專利名稱：場級跟蹤器控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
太陽能系統(tǒng)用于收集太陽輻射且將太陽輻射轉(zhuǎn)換成可用的電能。系統(tǒng)通常包括安裝在跟蹤器上的太陽能單元的陣列和經(jīng)由驅(qū)動電動機(jī)指引跟蹤器的控制器。用于太陽能系統(tǒng)的自動化的跟蹤器控制器用于指引太陽能單元跟隨太陽的路徑?？刂破魍ǔＳ匈囉诟櫰鞯木_且正確的位置、時鐘或定時機(jī)構(gòu)和星歷表等式來計(jì)算太陽輻射相對于太陽能單元陣列的相對方向?？刂破魍ǔ？刂茊蝹€跟蹤器，單個跟蹤器可以支撐一個或多個太陽能單元陣列。太陽能單元可以為聚光光伏(CPV)太陽能裝置，其為利用一個或多個光學(xué)元件將入射光聚集到光生伏打電池上的裝置。每單位面積可呈現(xiàn)出500或更多太陽的電力的這種聚光取決于相對于太陽的精確取向從而提供改進(jìn)的性能。一個或多個CPV裝置可以組裝成陣列。這些陣列安裝在跟蹤裝置上，所述跟蹤裝置可包括剛性支撐結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電動機(jī)和冷卻機(jī)構(gòu)。跟蹤器可以同時樞轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)多個太陽能陣列以跟隨太陽的路徑。跟蹤器通常以如下方式相對于彼此分布在使一個陣列可在另一陣列上具有的遮光輪廓最小化的同時，使得最大程度地暴露于太陽光。這使得在場中跟蹤器的分布稀疏。分布可以被測量作為兩維地面覆蓋密度(GCD2D)。為了提供較稠密分布的跟蹤器以使每個區(qū)域中收集的太陽能的量最大化，需要進(jìn)行改進(jìn)。場中各個太陽能系統(tǒng)可能周期性地發(fā)生故障。隨著太陽改變射角，最終不能工作的跟蹤器或太陽能裝置可對近旁的陣列產(chǎn)生遮光。因此，可能降低相鄰太陽能系統(tǒng)的性能。 周圍結(jié)構(gòu)(例如，風(fēng)力渦輪機(jī)、建筑物、景觀元素和樹木)的遮光模式也可能影響太陽能系統(tǒng)的場的最大可能的電力輸出。當(dāng)前的跟蹤器控制器不能解釋可能周期性地阻擋太陽輻射的景觀中的元素、其它這樣的跟蹤器、樹木、建筑物或不工作的跟蹤器。此外，設(shè)計(jì)為使得在陣列級處的電力輸出最大化的跟蹤器可導(dǎo)致在整體上場的發(fā)電是次優(yōu)的。因此，對于使得太陽能系統(tǒng)更稠密分布且提供各個跟蹤器的動態(tài)控制從而使太陽能系統(tǒng)的場的電力輸出最大化的改進(jìn)的跟蹤器控制器存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于在太陽能系統(tǒng)的場中可控地定位用于太陽能系統(tǒng)的一個或多個各個跟蹤器的方法和裝置。單個太陽能系統(tǒng)可以包括跟蹤器、驅(qū)動電動機(jī)、太陽能裝置和用于測量能量輸出的器件。太陽能裝置可以包括安裝在跟蹤器上的一個或多個陣列，并且陣列可以包括一個或多個太陽能單元。所述方法和裝置可使場中的跟蹤器取向以產(chǎn)生來自各個太陽能系統(tǒng)的電力輸出之和的最大潛在電力(MPP)輸出。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器可以基于諸如周圍結(jié)構(gòu)的位置和尺寸、太陽移動、太陽能系統(tǒng)中太陽能單元的電子布置以及與該系統(tǒng)的期望輸出相比較的能量系統(tǒng)的測量輸出的因素來計(jì)算用于各個太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。場級跟蹤器控制器包括輸入器件、與太陽能系統(tǒng)的場進(jìn)行通信的可編程控制器以及用于存儲算法的器件，所述算法對于太陽能系統(tǒng)的場的MPP計(jì)算太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，場級跟蹤器控制器可以包括輸入器件，所述輸入器件用于輸入場中各個太陽能系統(tǒng)的位置和尺寸以及系統(tǒng)中太陽能單元的電子布置。控制器還可以包括用于存儲算法的存儲器件，所述算法基于場中各太陽能系統(tǒng)的位置和尺寸、測量到的由場中的各太陽能系統(tǒng)生成的電力輸出、陣列中太陽能單元的電子布置和用于太陽移動的星歷表等式來對于太陽能系統(tǒng)之和的最大潛在電力(MPP)輸出計(jì)算各個太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。