一種提高光伏陣列總輻照度的改進太陽能跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高光伏陣列總輻照度的方法，尤其是涉及一種提高光伏陣列總 輻照度的改進太陽能跟蹤方法。
【背景技術】
[0002] 太陽輻射包括直射、散射和反射，云遮擋造成直射的衰減。因此，太陽總輻射量晴 天直射為主，多云天直射劇烈變化，陰天散射為主。為提高光伏陣列直射輻照度，傳統(tǒng)太陽 能跟蹤方法保持入射角為0°。在多云天或陰天，水平面總輻照度大于傾斜面總輻照度時， 會降低光伏效率。而氣象資料顯示，年散射輻射量可能占總輻射量60%以上。
[0003] 在〈〈Improved photovoltaic energy output for cloudy conditions with a solar tracking system》{Kelly NA，Gibson TL. Improved photovoltaic energy output for cloudy conditions with a solar tracking system[J]. Solar Energy, 2009,83(11) :2092-2102. }中，提出陰天平放光伏陣列能夠增加約50%的太陽總輻射量， 但沒有提出精確求解的方法。在《Modeling and optimization of the global solar irradiance collecting efficiency》{Burduhos BG，Visa I，Neagoe M，et al. Modeling and optimization of the global solar irradiance collecting efficiency[J]. International Journal of Green Energy，2015,12 (7) :743-755.}中，提出假設陣列方位 角與太陽方位角始終相等，通過計算陣列總輻照度對陣列傾角的導數，求得最優(yōu)陣列傾角。 但是，上述2種方法采用的Liu Jordan模型無法準確計算晴天和多云天的光伏陣列散射福 照度。如果采用高精度散射輻照度模型，如Reindl模型、Perez模型等，陣列總輻照度對陣 列傾角的導數求解困難。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種延長陣列方位 角跟蹤電機的使用壽命、不限制總輻照度模型復雜性的提高光伏陣列總輻照度的改進太陽 能跟蹤方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種提高光伏陣列總輻照度的改進 太陽能跟蹤方法，該方法區(qū)別陣列方位角和陣列傾角對總輻照度的不同影響，以光伏陣列 最大的總輻照度為跟蹤目標，采用自適應超前滯后跟蹤方法通過調節(jié)陣列方位角超前滯后 跟蹤的調節(jié)步長來調節(jié)陣列方位角，使得陣列方位角與太陽方位角的位置關系重復經歷超 前、重合和滯后三個過程，直到水平面總輻照度為〇W/m2,減少陣列方位角跟蹤電機的啟停 次數；采用遺傳算法優(yōu)化光伏陣列總輻照度，根據優(yōu)化結果給定參考值調節(jié)陣列傾角。
[0006] 所述的自適應超前滯后跟蹤方法根據水平安裝的總輻射表測得的水平面的總輻 照度和散射輻照度計算水平面的直射輻照度占總輻照度的比值f，按照該比值的不同自動 改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長，在直射輻照度占比小時自動增大陣列方位角超 前滯后跟蹤的調節(jié)步長。
[0007] 所述的比值f計算式如下：
[0009] 其中，Ibh為水平面的直射輻照度；I #為水平面的總輻照度。
[0010] 所述的自動改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長具體如下：當f值小于0. 63 時，陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長為6° ;反之，陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步 長為3°。
[0011] 所述的自適應超前滯后跟蹤方法調節(jié)陣列方位角的具體過程如下：
[0012] 當滿足Sa_Pa> L 3時，調節(jié)陣列方位角為：P an= P a+2La，其中，Sa為太陽方位角，L a為陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長，匕為陣列方位角，P an為調節(jié)后的陣列方位角。
[0013] 所述的水平面直射輻照度具體計算公式如下：
[0014] Ibh= I gh_Idh
[0015] 其中，Igh為水平面總輻照度，I dh為水平面散射輻照度，兩者均用水平安裝總輻射 表測得。
[0016] 所述的遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進化過程提出的一種隨機優(yōu) 化算法，善于優(yōu)化復雜問題。
