一种双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪方法
【专利摘要】本发明提供了一种双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪方法，根据太阳方位角判断当太阳板垂直于太阳光线时，太阳板的阴影与其它太阳板之间的遮挡情况，并根据遮挡情况，动态调整太阳板的倾角，使得太阳板的阴影不会遮挡到邻近的太阳板。本发明由于太阳板倾角是由0°渐渐增加的，使得太阳板在跟踪太阳的任何时刻均不会发生遮挡现象，所有的太阳板都能够均匀发电，很好地保护了发电装置；而且不需要增加太阳板之间的距离，从而提高了太阳板阵列在同等条件下的日总发电量和发电效率。
【专利说明】一种双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能发电领域，尤其是太阳能发电系统中的太阳板跟踪。
【背景技术】
[0002]在太阳能光伏发电系统中，采用光线自动跟踪的方式，使太阳能电池板的朝向精 确跟随太阳位置的变化而变化，始终保持太阳能电池板表面与太阳光垂直，将大大提高光 电转换效率。单轴太阳能跟踪系统比固定式系统能增加25%的功率输出，而双轴太阳能跟 踪系统比固定式系统能增加41 %的功率输出。
[0003]然而，在太阳能跟踪系统还有一个不容忽略的问题，尤其是在大规模太阳能光伏 发电系统中，早晨和傍晚太阳高度角较低，在跟踪的过程中，前排太阳板会部分甚至全部遮 挡后排太阳板。如此一来，前排的太阳板虽然能正常发电，但后排的太阳板却由于遮挡导致 功率输出降低，进而导致太阳板阵列的整体发电量降低；同时，光伏电池被遮挡时相当于负 载会消耗电能，随着耗能的增加将会产生过热甚至击穿的热斑现象，严重影响发电装置的 可靠性和使用寿命。
[0004] 为了减少或避免阴影现象，现在的发电系统采取的办法是：让太阳板相邻之间的 距离是太阳板长度的两倍，但这样只是在一段时间内能有效地避免阴影遮挡，即缩短了阴 影遮挡的时间，而不是完全消除遮挡现象，同时,增加太阳板之间的距离会导致发电系统占 用土地面积的增加，降低了发电效率。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，避免太阳板在跟踪太阳的过程中相互之间发生遮挡， 损害太阳板的输出性能和使用寿命，本发明提供了-种双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡 跟踪方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包含如下步骤：
[0007] 一、根据当地经纬度和当地时间计算实时的太阳高度角和方位角：
[0008] t = t〇-(120_E)/15 (1)
[0009] ω = 15(t-12) (2)
[0010] δ = 23.45sin[360(284+n)/365] ° (3)
[0011] sin as = sin Θ sin δ+cos Θ cos δ cosco (4)
[0012] s #iflL h (5)
[0013] 其中，t是当地时间，tQ是北京时间，E是当地经度，ω是太阳时角，δ是太阳赤纬 角，η是累积日，即1月1日为1，平年的 12月31日为365,狀是太阳高度角，θ是当地纬 度，rs是太阳方位角；
[0014] 二、根据太阳方位角判断当太阳板垂直于太阳光线时，太阳板的阴影与其它太阳 板之间的遮挡情况：太阳板阵列呈现矩形排布的情况下，以四块紧邻的太阳板 51?S4为例 来说明太阳板之间的相互遮挡状态，S1位于东南位置，S2位于东北位置，S3位于西南位置， S4位于西北位置，每块太阳板的长宽分别为a、b，太阳板的四角分别命名为A、 B、c、〇 ; [0015]太阳板相互位置存在两个临界状态：一个是S1的阴影刚好遮挡S3,并存在关系式 |C〇S rs| =a/L;另一个是S1的阴影刚好遮挡％并存在关系式|sin rs| =a/H，其中a 为太阳板的长度，Η为太阳板阵列的纵向转轴间距，L为太阳板阵列的横向转轴间距，根据 临界状况，将太阳板之间的位置关系分为四类：
[0016] (a) S1 的阴你只遮挡 S3 : | cos rs | < a/L，| sin rs | > a/H ;
[0017] (b) SI 的阴你只遮挡 S2 : | cos rs | > a/L，| sin rs | < a/H ;
[0018] (c) SI 的阴影只遮挡 S4 : | cos rs | > a/L，| sin rs | 多 a/H ;