在另一實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以使太陽能系統(tǒng)的第一部分取向?yàn)樘峁┰谔柲芟到y(tǒng)的第二部分上的最小遮光模式，從而提供場中太陽能系統(tǒng)之和的最大潛在電力輸出。對場中的系統(tǒng)的最小遮光模式可以通過使用星歷表等式、場中各個太陽能系統(tǒng)或其它結(jié)構(gòu)的位置和尺寸的算法來計(jì)算，以便計(jì)算出由各個跟蹤器或其它結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的遮光模式。在另一實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以監(jiān)測各個太陽能系統(tǒng)的輸出并計(jì)算一個或多個太陽能跟蹤器可能故障的改進(jìn)位置集合。場級控制器系統(tǒng)提供了在整體上而不是基于各個系統(tǒng)使得太陽能系統(tǒng)的場的電力輸出最大化的獨(dú)特方案。


圖1描繪了太陽能系統(tǒng)的場的示意圖。圖2示出了以三個并聯(lián)串電子連接的太陽能裝置的陣列的示意圖。圖3描繪了圖示對于太陽能裝置的三個并聯(lián)串的遮光影響的曲線圖。圖4描繪了取向?yàn)樵诘吞柹浣翘幨沟脠龅奶柲茌敵龅臐撛诳偤妥畲蠡奶柲芟到y(tǒng)的場的示意圖。圖5示出了圖示當(dāng)使各個太陽能系統(tǒng)處于平放位置(stowed position)時太陽能系統(tǒng)的場的最大電力輸出的曲線圖。圖6描述了當(dāng)從場中的各個太陽能系統(tǒng)檢測到電力減小時本發(fā)明的場級跟蹤器控制器所采取的處理的一個實(shí)施方案的流程圖。圖7描繪了包括一個故障系統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)的場的示意圖。圖8描繪了包括一個平放系統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)的場的示意圖。圖9描繪了包括一個故障系統(tǒng)和一個平放系統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)的場的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖在本文中更加完整地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以許多不同的形式實(shí)施且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制于本文所闡述的實(shí)施方案；而是，提供這些實(shí)施方案以使本公開是全面且完整地并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在全文中，相同的標(biāo)記指代相同的元件。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以可控地定位太陽能系統(tǒng)的場中的一個或多個各個太陽能系統(tǒng)。太陽能系統(tǒng)可以包括用于將太陽能轉(zhuǎn)換成可用電能的一個或多個陣列的單元?？梢砸粋€或多個串電組合陣列中的太陽能單元。太陽能單元可以為聚光光伏裝置。太陽能單元可以平板型太陽能裝置。太陽能系統(tǒng)還可以包括將單元的陣列指引以朝向入射的太陽輻射的跟蹤器。太陽能系統(tǒng)的場可以包括大于一個的任何數(shù)量的太陽能系統(tǒng)。太陽能系統(tǒng)的場可以包括10個、50個、100個或更多的系統(tǒng)。跟蹤器可以為跟隨太陽的路徑的任何裝置。跟蹤裝置可以具有任何構(gòu)造，諸如單個或多個基座支撐構(gòu)造以及使用組合支撐件和滑軌、銷接合、球窩、旋轉(zhuǎn)輪和更多的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在參考圖1，五個太陽能系統(tǒng)的場的示意性剖面圖顯示為朝向太陽光線的方向。 太陽能系統(tǒng)中的每個包括跟蹤器(A-E)，所述跟蹤器包括包含單陣列(1- 的太陽能單元的單個基座。圖2中的示意圖中顯示的陣列200可以代表圖1的陣列1-5中的任一個，陣列200包括分成三串(I-III)的30個太陽能單元210。由于陣列200可以包括以任何數(shù)量的串布置的任何數(shù)量的太陽能單元，圖2中描述的實(shí)施方案僅理解為示例性的目的。太陽能單元210通常以包括串的串聯(lián)形式電連接，使串I-III并聯(lián)連接。