制系统的模块架构图。
[0015]图2为本发明的光伏阵列控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0017]请参阅图1，为本发明的光伏阵列控制装置100的模块架构图。该光伏阵列控制装置100用于控制包括多个光伏电池板201的光伏阵列200的旋转。
[0018]该光伏阵列控制装置100包括侦测单元10、转动单元20、跟踪控制单元30、存储单元40以及处理单元50。
[0019]该侦测单元10用于实时侦测太阳光环境参数，具体的，该侦测单元10包括太阳光方位传感器、倾角传感器、光传感器等，所采集的太阳光环境参数包括太阳方位数据、光伏阵列200的倾角和风速等。
[0020]该存储单元40存储有系统参数配置以及当地历史天气记录。该系统参数配置包含光伏阵列安装地点的地理纬度、光伏阵列200的重量等，该当地历史天气记录包括预定时间内的平均日辐射量等。该当地历史天气记录可为用户导入，也可为该光伏阵列控制装置100自行收集并存储于该存储单元40中。
[0021]该转动单元20与光伏阵列200连接，用于带动该光伏阵列200进行旋转。该跟踪控制单元30用于在接收到一控制信号时根据太阳光方位传感器采集到的数据，计算出光伏阵列200需要旋转的方向和角度，控制转动单元20转动而带动光伏阵列200旋转而使得光伏阵列200的光伏电池板201表面与太阳光线保持垂直。其中，该转动单元20包括交流电推动杆、变频器和驱动电机等。跟踪控制单元30与现有的跟踪装置所具有的功能模块相同，不在此赘述。
[0022]该处理单元50包括数据获取模块51、计算模块52以及控制模块53。该数据获取模块51用于获取该侦测单元10实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元40中的系统参数配置以及当地历史天气记录和太阳能光伏阵列历史发电记录。该计算模块52用于基于该侦测单元10实时侦测的太阳方位数据、当地历史天气记录计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列200的重量以及侦测单元10侦测的风速计算转动该光伏阵列200所需要消耗的功率。
[0023]该控制模块53用于比较该新增加的太阳能输出功率以及转动所需要消耗的功率，并在判断新增加的太阳能输出功率大于转动所需要消耗的功率时，产生该控制信号至该跟踪控制单元30，如前所述，该跟踪控制单元30在接收到该控制信号后控制转动单元20转动而带动光伏阵列200旋转而使得光伏阵列200的光伏电池板201表面与太阳光线保持垂直。
[0024]该控制模块53还在判断新增加的太阳能输出功率小于或等于转动所需要消耗的功率时，不产生该控制信号，从而光伏阵列20保持当前的角度。
[0025]具体的，光伏阵列200的输出功率Qp = I JHXKtjpXCz,其中，H表示标准光强(1000ff/m2)下的平均日辐射时数，等于当地历史天气记录中的太阳能日辐射量Ht乘以转换系数(H = HtX2.778/10000h) ;I。。表示光伏电池板201的最佳工作电流，通常为一固定值；Ktjp表示斜面修正系数，为当前光伏电池板201表面与太阳光线之间的夹角α的正弦值，SPsina ;CZ表示修正系数，主要为组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取0.8。
[0026]从而，当光伏电池板201的平面旋转到与太阳光线相垂直时，sina值等于1，从而新增加的输出功率AQp = 100XHX (1-Kop) XCZ。计算模块52根据计算公式Λ Qp =1cXHX (1-Kop) XCz计算该新增加的输出功率。即，计算模块52根据太阳方位数据以及光伏阵列200的倾角确定当前光伏电池板201表面与太阳光线之间的夹角a，并计算得到该sin a，并根据当地历史天气记录中的太阳能日辐射量Ht乘以转换系数得到该平均日辐射时数H。该计算模块进一步根据该计算公式AQp = 1cXHX (1-Kop) XCz即可计算得出新增加的输出功率。
[0027]具体的，计算模块52根据计算公式Δ Q,，= Ot X i4〕/(9；1200 X η)计算该转动单元20带动该光伏阵列200旋转所消耗的功率。其中，Jt (kg -m2)表示转动惯量，与光伏阵列200自身的重量有关；nT(rpm)表示转动速度，受当前天气条件下风速的影响，即为一与风速相关的值；H表示转换效率，为一与转动单元20相关的固定值。
[0028]从而计算模块根据光伏阵列200的重量确定该转动惯量Jt，根据当前的风速确定该转动速度nT，并根据计算公式Δ Qv = CJt X 4)/(91200 X η)即可得出该消耗功率。
