三自由度紧凑型光伏阵列的旋转方法与流程

本发明涉及一种旋转方法，尤其是一种三自由度紧凑型光伏阵列的旋转方法，属于光伏阵列旋转的技术领域。

背景技术：

太阳能光伏发电技术是将太阳光的光能转化为电能的可再生能源技术。目前，用于光伏发电的最小单位是光伏电池，若干光伏电池串/并联构成光伏组件，若干光伏组件串/并联构成光伏阵列。对于传统的光伏阵列，其选址一般在开阔的平地或屋顶，其前期设计会根据当地的日照情况设置前后光伏板的合理距离。这样做的目的是防止光伏阵列被部分遮挡，造成效率损失，甚至产生热斑引起直流故障电弧火灾。

随着光伏技术应用的日益推广，分布式光伏凭借其因地制宜、清洁高效、就近消纳等优点，越来越多地受到市场的青睐。作为分布式光伏的一种，建筑光伏将光伏发电和建筑功能有机结合，兼具发电、遮阳、美观等功能。但在实际应用中，与传统光伏阵列相比，建筑光伏面临着空间小、阴影遮挡等问题，需要使用区别于传统光伏的安装方法。特别是用于窗体的光伏阵列，要兼顾发电量、采光和防止眩光。

现有技术包括单轴的光伏百叶窗、以及双轴的光伏阵列；但这两种方式均无法有效避免窗体对光伏叶片或阵列的遮挡。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种三自由度紧凑型光伏阵列的旋转方法，其能保证光伏阵列之间无相互阴影遮挡，并可避免窗体对光伏阵列的阴影遮挡，发电量保持最大，同时保证室内的采光，且可以防止强烈的日光产生眩光。

按照本发明提供的技术方案，一种三自由度紧凑型光伏阵列的旋转方法，所述旋转方法包括如下步骤：

步骤1、提供光伏阵列并将所述光伏阵列安装于所需的位置，光伏阵列中的所有光伏单元采用相同的旋转方式；

步骤2、根据光伏阵列安装的位置、当前的日期和当前时间确定太阳位置，所述太阳位置包括太阳高度αs、方位角as，并将所确定的太阳位置转化为笛卡尔坐标中的向量ns(xs,ys,zs)：

步骤3、当太阳位置变化后，将光伏阵列跟随变化后的太阳位置进行旋转，以消除光伏阵列的阴影遮挡；其中，将光伏阵列转动时，

在笛卡尔坐标系中，x轴的正方向为正南，θy为光伏阵列单元从初始位置绕y轴顺时针(从y轴的正方向看)旋转的角度，θz为光伏阵列在旋转θy后绕z轴逆时针(从z轴的正方向看)旋转的角度；θn为光伏阵列在旋转θz后绕单位向量npv顺时针(从单位向量npv的正方向看)，单位向量npv为经过原点并与光伏表面垂直的单位向量。

所述光伏阵列的初始位置为光伏阵列中所有光伏单元均保持竖直。

本发明的优点：在太阳位置变化后，将光伏阵列进行旋转，能保证光伏阵列之间无相互阴影遮挡，并可避免窗体对光伏阵列的阴影遮挡，发电量保持最大，同时保证室内的采光，且可以防止强烈的日光产生眩光。

附图说明

图1为本发明一种三自由度光伏阵列的示意图。

图2为太阳位置坐标示意图。

图3为笛卡尔坐标系示意图。

图4为本发明三自由度旋转分解示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了能保证光伏阵列之间无相互阴影遮挡，并可避免窗体对光伏阵列的阴影遮挡，发电量保持最大，同时保证室内的采光，且可以防止强烈的日光产生眩光，本发明的旋转方法包括如下步骤：

步骤1、提供光伏阵列并将所述光伏阵列安装于所需的位置，光伏阵列中的所有光伏单元采用相同的旋转方式；

本发明实施例中，图1中示出了光伏阵列包括9个光伏单元的情况，实际中，光伏阵列中光伏单元的数量可以根据需要进行选择，此处不再赘述。具体实施时，光伏阵列安装于窗体内部。

步骤2、根据光伏阵列安装的位置、当前的日期和当前时间确定太阳位置，所述太阳位置包括太阳高度αs、方位角as，并将所确定的太阳位置转化为笛卡尔坐标中的向ns(xs,ys,zs)：

具体地，当光伏阵列安装后，根据光伏阵列安装的位置能确定当前所安装位置的经纬度和高度，在根据日期和时间，能得到太阳的高度和方位角，具体确定确定太阳高度、方位角的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

步骤3、当太阳位置变化后，将光伏阵列跟随变化后的太阳位置进行旋转，以消除光伏阵列的阴影遮挡；其中，将光伏阵列转动时，

在笛卡尔坐标系中，x轴的正方向为正南，θy为光伏阵列单元从初始位置绕y轴顺时针(从y轴的正方向看)旋转的角度，θz为光伏阵列在旋转θy后绕z轴逆时针(从z轴的正方向看)旋转的角度；θn为光伏阵列在旋转θz后绕单位向量npv顺时针(从单位向量npv的正方向看)，单位向量npv为经过原点并与光伏表面垂直的单位向量。

本发明实施例中，所述光伏阵列的初始位置为光伏阵列中所有光伏单元均保持竖直。当太阳的位置变化后，将光伏阵列按照上述方式进行旋转后，能实现对太阳位置的跟随，能消除光伏阵列的阴影遮挡。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种三自由度紧凑型光伏阵列的旋转方法，其包括如下步骤：步骤1、提供光伏阵列并将所述光伏阵列安装于所需的位置，光伏阵列中的所有光伏单元采用相同的旋转方式；步骤2、根据光伏阵列安装的位置、当前的日期和当前时间确定太阳位置，所述太阳位置包括太阳高度αs、方位角As，并将所确定的太阳位置转化为笛卡尔坐标中的向量ns(xs,ys,zs)：步骤3、当太阳位置变化后，将光伏阵列跟随变化后的太阳位置进行旋转，以消除光伏阵列的阴影遮挡。本发明能保证光伏阵列之间无相互阴影遮挡，并可避免窗体对光伏阵列的阴影遮挡，发电量保持最大，同时保证室内的采光，且可以防止强烈的日光产生眩光。

技术研发人员：高源
受保护的技术使用者：常州市武进区半导体照明应用技术研究院
技术研发日：2018.10.24
技术公布日：2019.01.18