單元的串聯(lián)可以包含多個分流二極管，分流二極管可以在單個太陽能單元故障的情形下限制由太陽能系統(tǒng)所生成的電力的損耗。單個太陽能單元的遮擋或者機(jī)械或電氣故障對單個的和相鄰的太陽能系統(tǒng)的輸出的影響在很大程度上取決于系統(tǒng)中串的布置和連接。太陽能系統(tǒng)的場的取向和全局位置以及一年的時間均可以在很大程度上影響投射到各個太陽能系統(tǒng)上的遮光模式且因此影響太陽能系統(tǒng)的場的電力輸出。單個太陽能系統(tǒng)的最大電力輸出的降低還可能由于串中太陽能單元的部分的機(jī)械或電子故障或者對太陽能單元的串的部分的太陽輻射的阻礙而發(fā)生。阻礙可由于任何數(shù)量的源引起，例如，灰塵、碎屑、遮光。太陽能單元的部分的局部阻礙、遮擋或故障對各個太陽能系統(tǒng)的電力輸出的影響在很大程度上取決于系統(tǒng)中單元的串的電氣布置。圖3示出了增加對與圖2中的陣列200類似的電并聯(lián)布置的太陽能單元的三個串的陣列的遮擋的模擬。系統(tǒng)的電力輸出取決于找到并聯(lián)串的最大電力點(diǎn)(MPP)。顯示了兩種情況。在一種情況下(-□_)，諸如云層的均勻遮擋以相同的方式影響各個串。在第二種情況下(- _)，所有的遮擋發(fā)生在陣列的三個串之上，這將由于陰影在陣列上方變長而發(fā)生。當(dāng)太陽能單元的串被均勻地削弱時(-□_)，那么以與遮擋量成比例的比率影響電力輸出，而非均勻遮擋(- _)可以不成比例地有損于總電力輸出。在各個串以相似的方式(例如，大氣薄霧、云層)被削弱的程度上，那么陣列的最大電力點(diǎn)將分別對應(yīng)于各個串的MPP。因此，如果遮擋橫過各個串是均等的，則陣列的MPP結(jié)果將等于由串分別獲得的結(jié)果，并且遮擋對陣列電力輸出的影響在被遮擋區(qū)域中是線性的。然而，如果在陣列的部分上發(fā)生遮擋，諸如在一個串(- _)上發(fā)生遮擋，那么被遮擋串的MPP實(shí)質(zhì)上不同于未受遮擋的串的MPP。如果為并聯(lián)的三個串確定了總的MPP，那么各個串將遠(yuǎn)離其各自的MPP工作， 并且陣列的電力將比被遮擋區(qū)域的比率下降得更快。在最壞的可能實(shí)施例中，如果一個串被完全遮擋，則在陣列級將不產(chǎn)生電力。因此，33%的遮擋可導(dǎo)致100%的電力損耗。當(dāng)由于第二太陽能系統(tǒng)的布置和位置導(dǎo)致對第一太陽能系統(tǒng)的遮擋時，可控地定位第二太陽能系統(tǒng)以使對第一太陽能系統(tǒng)的遮擋最小化是有益的。盡管這可能降低第二太陽能系統(tǒng)的MPP，但是第一太陽能系統(tǒng)將產(chǎn)生相對于被遮擋的太陽能系統(tǒng)改進(jìn)的太陽能產(chǎn)量。因此，如果太陽能系統(tǒng)的部分可控地取向?yàn)槭沟脤μ柲芟到y(tǒng)的另一部分的遮光最小化，則由太陽能系統(tǒng)的場產(chǎn)生的太陽能的最終總和將較大。相反地，當(dāng)前的控制器通常將指引跟蹤器跟隨太陽光線的計(jì)算方向。因此，由各個系統(tǒng)的電力輸出之和確定的場的電力輸出可能由于對場中的一個或多個各個太陽能系統(tǒng)上產(chǎn)生遮光模式的結(jié)構(gòu)而是次優(yōu)的。因此，本發(fā)明可以通過使得場中電力輸出之和最大化來提高太陽能系統(tǒng)的場的電力輸出。場級跟蹤器控制器可以計(jì)算場中各太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)取向且通過與太陽陣列跟蹤器通信分別定位各個系統(tǒng)。改進(jìn)的構(gòu)造解釋了諸如由周圍結(jié)構(gòu)引起的遮擋和各個系統(tǒng)的故障等性能降低因素。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器可以包括可編程控制器，其與場中的一個或多個各個跟蹤器進(jìn)行通信；存儲器件，其用于存儲計(jì)算算法；用于將信息輸入到算法的器件；以及用于控制跟蹤器的位置的器件。在一個實(shí)施方案中，也稱為場級跟蹤器控制器的跟蹤器控制器可以局域地定位在太陽能系統(tǒng)的場中。在可選實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以遠(yuǎn)程地定位且與跟蹤器的通信系統(tǒng)進(jìn)行通信(例如，互聯(lián)網(wǎng)連接)。存儲器件可以為輔助存儲器件(例如，硬盤驅(qū)動、閃存驅(qū)動或其它非易失性器件)。