一种双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种双轴光伏发电自动追日跟踪控制方 法。
【背景技术】
[0002] 化石能源的日趋枯竭及其导致的空气污染等环境问题，使开发清洁可再生能源方 式迫在眉睫。太阳能作为最常见的可再生能源，具有无污染，数量巨大，可长期使用，随处可 见等优势，是解决环境污染与化石能源问题的一条有效途径。光伏发电作为太阳能利用一 种技术手段，正将成为一种可替代能源进入电力市场，各国也都加紧了发展光伏的步伐。例 如美国提出"太阳能先导计划"意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞 争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了 "setfor2020"规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。据估计到2030年，光伏发电 的总发电量将占据全世界发电总量的10%，到21世纪末则会达到60%以上，这些数字显示 出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
[0003] 但是对于传统的固定式光伏电池板安装方式而言，由于太阳光线不是垂直照射 的，导致太阳能利用效率较低，相应的光电转化效率也低于15%，要充分利用太阳能进行光 伏发电，需要最大限度的收集太阳能辐射。通过精确的控制太阳能电池板的姿态，使得太阳 能电池板一直都能正对太阳光线入射的方向，通常能提高30%的太阳能利用率提高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法，以解决现有技 术太阳能利用率较低的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法，包 括：
[0006] 获取太阳入射光线的高度角和方位角；
[0007] 根据所述太阳入射光线的高度角和方位角，建立太阳入射光线和光伏电池板的模 型；
[0008] 在所述模型中，根据向量法获得光伏电池板的高度角和方位角;其中，所述光伏电 池板的高度角是指光伏电池板与水平面之间的夹角;所述光伏电池板的方位角是指光伏电 池板法向量与正北方向的夹角；
[0009 ]当太阳发生位置变化时，调整光伏电池板以获得调整后的光伏电池板的高度角和 方位角；
[0010] 根据所述光伏电池板的高度角和方位角与调整后的光伏电池板的高度角和方位 角;得出光伏电池板的旋转及俯仰角度。
[0011] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，根据太阳所在地当 地地理信息和气象信息，获取太阳入射光线的高度角和方位角。
[0012] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，所述地理信息包括： 经炜度、海拔高度和当地GPS时钟;所述气象信息包括:年平均气温、年平均气压。
[0013] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，建模时投射到光伏 电池板上的所有太阳入射光线均为平行光。
[0014] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，所述光伏电池板法 向量# = [0^0^丨1/?608众.奶/7 8丨丨_1?|:其中，€1是太阳入射光线的高度角，杉是太阳入射 光线的方位角。
[0015] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，所述光伏电池板的 旋转及俯仰角度通过以下公式获得：
[0017] 其中，θ(1〇表示光伏电池板的高度角；#幻表示光伏电池板的方位角。
[0018] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，所述太阳入射光线 的高度角通过以下公式获得:Θ = Io+ A 1;其中，eQ为理想太阳高度角；Δ e为考虑空气折射偏 差。
[0019] 进一步的，在所述的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法中，所述太阳入射光线 的方位角通过以下公式获得：
[0021 ] 其中，H表示当地太阳所在地的局部时间角；δ表示太阳赤炜，为当地太阳所在地 的炜度。
[0022]本发明提供的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法，具有以下有益效果:本发明 以正东、正北和天顶方向为正向建立笛卡尔坐标系，根据太阳入射光线的实时方位角和高 度角，采用时控的方法计算光伏电池板的方位和俯仰修正角度，实时调节光伏电池板的姿 态，使得光伏电池板始终垂直于太阳光线的入射方向，从而最大限度的利用太阳能，达到最 优化的能效控制。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明实施例中的地平坐标系示意图；
[0024] 图2为本发明实施例中的获得太阳入射光线的方位角和高度角的流程图；
[0025] 图3为本发明实施例中的太阳运动输入输出接口模块图；
[0026] 图4为本发明实施例中的光伏电池板运动过程分析图；
[0027] 图5为本发明实施例中的本发明实施例中的高度角示意图；
[0028] 图6为本发明实施例中的本发明实施例中的方位角示意图；
[0029] 图7-8为本发明实施例中的光伏电池板法向量单日动态图。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的双轴光伏发电自动追日跟踪控制方 法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明 的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本 发明实施例的目的。
[0031]本发明提供一种双轴光伏发电自动追日跟踪控制方法即是根据太阳入射光线的 实时方位角和高度角，采用时控的方法计算光伏电池板的方位和俯仰修正角度，实时调节 光伏电池板的姿态，使得光伏电池板始终垂直于太阳光线的入射方向，从而最大限度的利 用太阳能，达到最优化的能效控制。
[0032]通常，在获得太阳位置时习惯采用地平坐标系，即以地平圈为基本圈，天顶为基本 点，原点的坐标系叫做地平坐标系。如图1所示为地平坐标系示意图，采用太阳高度角和太 阳方位角来描述太阳的当前位置，这里，太阳高度角是指太阳直射光线与地平面间的夹角 α，太阳方位角是指太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正北方向的夹角β。为了计 算太阳位置，还需要以下公式辅助。
[0033] 儒略日JD(Julian data)开始于格林尼治时间-4712年1月1日12:00:00,它是通过 格林尼治时间而得到的。
[0034] JD = INT(365.25X(Y+4716))+INT(30.6001X(M+1)+D+B-1524.5 (1)
[0035] 其中：INT是计算项的整数部分，Y表示年，M表示月，D表示天数需要用十进制计算， 而B可由下式计算：
[0036]
[0037] 进而，计算儒略历书世纪JDE，儒略世纪JC，儒略历书世纪JCE
[0038]
[0039] 其中 Δ T为世界时（Universal Time)与协调世界时（Coordinated Universal Time)之间时间差值。
[0040] 儒略历书千年JME可由下式计算：
[0041 ] JME = JCE/10 (4)
[0042] 地球的黄道经度L，黄道炜度B，向经R可由如下公式获取。
[0043]
[0044] 上式中，Ai、Bi、Ci的具体数值可在星历矩阵中通过查表法获取，η是LO在表中的行 数，用类似的方法可以计算11丄2丄3丄4丄5，地球的黄道经度1^由下式计算可得：
[0045]
[0046]类似上述的计算过程，可用同样的方式查表算出地球黄道炜度B、向径R和太阳的 黄道经度、黄道炜度和向径。
[0047] 根据下式计算地心经度Θ和地心炜度β:
[0048]
[0049] 结合星历表中的数据A1A1 XnD1和月球与太阳的平均距角Χ〇、太阳的平均平近点 角X1、月球的平均平近点角X 2、月球炜度参数X3、春秋分时月球旋转轨道与黄道偏角X4，利用 下式可计算出每一行中的经度Aih和倾斜角Δ ει。
[0050]
[0051 ]则经度的章动Δ φ和倾斜角的章动Δ ε的计算公式如下：
[0052]
[0053]黄赤交角ε可以通过黄道平均倾斜角表示如下：
[0054] ε