[发明专利]一种用于光伏发电的太阳方位自动跟踪方法及装置

摘要

本发明涉及一种用于光伏发电的太阳方位自动跟踪方法及装置。现有的方法及装置的检测精度较低。本发明方法是利用光强传感器将光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪相结合的全天候二维太阳方位自动跟踪方法。光强传感器检测天气状况，在晴天、多云和阴雨天，分别采取三种不同的工作模式进行太阳方位跟踪，一定程度上解决了天气变化和环境干扰对跟踪稳定性的影响，同时通过光电跟踪方式的闭环控制功能消除积累误差，可全天候、稳定地进行太阳方位跟踪。实现该方法的装置包括通光筒、光强传感器、防护玻璃、四象限光电探测器、信号处理电路、计算机、外部时钟芯片。本发明提高了检测精度，并解决了太阳方位检测装置易受环境光干扰而导致检测信号不稳定的问题。

主权项

1.一种用于光伏发电的太阳方位自动跟踪方法，其特征在于该方法是利用光强传感器将光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪相结合的全天候二维太阳方位自动跟踪方法，光强传感器检测天气状况，在晴天、多云和阴雨天，分别采取三种不同的工作模式进行太阳方位跟踪，该方法具体包括以下步骤：(1)根据当前时间t确定是否进行跟踪：如果当前时间t在当日的日出时间tr之后并且在日落时间ts之前，开始太阳方位跟踪；如果当前时间t早于当日的日出时间tr或晚于当日的日落时间ts，不做跟踪；(2)驱动跟踪装置转至起始位置，起始位置就是跟踪开始时刻太阳光线垂直入射的位置；(3)判断天气状况，选择跟踪模式；跟踪装置转至起始位置后，计算机每隔设定时间Tm采集一次光强传感器的输出信号，2S≤Tm≤60S，每次采集k组，5≤k≤100，将采集值记为uj，j＝1，2，……，k；对采集值进行处理，处理公式如下：u为采集值的均值，λ为采集值的波动幅度；设定u₀和e₀分别为太阳方位检测装置所在地阴雨天时典型的光强检测信号和多云天气时的光强波动阈值，二者通过参考当地的气象检测资料和光电传感器的输出特性进行确定；若u＞u₀且λ＜e₀，则采用晴天跟踪模式；若u＞u₀且λ≥e₀，则采用多云跟踪模式；若u≤u₀，则采用阴雨天跟踪模式；(4)根据相应的模式，进行太阳跟踪；①晴天跟踪模式：首先采用太阳运动轨迹跟踪方式进行粗跟踪，利用太阳运动轨迹计算公式，得到当前时间、地点下的太阳高度角理论值θ_h和方位角理论值θ_a，根据该理论值驱动跟踪装置的执行机构带动太阳能电池板做相应的调整；然后采用光电跟踪方式进行精确跟踪，计算机通过太阳方位检测装置得到反映当前太阳方位偏转的电压信号，并将其转化为太阳在高度角和方位角方向上的调整量α和β；设e₁、e₂分别为α、β的阈值，e₁≤f₁、e₂≤f₂，f₁、f₂为设定值，其中0°＜f₁≤5°、0°＜f₂≤10°；若|α|＜e₁且|β|＜e₂，跟踪装置的执行机构不做进一步调整；若|α|＜e₁且|β|≥e₂，计算机仅驱动跟踪装置的执行机构在太阳方位角方向上转动|β|角度，太阳能电池板的正反转方向与β的符号一致；若|α|≥e₁且|β|＜e₂，计算机仅驱动跟踪装置的执行机构在太阳高度角方向上转动|α|角度，太阳能电池板的正反转方向与α的符号一致；若|α|≥e₁且|β|≥e₂，计算机先驱动跟踪装置的执行机构在太阳方位角方向上调整|α|角度，然后再驱动执行机构在太阳高度角方向上调整|β|角度，太阳能电池板的正反转方向与相应调整角度的符号一致；这样就完成了光电检测跟踪，并通过光电检测跟踪的闭环控制功能减小了太阳运动轨迹跟踪的积累误差；②多云跟踪模式：只采用太阳运动轨迹跟踪方式跟踪太阳，具体跟踪过程与晴天跟踪模式中的太阳运动轨迹跟踪方式相同；③阴雨天跟踪模式：暂停跟踪，跟踪装置的执行机构保持在当前位置；继续检测天气变化，当天气符合晴天或多云条件时，根据检测到的跟踪模式继续跟踪；以上三种跟踪模式是并列的，一次跟踪只执行其中的一种模式；每完成一次跟踪，将会重新判断天气状况，若天气状况发生变化，则选择与当前天气状况相适应的跟踪模式进行下一次的跟踪；(5)跟踪延时：通过步骤(3)和(4)，即可完成一次跟踪；每完成一次跟踪，延时时间td后进行下一次跟踪，0＜td≤40min；(6)每完成一次跟踪，就进行一次时间判断；通过步骤(1)的判断，如果当前时间t早于当日的日落时间ts进入下一次跟踪循环，重复步骤(3)～(5)；如果当前时间t晚于当日的日落时间ts，则停止跟踪；停止跟踪后跟踪装置返回到基准位置；基准位置即二维跟踪机构的方位角方向正对当地的正东方，高度角方向对应为太阳能电池板水平放置的方向。