輸入器件可以為電力監(jiān)測器件(例如，AC聯(lián)鎖電網(wǎng)、逆變器級AC或DC電力測量、串級測量或模塊級測量)、用于跟蹤器的取向感測裝置(例如，步進(jìn)位置、編碼器、視頻裝置)、健康監(jiān)測裝置(例如，跟蹤器電動機(jī)電流測量)，以及天氣和太陽監(jiān)測裝置(例如，風(fēng)速和風(fēng)向測量裝置、溫度計(jì)、光譜儀、DNI和GNI測量、天空觀察視頻裝置等)。用于控制的器件可以包括用于局域控制器的驅(qū)動電動機(jī)或軟件指令以實(shí)現(xiàn)跟蹤器平放和控制器待命模式?？稍趫D4中看到場中太陽能系統(tǒng)的取向的實(shí)施例。在該圖中，太陽能系統(tǒng)B和D 已經(jīng)取向?yàn)槭沟脤τ谔柲芟到y(tǒng)A和C的遮光模式最小化。在該實(shí)施方案中，可以通過將跟蹤器B和D定位到平放位置而使由太陽能系統(tǒng)的場所生成的太陽電力最大化。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器可以確定太陽能系統(tǒng)的場的最大潛在電力輸出且分別可控地定位一個或多個跟蹤器以實(shí)現(xiàn)最大潛在電力。在一個實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以定位在太陽能系統(tǒng)的場的現(xiàn)場處。在可選實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以遠(yuǎn)程地定位且與跟蹤器進(jìn)行通信(例如，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)連接)。平放或配置協(xié)議可通過經(jīng)驗(yàn)確定或計(jì)算出以便在每天太陽升落時為場提供最大電力輸出。應(yīng)當(dāng)理解的是，平放位置可以為不產(chǎn)生太陽能且對相鄰太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生最小遮光模式的任何位置。在一個實(shí)施方案中，陣列的平放位置可以為水平的。在另一實(shí)施方案中，陣列的平放位置可以為垂直的且與太陽光線平行。在又一實(shí)施方案中，平放位置可以為動態(tài)的。將一個或多個太陽能系統(tǒng)取向在平放位置上的一個方案是在遮光模式隨時間變化時保持對相鄰太陽能系統(tǒng)的最小遮光輪廓。在圖5中以曲線圖描繪了分別被控制的太陽能系統(tǒng)和平放協(xié)議的場的模擬電力輸出。該實(shí)施方案代表如下協(xié)議在太陽的射角減小時，通過場級控制器將漸增數(shù)量的太陽能系統(tǒng)取向到平放位置，得到由曲線圖中的實(shí)線表示的合成總電力輸出。曲線圖描繪了由太陽系統(tǒng)的場產(chǎn)生的潛在電力的實(shí)施例，各系統(tǒng)包括安裝到單個跟蹤器上的單個陣列的三串太陽能單元。曲線圖顯示了在太陽晝夜平分點(diǎn)處按北/南方向取向的太陽能系統(tǒng)的場的模擬條件。系統(tǒng)以0. 2的兩維地面覆蓋率(GCR2D)均勻地分布，0. 2的兩維地面覆蓋率對應(yīng)于太陽處于天頂?shù)恼诠獗砻娴?0%。在太陽的射角處于以上時的中午期間的點(diǎn)處， 來自系統(tǒng)的遮擋不影響該場的太陽能收集，并且所有的系統(tǒng)可以朝向太陽取向(一 O -)。 在太陽射角減小且跟蹤器傾斜以使陣列朝向太陽時，各個太陽能系統(tǒng)的遮光模式可能由于最近鄰太陽能系統(tǒng)的遮擋而影響場的太陽能輸出。在19°的太陽射角處，因?yàn)楦麝嚵猩系膯蝹€串將被其最近鄰?fù)耆趽?，由于傾斜跟蹤器而引起的遮光將場電力輸出降低至零。因此，場級控制器將交變的系統(tǒng)(系統(tǒng)中的1/2可工作，-□-)指引到平放位置，當(dāng)太陽射角減小至22°時，所述平放位置消除了對中間的太陽能系統(tǒng)的遮擋。這使得在相鄰太陽陣列上的遮光模式被去除時降低了電力損耗。在太陽射角減小至12°以下時，遮光模式將變長且下個最近鄰可到達(dá)平放位置以防止所生成的太陽能的總損耗(系統(tǒng)中的1/3可工作，一Δ-)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，可從太陽跟蹤位置去除兩個中間的太陽能系統(tǒng)，再次使得在從工作系統(tǒng)中去除遮光時降低了電力損耗。在太陽落下時模式持續(xù)，并且可以使更多的中間系統(tǒng)離線而到達(dá)最小遮擋平放位置，從而從工作系統(tǒng)(系統(tǒng)中的1/4可工作，一+— ；然后，系統(tǒng)中的1/5可工作，-〇-)中去除遮光。