本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于智能化控制的雙面光伏電池組件跟蹤方法及控制器。

背景技術(shù)：

光伏系統(tǒng)通常是由很多塊光伏組件經(jīng)過(guò)串并聯(lián)后組成光伏陣列，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電能，再由逆變器逆變成交流電，最終并入到電網(wǎng)中。目前，光伏陣列側(cè)通常采用的是常規(guī)光伏組件，即組件的正面布有光伏電池，可以光電轉(zhuǎn)換。在資源供求矛盾日益激化的情況下，對(duì)太陽(yáng)能的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用必將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。提升光電轉(zhuǎn)換效率首當(dāng)其沖，雙面發(fā)電組件新近研發(fā)出來(lái)，并開(kāi)始應(yīng)用。傳統(tǒng)的光伏電池當(dāng)中，單晶硅電池光電轉(zhuǎn)換效率最高，可達(dá)18-19％，而這種新型的雙面光伏電池，正面接收太陽(yáng)能的直射能量，背面接收來(lái)自地面或物體的發(fā)射以及空氣中的散射光，正面、背面均可以光電轉(zhuǎn)換，綜合轉(zhuǎn)換效率可以提高到20-25％。

由于雙面光伏電池雙面發(fā)電的特性，可以任意角度，任意朝向安裝。應(yīng)用到系統(tǒng)端，就會(huì)有很多技術(shù)問(wèn)題亟待解決。例如：現(xiàn)有的跟蹤支架系統(tǒng)沒(méi)有考慮到雙面發(fā)電的特性，雙面光伏組件也會(huì)因?yàn)椴煌牡孛?、水面、草地等安裝地地形，不同的物體經(jīng)過(guò)，不同的安裝地背景顏色等等因素，也都會(huì)造成雙面光伏組件的兩面接收到的光輻射不一樣，降低系統(tǒng)發(fā)電量，使其很難在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用。

公開(kāi)日為2013.08.28，授權(quán)公告號(hào)為cn203165907u的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種基于雙面電池的光伏跟蹤系統(tǒng)，它主要包括：光伏跟蹤支架、跟蹤器、逆變器，其中所述跟蹤器及逆變器均安裝在光伏跟蹤支架上，所述的光伏跟蹤支架上還安裝有反射器及雙面電池組件，其中所述雙面電池組件豎立排列，所述的反射器對(duì)稱安裝在所述的雙面電池組件兩側(cè)；所述的雙面電池組件主要由若干塊雙面電池有序布置，并按平面組件的層壓工藝封裝而成；所述的反射器設(shè)置成倒置型的“v”型形狀，由玻璃鏡面或鏡面不銹鋼制成；所述反射器相對(duì)獨(dú)立并構(gòu)成獨(dú)立單元；反射器固定在光伏跟蹤支架上，且反射器與支架間的安裝夾角θ為5～45°；該實(shí)用新型有望比平面安裝系統(tǒng)效率高出25～50％，性價(jià)比明顯改善，便于推廣應(yīng)用。但是，該專利存在以下問(wèn)題：

(1)由于太陽(yáng)入射光的角度在不斷變化中，雙面電池組件僅僅做垂直固定，此方向上并不能完全獲得太陽(yáng)光的最大能量，勢(shì)必造成一定量的發(fā)電量損失；

(2)雙面電池組件在接收反射太陽(yáng)光時(shí)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定了位于根部的組件與位于頂部的組件接收光輻照不一致，雙面電池組件長(zhǎng)期接收光輻照不均衡會(huì)導(dǎo)致其壽命降低；

(3)增加反射器的同時(shí)已經(jīng)增加了跟蹤支架的負(fù)荷，進(jìn)一步的，“v”型形狀的反射器又同時(shí)屬于一種兜風(fēng)結(jié)構(gòu)，在大風(fēng)情況下，主體結(jié)構(gòu)極易受到破壞；

(4)無(wú)法檢測(cè)雙面組件正面、背面總體接收太陽(yáng)光強(qiáng)度的高低，就不能根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡調(diào)整組件傾角以達(dá)到發(fā)電量最大，如此勢(shì)必造成雙面組件發(fā)電量損失。

綜上所述，該實(shí)用新型很難在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于智能化控制的雙面光伏電池組件跟蹤方法及控制器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于智能化控制的雙面光伏電池組件跟蹤方法，該方法通過(guò)光強(qiáng)傳感器周期內(nèi)計(jì)算雙面光伏電池組件的最大光強(qiáng)接收角度值，動(dòng)態(tài)地在各周期中調(diào)整雙面光伏電池組件的角度與最大光強(qiáng)接收角度值一致。