[0029]其中，该光伏阵列控制装置100还包括一时钟单元60。该处理单元50中的各个模块还以24小时为周期，在获取时钟单元60的时间为一第一预定时刻(例如，早上八点)至第二预定时刻(例如，晚上六点)之间执行上述的功能，而在其他时间则不工作。这样，由于无法准确判断第二天的天气状况，为了减少电机旋转太阳能光伏板的功率消耗，不需要立即复位太阳能电池板，从而避免了能量的浪费。
[0030]其中，该控制模块53还在每天的第二预定时刻后，即，光伏阵列200 —天运行完后，将侦测单元10当天实时采集的光照强度、温度、风速、太阳高度角和方位角等参数，以及总发电量、转动装置消耗电量、转动次数和转动角度等数据均存储于该存储单元40中，而作为该当地历史天气记录和太阳能光伏阵列历史发电记录。这样，通过不断积累，不断提高预测跟踪策略的预测精确度。
[0031]在其他实施方式中，该侦测单元10所采集的太阳光环境参数该还包括光照强度。该当地历史天气记录还包括预定时间内天气为晴天的天数、为阴天的天数等的统计数据。该存储单元40还存储有太阳能光伏阵列历史发电记录，该太阳能光伏阵列历史发电记录可为该预定时间内光伏阵列200的发电量。
[0032]本发明的光伏阵列控制装置100，通过比较转动光伏阵列新增的输出功率以及转动消耗的功率判断是否控制光伏阵列200转动，从而更能保证光伏阵列200能实现能量的最大化输出。
[0033]图2为本发明的光伏阵列控制方法的流程图。该控制方法应用于如图1所示的光伏阵列控制装置100中，该控制方法包括如下步骤:
[0034]步骤S201:数据获取模块获取该侦测单元实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元中的系统参数配置以及当地历史天气记录和太阳能光伏阵列历史发电记录，其中，太阳光环境参数包括太阳方位数据、光伏阵列200的倾角和风速，该当地历史天气记录可为预定时间内的平均日辐射量，该太阳能光伏阵列历史发电记录可为该预定时间内光伏阵列200的发电量。
[0035]步骤S202:该计算模块52基于该侦测单元10实时侦测的太阳方位数据、光伏阵列200的倾角以及该平均日辐射量计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列200的重量以及侦测单元10侦测的风速计算转动该光伏阵列200所需要消耗的功率。
[0036]步骤S203:该控制模块53比较该新增加的太阳能输出功率以及转动所需要消耗的功率，判断该新增加的太阳能输出功率是否大于转动所需要消耗的功率。
[0037]步骤S204:该控制模块53在判断新增加的太阳能输出功率大于转动所需要消耗的功率时，产生该控制信号至该跟踪控制单元30，使得跟踪控制单元30控制转动单元20转动而带动光伏阵列200旋转而使得光伏阵列200的光伏电池板201表面与太阳光线保持垂直。
[0038]步骤S205:该控制模块53还在判断新增加的太阳能输出功率小于或等于转动所需要消耗的功率时，不产生该控制信号至该跟踪控制单元30，从而控制单元30不控制转动单元20转动，光伏阵列20保持当前的角度。
[0039]以上【具体实施方式】对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
【权利要求】
1.一种光伏阵列控制装置，用于控制包括多个光伏电池板的光伏阵列的旋转，该光伏阵列控制装置包括侦测单元、转动单元以及跟踪控制单元，该侦测单元用于实时侦测包括太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及风速在内的太阳光环境参数，其特征在于，该光伏阵列控制装置还包括: 存储单元，存储有系统参数配置以及当地历史天气记录，该系统参数配置包括光伏阵列的重量，该当地历史天气记录包括预定时间内的平均日辐射量； 处理单元，包括: 数据获取模块，用于获取该侦测单元实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元中的系统参数配置以及当地历史天气记录和太阳能光伏阵列历史发电记录； 计算模块，用于基于该侦测单元实时侦测的太阳方位数据、当地历史天气记录计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及侦测单元侦测的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率；以及 控制模块，用于比较该新增加的太阳能输出功率以及转动所需要消耗的功率，并在判断新增加的太阳能输出功率大于转动所需要消耗的功率时，产生一控制信号至该跟踪控制单元，触发该跟踪控制单元根据太阳光方位传感器采集到的数据，计算出光伏阵列需要旋转的方向和角度，控制转动单元转动而带动光伏阵列旋转而使得光伏阵列的光伏电池板表面与太阳光线保持垂直。