因此，當(dāng)遮光模式橫過太陽能系統(tǒng)變長時，由于使得對工作系統(tǒng)的遮光最小化，繼續(xù)從場中產(chǎn)生由實(shí)線(_)表示的最大潛在電力之和。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器確定在太陽能系統(tǒng)的場中各個系統(tǒng)的改進(jìn)的系統(tǒng)位置以保持最大潛在場電力。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，改進(jìn)的系統(tǒng)位置包括產(chǎn)生最小遮光模式的平放協(xié)議，所述最小遮光模式是通過使用場中各個太陽能系統(tǒng)或其它結(jié)構(gòu)的位置和尺寸、各陣列中太陽能單元的串的電子布置以及將太陽的位置描述為高度角和方位角的函數(shù)的星歷表等式的算法而計(jì)算出的。在本發(fā)明的另一方案中，改進(jìn)的配置協(xié)議是通過在太陽每天早晨升起時使得對太陽能系統(tǒng)的遮擋最小化而計(jì)算出的。本發(fā)明的一個方案，太陽能系統(tǒng)可以較高的GCR2D分布間隔開從而在固定區(qū)域中產(chǎn)生更多的電力。圖5描述了解釋在一天當(dāng)中隨著太陽射角減小遮光模式變長的平放模式。應(yīng)當(dāng)理解的是，還可以將配置模式計(jì)算和實(shí)現(xiàn)為在每天太陽升起時使得場電力最大化。在另一實(shí)施方案中，各太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)位置可以通過測量由各個太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力且將該電力與期望電力水平進(jìn)行比較而計(jì)算出。在太陽能轉(zhuǎn)換成電之后，可以通過檢測來自任何點(diǎn)的電信號來監(jiān)測發(fā)電，諸如在各個太陽能單元處、單元的串處或逆變器處。各個系統(tǒng)的發(fā)電可以與由場產(chǎn)生的平均電力進(jìn)行比較或者與太陽能電力檢測裝置進(jìn)行比較。這些比較可以判定出所觀察到的各個系統(tǒng)的電力水平的下降是否為當(dāng)前太陽狀況的結(jié)果或者表示各個太陽能系統(tǒng)的故障。各個系統(tǒng)的電力水平可以受到在太陽跟蹤過程中由相鄰工作系統(tǒng)產(chǎn)生的自然遮光模式的影響。各個系統(tǒng)的電力水平還可受到來自相鄰非工作太陽能系統(tǒng)的遮光模式的影響。非工作太陽能系統(tǒng)可以是跟蹤故障或一個或多個太陽能單元的故障或例行維護(hù)的結(jié)果。各個系統(tǒng)的電力水平還取決于系統(tǒng)本身的各個部件，諸如跟蹤器、各個太陽能單元或它們之間的連接件?？梢杂?jì)算或測量單個太陽能系統(tǒng)的期望電力值。在一個實(shí)施方案中，期望值可以基于太陽能單元的已知效率通過計(jì)算系統(tǒng)的最大可能電力而確定。在另一實(shí)施方案中，期望值可以為在太陽能系統(tǒng)初始化時測量到的電力。太陽能系統(tǒng)的任何部分的故障可影響該系統(tǒng)的發(fā)電以及相鄰系統(tǒng)的發(fā)電。這些影響可通過使用本發(fā)明而最小化，本發(fā)明計(jì)算并指引場中各個太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)位置，從而使?jié)撛诳倛霎a(chǎn)量最大化。在圖6中描繪的流程圖中描述了本發(fā)明的一個實(shí)施方案，其描述了場級跟蹤器控制器使太陽能系統(tǒng)的場的潛在能量輸出最大化的處理。步驟1表示在單個太陽能系統(tǒng)中檢測到減小的電力?？刂破骺梢酝ㄟ^將該系統(tǒng)的期望值與太陽能系統(tǒng)的場的當(dāng)前輸出進(jìn)行比較來檢測單個系統(tǒng)的減小的電力。這些比較可以判定出電力輸出是否表示故障的系統(tǒng)或僅為當(dāng)前環(huán)境或場條件的結(jié)果。步驟2表示場級跟蹤器控制器現(xiàn)在可判定出跟蹤器是否正在各系統(tǒng)中運(yùn)行。可以通過例如視頻監(jiān)測、步進(jìn)電動機(jī)脈沖檢測、跟蹤器電動機(jī)中的電流和本領(lǐng)域公知的其它方法的任何方法來確定跟蹤器運(yùn)行。如果跟蹤器正在運(yùn)行，那么在步驟 3中，場級跟蹤器控制器可以指引跟蹤器以使故障的太陽能系統(tǒng)取向?yàn)槠椒盼恢茫撈椒盼恢檬沟脤τ谙噜徬到y(tǒng)的遮擋減少。