作為跟蹤方法的第一種實(shí)施方式，在周期t的初始階段通過(guò)已知的太陽(yáng)運(yùn)行軌跡得出太陽(yáng)的實(shí)時(shí)角度值，記為初調(diào)目標(biāo)角度；雙面光伏電池組件從實(shí)際角度向初調(diào)目標(biāo)角度進(jìn)行初步調(diào)節(jié)；初步調(diào)節(jié)過(guò)程中通過(guò)光強(qiáng)傳感器實(shí)時(shí)計(jì)算雙面光伏電池組件處于不同角度時(shí)的正面和背面的輻照量和；初步調(diào)節(jié)結(jié)束后，獲得輻照量和最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的雙面光伏電池組件所處角度，記為終調(diào)目標(biāo)角度；雙面光伏電池組件從初調(diào)目標(biāo)角度向終調(diào)目標(biāo)角度進(jìn)行終歩調(diào)節(jié)并保持該角度至周期t結(jié)束。

具體的，基于光伏電站所在地的地理位置信息，生成當(dāng)?shù)氐奶?yáng)運(yùn)行軌跡；跟蹤方法包括以下步驟：

s101、在周期t的初始階段獲取太陽(yáng)實(shí)時(shí)角度值；

s102、獲取初調(diào)目標(biāo)角度，初調(diào)目標(biāo)角度即能夠使得雙面光伏電池組件的法線與太陽(yáng)入射光平行(舉例說(shuō)明：對(duì)于單軸跟蹤支架，太陽(yáng)實(shí)時(shí)角度值為α，則初調(diào)目標(biāo)角度為90-α)；

s103、測(cè)量雙面光伏電池組件的當(dāng)前角度，并與初調(diào)目標(biāo)角度比對(duì)，將角度差值轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)跟蹤支架將雙面光伏電池組件從實(shí)際角度向初調(diào)目標(biāo)角度進(jìn)行初步調(diào)節(jié)；

s104、初步調(diào)節(jié)過(guò)程中通過(guò)光強(qiáng)傳感器實(shí)時(shí)計(jì)算雙面光伏電池組件處于不同角度時(shí)的正面和背面的輻照量和；

s105、確定輻照量和的最大值，獲取該最大值所對(duì)應(yīng)的雙面光伏電池組件角度，記為終調(diào)目標(biāo)角度；

s106、雙面光伏電池組件從初調(diào)目標(biāo)角度向終調(diào)目標(biāo)角度進(jìn)行終歩調(diào)節(jié)并保持該角度至周期t結(jié)束，結(jié)束后返回步驟s101進(jìn)行下一個(gè)周期t循環(huán)計(jì)算。

第一個(gè)實(shí)施方式中，跟蹤支架可以為單軸跟蹤支架或雙軸跟蹤支架。在跟蹤支架為雙軸跟蹤支架時(shí)：在步驟s103的初步調(diào)節(jié)過(guò)程中，先進(jìn)行豎直俯仰調(diào)節(jié)再進(jìn)行水平回轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

作為跟蹤方法的第二種實(shí)施方式，每?jī)蓚€(gè)光強(qiáng)傳感器互為反向布置記為一組，設(shè)置多組光強(qiáng)傳感器，各組光強(qiáng)傳感器朝向角度不同；在周期t內(nèi)測(cè)量得到接收輻照量和最大的一組光強(qiáng)傳感器并獲取其朝向角度；在下一個(gè)周期t中，雙面光伏電池組件調(diào)節(jié)至該朝向角度。

具體的，設(shè)置n組光強(qiáng)傳感器，跟蹤方法包括以下步驟：

s201、n組光強(qiáng)傳感器在固定周期t內(nèi)同時(shí)測(cè)量光強(qiáng)值并計(jì)算光強(qiáng)值隨時(shí)間的積分，在周期t內(nèi)每組的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的積分值求和si，si表示第i組的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的積分值之和；

s202、周期t結(jié)束后，確定s1、s2、…、si、…、sn中的最大值st；

s203、獲取st所對(duì)應(yīng)的第t組光強(qiáng)傳感器的朝向角度；

s204、在下一個(gè)周期t中，雙面光伏電池組件調(diào)節(jié)至步驟s203所獲取的朝向角度并返回步驟s201進(jìn)行下一個(gè)周期t循環(huán)計(jì)算。

