[发明专利]一种双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪方法

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。

主权项

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高度角和方位角：t＝t₀‑(120‑E)/15             (1)ω＝15(t‑12)             (2)δ＝23.45sin[360(284+n)/365]°            (3)sin as＝sinθsinδ+cosθcosδcosω             (4)sin rs＝cosδsinω/cos as              (5)其中，t是当地时间，t₀是北京时间，E是当地经度，ω是太阳时角，δ是太阳赤纬角，n是累积日，即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，H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|＜a/L，|sin rs|≥a/H；(b)S1的阴影只遮挡S2：|cos rs|≥a/L，|sin rs|＜a/H；(c)S1的阴影只遮挡S4：|cos rs|≥a/L，|sin rs|≥a/H；(d)S1的阴影同时遮挡S2与S3：|cos rs|＜a/L，|sin rs|＜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′，S1与S4两块太阳板底边AB之间的距离S′分别为：S＝b/sin as              (6)L′＝L|sin rs|                (7)H′＝H cos rs                     (8)$S^{\′}=\cos \left[\right|\mathrm{rs}|-\arctan \frac{L}{H}]\·\sqrt{L^2+H^2}---\left(9\right)$(a)当S1的阴影只可能遮挡S3时，若S＞L′，则S1的阴影遮挡S3；(b)当S1的阴影只可能遮挡S2时，若S＞H′，则S1的阴影遮挡S2；(c)当S1的阴影只可能遮挡S4时，若S＞S′，则S1的阴影遮挡S4；(d)当S1的阴影可能同时遮挡S2和S3时，若S＞L′并且S＞H′，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(b)当S1的阴影遮挡S3时，太阳板的倾角应调整为(c)当S1的阴影遮挡S2时，太阳板的倾角应调整为${\mathrm{\φ}}_2=2\arctan \frac{b\cot \mathrm{as}-\sqrt{b^2{\cot }^2\mathrm{as}-H^2{\cos }^2\mathrm{rs}+b^2}}{H\left|\cos \mathrm{rs}\right|+b}---\left(12\right)$(d)当S1的阴影遮挡S4时，太阳板的倾角应调整为${\mathrm{\φ}}_3=2\arctan \frac{b\cot \mathrm{as}-\sqrt{b^2{\cot }^2\mathrm{as}-(H^2+L^2){\cos }^2\left[\right|\mathrm{rs}|-\arctan (L/H)]+b^2}}{\sqrt{H^2+L^2}\cos \left[\right|\mathrm{rs}|-\arctan (L/H)]+b}---\left(13\right)$(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＝{φ₁,φ₂}_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，即实现了双轴太阳能光伏发电系统的无遮挡跟踪。