如果跟蹤器不正在運(yùn)行且因此不能改變其位置，則場級跟蹤器控制器可以判定出相鄰系統(tǒng)是否將受到由故障的太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的遮光的不利影響。在一種情況下，故障的跟蹤器固定到不影響相鄰系統(tǒng)的位置處。在另一情況下，故障的跟蹤器可以對相鄰系統(tǒng)產(chǎn)生遮光模式，同時提供不可用的能量。場級跟蹤器控制器可以通過任何方法確定非故障太陽能系統(tǒng)的影響。在一個實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以判定出是否以與來自故障系統(tǒng)的遮擋一致的方式影響測量到的相鄰系統(tǒng)的電力輸出。在另一實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以生成技師用以訪問場且進(jìn)行檢查的信號。在步驟4中，場級跟蹤器控制器可以評估故障系統(tǒng)對當(dāng)前平放/配置協(xié)議的影響， 并且如下需要可重新計(jì)算協(xié)議。平放/配置協(xié)議的再評估可以通過任何方法，例如，計(jì)算、 技師輔助或經(jīng)驗(yàn)。在一個實(shí)施方案中，平放系統(tǒng)可以為在太陽的射角下降時平放的第一個系統(tǒng)，并且在太陽升起時配置的最后一個系統(tǒng)。在該實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器不重新計(jì)算新的平放/配置協(xié)議(步驟5，步驟6)。在另一實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以計(jì)算影響場中工作的太陽能系統(tǒng)的新遮光模式，該新遮光模式解釋了故障系統(tǒng)的尺寸、位置和場所。在該實(shí)施方案中，場級跟蹤器控制器可以確定來自運(yùn)行的和非運(yùn)行的太陽能系統(tǒng)的場的可能的最大電力需要重新計(jì)算平放協(xié)議。場級跟蹤器控制器可以重新計(jì)算故障的太陽能系統(tǒng)的遮光模式以確定應(yīng)當(dāng)首先平放哪個太陽能系統(tǒng)以便陰影在夜晚變長時使電力輸出最大化以及應(yīng)當(dāng)最后配置哪個太陽能系統(tǒng)以便當(dāng)太陽升起時陰影變短?？梢曰谛菤v表等式以及太陽能系統(tǒng)的位置和尺寸來計(jì)算遮光模式。可以基于太陽能系統(tǒng)的位置和尺寸以及陣列中太陽能單元的電子布置來計(jì)算遮光模式對電力輸出的影響。除了在太陽射角減小時為太陽能系統(tǒng)的場提供最大電力輸出之外，本發(fā)明可以可控地定位各個太陽能系統(tǒng)以便在一個或多個太陽能系統(tǒng)輸出減少的情形下提供最大的電力。在圖7中顯示了故障的太陽能系統(tǒng)的實(shí)施例，其中在太陽能系統(tǒng)A-E的場中描繪了故障系統(tǒng)D。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器可以檢測故障的太陽能系統(tǒng)且計(jì)算保持最大潛在場電力輸出的的響應(yīng)。在一個實(shí)施例中，故障的太陽能系統(tǒng)包括具有運(yùn)行的跟蹤器的不工作的太陽陣列。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器可以通過檢測例如跟蹤器步進(jìn)電動機(jī)脈沖來確定跟蹤器正在運(yùn)行。圖8描繪了在使系統(tǒng)D到達(dá)平放位置以使得對系統(tǒng)C的遮光最小化且使場電力最大化時場級跟蹤器控制器的響應(yīng)。在圖9所示的另一實(shí)施例中，本發(fā)明的場級跟蹤器控制器可能不能夠控制跟蹤器本身不響應(yīng)的故障太陽能系統(tǒng)D的位置。在該情況下， 場級跟蹤器控制器可以使諸如C的相鄰太陽能系統(tǒng)到達(dá)平放位置。這樣做是因?yàn)?，故障的太陽能系統(tǒng)D可能不利地影響系統(tǒng)C的電力產(chǎn)量，這依次可影響系統(tǒng)B的能量產(chǎn)量。因此， 場級跟蹤器控制器確定，對于系統(tǒng)D具有故障的跟蹤器的圖9的方案而言，改進(jìn)的場配置是平放系統(tǒng)C從而獲得來自場的最大潛在電力輸出。本發(fā)明的場級跟蹤器控制器的可選實(shí)施方案包括將場中的各個太陽能系統(tǒng)可編程地定位到平放位置以用于周期性維護(hù)或天氣相關(guān)的保護(hù)。