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该控制模块还在判断新增加的太阳能输出功率小于或等于转动所需要消耗的功率时，不产生该控制信号，从而光伏阵列保持当前的角度。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，计算模块根据计算公式AQp=1cXHX (1-Kop) XCz计算该新增加的输出功率，其中，H位标准光强下的平均日辐射时数，等于平均日辐射量乘以一转换系数；1。。为光伏电池板的最佳工作电流，为一固定值为斜面修正系数，等于当前光伏电池板表面与太阳光线之间的夹角的正弦值；CZ为修正系数，为一固定值。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其特征在于，计算模块根据太阳方位数据以及光伏阵列的倾角确定当前光伏电池板表面与太阳光线之间的夹角，并计算得到该当前光伏电池板表面与太阳光线之间的夹角的正弦值。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，计算模块根据计算公式ΔQv = CJt X ?.|)/(9120θκη)计算该转动单元带动该光伏阵列旋转所消耗的功率，其中，It表不转动惯量，与光伏阵列自身的重量相关"Τ表不转动速度，为一与风速相关的值；fI表示转换效率，为与转动单元相关的一固定值。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该光伏阵列控制装置还包括一时钟单元，该处理单元中的各个模块还以24小时为周期，在获取时钟单元的时间为一第一预定时刻至第二预定时刻之间时执行上述的功能。
7.一种光伏阵列控制方法，用于控制包括多个光伏电池板的光伏阵列的旋转，应用于一光伏阵列控制装置中，该光伏阵列控制装置包括侦测单元、存储单元、转动单元以及跟踪控制单元，其特征在于，该方法包括步骤: 获取侦测单元实时侦测的太阳光环境参数以及获取存储单元中的系统参数配置以及当地历史天气记录，其中，太阳光环境参数包括太阳方位数据、光伏阵列的倾角和风速，该当地历史天气记录可为预定时间内的平均日辐射量； 基于该太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及该平均日辐射量计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及侦测的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率； 比较该新增加的太阳能输出功率以及转动所需要消耗的功率，判断该新增加的太阳能输出功率是否大于转动所需要消耗的功率； 如果是，则触发跟踪控制单元控制转动单元转动而带动光伏阵列旋转而使得光伏阵列的光伏电池板表面与太阳光线保持垂直。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤:如果新增加的太阳能输出功率小于或等于转动所需要消耗的功率时，则不触发该跟踪控制单元控制转动单元转动，光伏阵列保持当前的角度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤“基于该太阳方位数据、光伏阵列的倾角以及该平均日辐射量计算可新增加的太阳能输出功率，并基于系统参数配置中的光伏阵列的重量以及侦测的风速计算转动该光伏阵列所需要消耗的功率”包括: 根据计算公AQp = 1cXHX (1-Kop) XCz式计算该新增加的输出功率，其中，H位标准光强下的平均日辐射时数，等于平均日辐射量乘以一转换系数；I。。为光伏电池板的最佳工作电流，为一固定值为斜面修正系数，等于当前光伏电池板201表面与太阳光线之间的夹角的正弦值；Cz为修正系数，为一固定值； 根据计算公式Δ Q￥ = (It X 11=)/(91200 X η)计算该转动单元带动该光伏阵列200旋转所消耗的功率，其中，Jx表示转动惯量，与光伏阵列自身的重量相关；nT表示转动速度,为一与风速相关的值；H表示转换效率，为与转动单元相关的一固定值。
【文档编号】G05D3/12GK104181934SQ201410030122
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】尤小红 申请人:深圳市昆腾软件科技有限公司