[0019] (d) SI 的阴影冋时遮挡 S2 与 S3 : | cos rs | < a/L，| sin rs | < a/H ;
[0020] 三、根据步骤二的结果，判断是否发生遮挡情况：
[0021] 在任意时刻下，太阳板的最大阴影长度为S，S1与S3两块太阳板底边仙之间的距 离为U，S1与S2两块太阳板底边 AB之间的距离为H'，81与54两块太阳板底边仙之间 的距离V分别为 ：
[0022] S = b/sin as (g)
[0023] L'二 L| sin rs| (7)
[0024] H'二 H cos rs (g)
[0025]
【权利要求】
1. 一种双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪方法，其特征在于包括下述步骤： 一、 根据当地经纬度和当地时间计算实时的太阳髙度角和方位角： t = t〇-(12〇-E)/15 (1) ω = 15(t-12) (2) δ = 23.45sin[360(284+n)/365]° (3) sin as = sin Θ sin δ +cos Θ cos δ cos ω (4) sin rs = cos δ sinω/cos as (5) 其中，t是当地时间，tQ是北京时间，E是当地经度，ω是太阳时角，δ是太阳赤纬角， η是累积日，S卩1月1日为1，平年的12月31日为365, as是太阳高度角，Θ是当地纬度， rs是太阳方位角； 二、 根据太阳方位角判断当太阳板垂直于太阳光线时，太阳板的阴影与其它太阳板之 间的遮挡情况：太阳板阵列呈现矩形排布的情况下，以四块紧邻的太阳板S1?S4为例来说 明太阳板之间的相互遮挡状态，S1位于东南位置，S2位于东北位置，S3位于西南位置，S4 位于西北位置，每块太阳板的长宽分别为a、b，太阳板的四角分别命名为A、B、C、D ; 太阳板相互位置存在两个临界状态：一个是S1的阴影刚好遮挡S3,并存在关系式| cos rs| =a/L;另一个是S1的阴影刚好遮挡S2,并存在关系式|sin rs| =a/H，其中a为太阳 板的长度，Η为太阳板阵列的纵向转轴间距，L为太阳板阵列的横向转轴间距，根据临界状 况，将太阳板之间的位置关系分为四类： (a) S1的阴影只遮挡S3 ：| cos rs I < a/L, | sin rs | ^ a/H ； (b) Sl的阴影只遮挡S2 ：|cos rs I ^ a/L? |sin rs| < a/H ； (c) Sl的阴影只遮挡S4 ：I cos rs I 彡 a/L，| sin rs | 彡 a/H ; (d) SI 的阴影问时遮挡 S2 与 S3 :1 cos rs I < a/L，I sin rs I < a/H ; 三、 根据步骤二的结果，判断是否发生遮挡情况： 在任意时刻下，太阳板的最大阴影长度为S，S1与S3两块太阳板底边AB之间的距离为 L'，S1与S2两块太阳板底边AB之间的距离为H/，51与54两块太阳板底边仙之间的距 离V分别为： S = b/sin as (β) L1 = L|sin rs | (7) H, = H cos rs⑶
(9) (a) 当SI的阴影只可能遮挡S3时，若s > L，，则S1的阴影遮挡S3 ; (b) ^ S1的阴影只可能遮挡S2时，若s > H，，则S1的阴影遮挡S2 ; (c) ^ S1的阴影只可能遮挡S4时，若δ > s，，则S1的阴影遮挡S4 ; (d) 当si^阴影可能同时遮挡52和33时，若S>L，并且，，则 S1的阴影同时 遮挡S2和S3 ;若仅有S > L'，则S1的阴影只遮挡S3 ;若仅有s > H，，则S1的阴影只遮 挡S2 ; 四、 根据已经判明的遮挡情况，为使其避免遮挡情况发生，将太阳板的倾角调至如下角 度： (a) 当没有发生遮挡时，太阳板的倾角应为 φ~9(? -as (1()) (b) 当S1的阴影遮挡S3时，太阳板的倾角应调整为
.1.11). (C)当S1的阴影遮挡S2时，太阳板的倾角应调整为
(d) 当S1的阴影遮挡S4时，太阳板的倾角应调整为
Μ (e) 当S1的阴影同时遮挡S2与S3时，太阳板的倾角应调整为 Φ4 = {Φ" <t2}min (14) 将太阳板的倾角调整之后，太阳板的阴影不会遮挡到邻近的太阳板，即实现了双轴# 阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪。
【文档编号】G05D3/12GK104216419SQ201410483560
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】贺宏锟, 王甜, 李康祥, 王皓 申请人:西北工业大学