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的特定實(shí)施方案詳細(xì)地描述了本說明書，應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解前述內(nèi)容時可易于構(gòu)思出這些實(shí)施方案的改動、變型例和等同方案。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以實(shí)踐本發(fā)明的這些和其它改進(jìn)和變型例，而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍，在所附權(quán)利要求中更特別地闡述了本發(fā)明的主旨和范圍。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，前面的描述僅通過實(shí)施例進(jìn)行且不意在限制本發(fā)明。因此，目的是本主旨涵蓋落在所附權(quán)利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)的這些改進(jìn)和變型例。
權(quán)利要求
1.一種控制器系統(tǒng)，包括兩個或多個太陽能系統(tǒng)的場，其中每個系統(tǒng)包括安裝到太陽跟蹤器上的一個或多個太陽能陣列，并且其中所述陣列包括具有電子布置的一個或多個太陽能單元；以及場級跟蹤器控制器，其與所述太陽能系統(tǒng)的場進(jìn)行通信，其中所述控制器能夠接收與所述太陽能系統(tǒng)的場中各個太陽陣列的位置和尺寸以及陣列中太陽能單元的所述電子布置有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且其中所述場級跟蹤器控制器控制所述場中各個太陽跟蹤器的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述跟蹤器控制器進(jìn)一步包括存儲器件和存儲在所述存儲器件中的算法，其中所述算法計(jì)算提高所述太陽能系統(tǒng)的潛在電力輸出之和的各個太陽能系統(tǒng)的配置。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述太陽能系統(tǒng)的所述配置提供對一個或多個太陽能系統(tǒng)的最小遮光模式。
4.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述算法使用各個太陽陣列的位置和尺寸以及陣列中太陽能單元的所述電子布置。
5.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場級跟蹤器控制器能夠接收與各個太陽能系統(tǒng)的電力輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述太陽能單元包括聚光光伏太陽能單元。
7.如權(quán)利要求1所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場級跟蹤器控制器距所述太陽能系統(tǒng)的場遠(yuǎn)程地定位。
8.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述太陽能系統(tǒng)的所述配置包括將一個或多個太陽能系統(tǒng)定位在平放位置處。
9.如權(quán)利要求2所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述算法使用計(jì)算出的近旁結(jié)構(gòu)的遮光模式，并且其中所述近旁結(jié)構(gòu)是從由太陽能系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、樹木、景觀元素和建筑物組成的組中選出的以計(jì)算用于使太陽能系統(tǒng)的潛在電力輸出之和最大化的各個太陽能系統(tǒng)的配置。