第二種實(shí)施方式中，2n個(gè)光強(qiáng)傳感器呈環(huán)狀布置，用于單軸跟蹤支架的單軸調(diào)節(jié)；該環(huán)狀所圍平面與單軸的軸垂直。

第二種實(shí)施方式中，2n個(gè)光強(qiáng)傳感器呈球狀布置，用于雙軸跟蹤支架的雙軸調(diào)節(jié)。

優(yōu)選的，跟蹤方法還包括通過(guò)風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，控制器發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)跟蹤支架進(jìn)行大風(fēng)保護(hù)：雙面光伏電池組件轉(zhuǎn)至最小迎風(fēng)面；當(dāng)風(fēng)速低于設(shè)定的閾值后，控制器發(fā)出指令恢復(fù)跟蹤模式。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于智能化控制的雙面光伏電池組件跟蹤控制器，所述控制器寫(xiě)入了本發(fā)明公開(kāi)的跟蹤控制方法。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明解決了雙面光伏電池組件因?yàn)榘惭b地的地形不同，支架遮擋，背景顏色，物體經(jīng)過(guò)等一系列環(huán)境因素造成的發(fā)電損失。本發(fā)明基于傳感器的實(shí)時(shí)測(cè)量，基于控制器的實(shí)時(shí)控制，充分發(fā)揮雙面光伏電池轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)電量高的最大優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例所在位置的太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖。

圖2是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電曲線圖。

圖3是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的發(fā)電曲線圖。

圖4是本發(fā)明對(duì)比例的發(fā)電曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1：以南京市2016年7月8日為例，基于某光伏電站所在地的地理位置信息，生成當(dāng)?shù)氐奶?yáng)運(yùn)行軌跡如圖1所示。圖1是當(dāng)天南京市(經(jīng)度118.81°，緯度32.04°)，海拔10米處的太陽(yáng)軌跡圖。該圖通過(guò)專業(yè)光伏設(shè)計(jì)軟件pvsyst生成，采用是meteonorm氣象衛(wèi)星的精確數(shù)據(jù)，太陽(yáng)運(yùn)行軌跡亦可采用其他方法獲得。跟蹤方法包括以下步驟：

s101、在周期t(本實(shí)施例中設(shè)為10分鐘)的初始階段獲取太陽(yáng)實(shí)時(shí)高度角75.3°；

s102、獲取初調(diào)目標(biāo)角度14.7°；

s103、測(cè)量雙面光伏電池組件的當(dāng)前角度為12.5°，并與初調(diào)目標(biāo)角度比對(duì)，將角度差值轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)跟蹤支架將雙面光伏電池組件從實(shí)際角度向初調(diào)目標(biāo)角度進(jìn)行初步調(diào)節(jié)；

s104、初步調(diào)節(jié)過(guò)程中通過(guò)光強(qiáng)傳感器實(shí)時(shí)計(jì)算雙面光伏電池組件處于不同角度時(shí)的正面和背面的輻照量和；

s105、確定輻照量和的最大值為626+233＝859w/m²(13時(shí))，獲取該最大值所對(duì)應(yīng)的雙面光伏電池組件角度為14°，記為終調(diào)目標(biāo)角度14°；

s106、雙面光伏電池組件從初調(diào)目標(biāo)角度向終調(diào)目標(biāo)角度進(jìn)行終歩調(diào)節(jié)并保持該角度至周期t結(jié)束，結(jié)束后返回步驟s101進(jìn)行下一個(gè)周期t循環(huán)計(jì)算。