[0017] 所述的遺傳算法采用停滯代數作為收斂判據，優(yōu)化光伏陣列總輻照度模型，搜索 使光伏陣列總輻照度負值最小的最優(yōu)陣列傾角。采用復雜總輻照度模型時，遺傳算法求解 陣列傾角具有優(yōu)勢。陣列傾角按照遺傳算法優(yōu)化光伏陣列總輻照度給定的參考值進行調 To
[0018] 所述的光伏陣列總輻照度模型包括光伏陣列直射輻照度和光伏陣列散射輻照度， 忽略光伏陣列反射輻照度，計算式如下：
[0020] 其中，I。為光伏陣列總輻照度，I bh、i、rb、K、f的計算式分別如下：
[0026] 其中，1%為水平面直射輻照度，I &為水平面散射輻照度，I gh為水平面總輻照度， rb為傾斜面和水平面直射輻照度的比值，i為太陽光入射角，Η為太陽高度角，Z為太陽天頂 角，SaS太陽方位角，PaS陣列方位角，Κ為各向異性系數，I。= 1367W/m2,為太陽常數，f為 調節(jié)系數，β為陣列傾角。
[0027] 所述的光伏陣列散射輻照度采用各向異性Reindl模型計算，提高所得計算值與 實測數據的一致性。
[0028] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0029] (1)采用自適應超前滯后跟蹤方法調節(jié)陣列方位角，能夠減少其跟蹤電機啟停次 數，有利于延長電機使用壽命；
[0030] (2)采用遺傳算法（GA算法）優(yōu)化光伏陣列總輻照度，根據優(yōu)化結果給定調節(jié)陣列 傾角的參考值，能夠采用復雜陣列總輻照度模型；
[0031] (3)光伏陣列散射輻照度采用各向異性Reindl模型計算，比其他不采用分區(qū)域積 分計算的各向異性模型，與實測數據一致性最好；
[0032] (4)考慮太陽散射影響，提高了全天候的光伏陣列總輻照度。
【附圖說明】
[0033] 圖1為晴天的太陽輻照度；
[0034] 圖2為多云天的太陽輻照度；
[0035] 圖3為陰天的太陽輻照度；
[0036] 圖4為本申請與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在多云天的陣列方位角調節(jié)過程比較；
[0037] 圖5為本申請與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在晴天、多云天、陰天天氣條件下的陣列 傾角調節(jié)過程比較；
[0038] 圖6為本申請與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在晴天的光伏陣列總輻照度比較；
[0039] 圖7為本申請與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在多云天的光伏陣列總輻照度比較；
[0040] 圖8為本申請與傳統(tǒng)超前滯后跟蹤方法在陰天的光伏陣列總輻照度比較。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0042] -種提高光伏陣列總輻照度的改進太陽能跟蹤方法，該方法區(qū)別陣列方位角和陣 列傾角對總輻照度的不同影響，以光伏陣列最大的總輻照度為跟蹤目標，采用自適應超前 滯后跟蹤方法通過改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長來自適應調節(jié)陣列方位角，使 得陣列方位角與太陽方位角的位置關系重復經歷超前、重合和滯后三個過程，直到水平面 總輻照度為〇W/m2,減少陣列方位角跟蹤電機的啟停次數；采用遺傳算法優(yōu)化光伏陣列總輻 照度，根據優(yōu)化結果給定參考值調節(jié)陣列傾角。
[0043] 所述的自適應超前滯后跟蹤方法根據水平安裝的總輻射表測得的水平面的總輻 照度和散射輻照度計算水平面的直射輻照度占總輻照度的比值f，按照該比值的不同自動 改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長，在直射輻照度占比小時自動增大陣列方位角超 前滯后跟蹤的調節(jié)步長。
[0044] 所述的比值f計算式如下：
[0046] 其中，1%為水平面直射輻照度；I gh為水平面總輻照度。
[0047] 所述的自動改變陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長具體如下：當f值小于0. 63 時，陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長為6° ;反之，陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步 長為3°。
[0048] 所述的自適應超前滯后跟蹤方法調節(jié)陣列方位角的具體過程如下：
[0049] 當滿足Sa_Pa> ，調節(jié)陣列方位角為：Pan= Pa+2La，其中，Sa為太陽方位角，La 為陣列方位角超前滯后跟蹤的調節(jié)步長，匕為陣列方位角，P an為調節(jié)后的陣列方位角。
[0050] 所述的水平面直射輻照度具體計算公式如下：
[0052] 其中，Igh為水平面總輻照度，I &為水平面散射輻照度。
[0053] 所述的遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進化過程提出的一種隨機優(yōu) 化算法，善于優(yōu)化復雜問題。