10.一種用于構(gòu)造太陽能系統(tǒng)場級控制器的方法，所述方法包括提供場級跟蹤器控制器，其中所述場級跟蹤器控制器具有存儲器件，并且其中所述場級跟蹤器控制器能夠接收輸入數(shù)據(jù)；將太陽能系統(tǒng)的場中各個太陽能系統(tǒng)的位置和尺寸輸入到所述場級跟蹤器控制器中；將所述場級跟蹤器控制器放置為與所述太陽能系統(tǒng)的場進(jìn)行通信；以及將算法存儲在所述存儲器件中，其中所述算法基于輸入數(shù)據(jù)計(jì)算所述太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)配置以使所述太陽能系統(tǒng)的場的電力輸出之和最大化。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述太陽能系統(tǒng)為聚光光伏太陽能系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述場級跟蹤器控制器設(shè)置在距太陽能系統(tǒng)的場遠(yuǎn)程的位置處。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述改進(jìn)配置包括處于平放位置的一個或多個太陽能系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述算法進(jìn)一步包括計(jì)算近旁結(jié)構(gòu)的遮光模式， 其中所述近旁結(jié)構(gòu)是從由太陽能系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、樹木、景觀元素和建筑物組成的組中選出的。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將陣列中太陽能單元的電子布置輸入到所述場級跟蹤器控制器中。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將太陽能系統(tǒng)的電力輸出水平輸入到所述場級跟蹤器控制器中。
17.—種場級控制器系統(tǒng)，包括兩個或多個太陽能系統(tǒng)的場，其中每個系統(tǒng)包括安裝到太陽陣列跟蹤器上的一個或多個太陽能陣列，并且其中所述陣列包括一個或多個太陽能單元；以及場級跟蹤器控制器，其與所述太陽能系統(tǒng)的場進(jìn)行通信，其中所述場級跟蹤器控制器能夠接收與所述太陽能系統(tǒng)的場中各個太陽陣列的位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且其中所述場級跟蹤器控制器控制各個太陽陣列跟蹤器的位置。
18.如權(quán)利要求17所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述陣列包括一個或多個聚光光伏太陽能單元。
19.如權(quán)利要求17所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場級跟蹤器控制器能夠接收與各個太陽能系統(tǒng)的電力輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求17所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場級跟蹤器控制器進(jìn)一步包括天氣監(jiān)測裝置。
21.一種用于使太陽能系統(tǒng)的場的電力輸出最大化的方法，所述方法包括 提供場級跟蹤器控制器，其中所述場級跟蹤器控制器包括算法；提供包括安裝到太陽陣列跟蹤器上的一個或多個太陽能陣列的太陽能系統(tǒng)的場，其中所述陣列包括以串式布置電連接的一個或多個太陽能單元；將太陽能系統(tǒng)的場中各個太陽能系統(tǒng)的位置和尺寸輸入到所述場級跟蹤器控制器中；將太陽能裝置的所述串式布置輸入到場級跟蹤器控制器中； 將所述場級跟蹤器控制器放置為與所述太陽能系統(tǒng)的場進(jìn)行通信；以及利用所述算法來計(jì)算各個太陽能系統(tǒng)的配置以使所述太陽能系統(tǒng)的潛在電力輸出之和最大化。
22.如權(quán)利要求21所述的控制器系統(tǒng)，其中，所述場級跟蹤器控制器進(jìn)一步包括天氣監(jiān)測裝置。
全文摘要
本發(fā)明指向用于提高來自太陽能系統(tǒng)的場的總電力輸出的裝置和方法。本發(fā)明提供場級跟蹤器控制器，場級跟蹤器控制器計(jì)算各個太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)定位并且將那些配置傳送給場中的跟蹤器。存儲在控制器中的算法基于諸如太陽移動、由周圍結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的遮光模式以及能量系統(tǒng)的測量輸出的因素來計(jì)算太陽能系統(tǒng)的改進(jìn)配置。改進(jìn)定位可以包括將各個能量系統(tǒng)指引到平放位置以使得在整體上場的電力輸出最大化。
文檔編號F24J2/40GK102326034SQ201080008196
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者M.麥克唐納 申請人:索爾?？怂构煞萦邢薰?br>