本實(shí)施例中，進(jìn)行6時(shí)至18時(shí)的持續(xù)發(fā)電，并采集發(fā)電曲線見(jiàn)圖2。

實(shí)施例1僅以單軸跟蹤支架進(jìn)行說(shuō)明，雙軸跟蹤支架的實(shí)施方法與之一致，僅在步驟s103的初步調(diào)節(jié)過(guò)程中，先進(jìn)行豎直俯仰調(diào)節(jié)再進(jìn)行水平回轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。需要說(shuō)明的是：太陽(yáng)高度角隨著地方時(shí)和太陽(yáng)的赤緯的變化而變化。太陽(yáng)赤緯(與太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度相等)以δ表示，觀測(cè)地地理緯度用φ表示(太陽(yáng)赤緯與地理緯度都是北緯為正，南緯為負(fù))，地方時(shí)(時(shí)角)以t表示，有太陽(yáng)高度角的計(jì)算公式：sinhs＝sinφsinδ+cosφcosδcost；太陽(yáng)方位角的計(jì)算公式cosas＝(sinhs·sinφ-sinδ)/(coshs·cosφ)。當(dāng)采用單軸跟蹤支架進(jìn)行跟蹤時(shí)，所獲取的太陽(yáng)實(shí)時(shí)高度角即為太陽(yáng)實(shí)時(shí)角度值，跟蹤支架僅進(jìn)行相應(yīng)的豎直俯仰調(diào)節(jié)；當(dāng)采用雙軸跟蹤支架進(jìn)行跟蹤時(shí)，所獲取的太陽(yáng)實(shí)時(shí)角度值包括太陽(yáng)實(shí)時(shí)高度角和太陽(yáng)實(shí)時(shí)方位角，跟蹤支架進(jìn)行相應(yīng)的水平回轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)和豎直俯仰調(diào)節(jié)。

實(shí)施例2：以南京市2016年7月8日為例(進(jìn)行與實(shí)施1同一時(shí)間相鄰位置同樣規(guī)模的光伏發(fā)電試驗(yàn))，在單軸跟蹤支架上設(shè)置固定的36組光強(qiáng)傳感器，36組光強(qiáng)傳感器呈環(huán)狀均勻布置(故調(diào)節(jié)精度為5°，且屬于單軸跟蹤方法)，跟蹤方法包括以下步驟：

s201、36組光強(qiáng)傳感器在固定周期t(本實(shí)施例中設(shè)為10分鐘)內(nèi)同時(shí)測(cè)量光強(qiáng)值并計(jì)算光強(qiáng)值隨時(shí)間的積分，在周期t內(nèi)每組的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的積分值求和si，si表示第i組的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的積分值之和；

s202、周期t結(jié)束后，確定s1、s2、…、si、…、sn中的最大值st；

s203、獲取st所對(duì)應(yīng)的第t組光強(qiáng)傳感器的朝向角度(即光強(qiáng)傳感器的法線角度，也是該組兩個(gè)光強(qiáng)傳感器互為反向布置的連線角度)；

s204、在下一個(gè)周期t中，雙面光伏電池組件調(diào)節(jié)至步驟s3所獲取的朝向角度并返回步驟s201進(jìn)行下一個(gè)周期t循環(huán)計(jì)算。

本實(shí)施例中，進(jìn)行6時(shí)至18時(shí)的持續(xù)發(fā)電，并采集發(fā)電曲線見(jiàn)圖3。

實(shí)施例2僅以單軸跟蹤支架進(jìn)行說(shuō)明，雙軸跟蹤支架的實(shí)施方法與之一致；僅是將2n個(gè)光強(qiáng)傳感器呈球狀布置。

對(duì)比例：同樣在南京市于2016年7月8日6時(shí)至18時(shí)采取傳統(tǒng)單軸跟蹤方法進(jìn)行持續(xù)發(fā)電(進(jìn)行與實(shí)施1和實(shí)施例2同一時(shí)間相鄰位置同樣規(guī)模的光伏發(fā)電試驗(yàn))，并采集發(fā)電曲線見(jiàn)圖4。

為能更直觀地說(shuō)明本發(fā)明方法的有益效果，圖4中也包含實(shí)施例1和實(shí)施例2所生成的發(fā)電曲線，其中：實(shí)施例1的發(fā)電曲線以實(shí)線表示，實(shí)施例2的發(fā)電曲線以虛線表示，對(duì)比例的發(fā)電曲線以點(diǎn)劃線表示。從圖中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可知：采用實(shí)施例1的技術(shù)方案，較傳統(tǒng)的技術(shù)方法發(fā)電量增益12％；采用實(shí)施例2的技術(shù)方案，較傳統(tǒng)的技術(shù)方法發(fā)電量增益15％。

在更優(yōu)的實(shí)施例中，通過(guò)風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)設(shè)定的閾值18m/s時(shí)，控制器發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)跟蹤支架進(jìn)行大風(fēng)保護(hù)：雙面光伏電池組件轉(zhuǎn)至最小迎風(fēng)面；當(dāng)風(fēng)速低于設(shè)定的閾值16m/s后，控制器發(fā)出指令恢復(fù)跟蹤模式。

實(shí)施例3：一種基于智能化控制的雙面光伏電池組件跟蹤控制器，寫(xiě)入了實(shí)施例1或2的控制方法。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。