专利名称：光伏电站用太阳识别装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳识别装置，特别涉及一种光伏电站用太阳识别装置，属于光伏发电跟踪系统领域。
背景技术：
光伏发电公认为是未来重要的清洁发电方式之一，尽管其在发展过程中会遇到了各种问题，业界对其前景依然看好，光伏发电成本是制药其大规模发展应用的主要瓶颈之一，为了降低成本，业界采用了各种技术方式，如制造领域的工艺改进、电池片效率的提高、厚度的减薄等技术手段，这些手段着眼于降低光伏组件的成本，另一种方式是提高光伏模组的发电效率，如聚光式光伏发电系统、跟踪式光伏发电系统等，其中跟踪式光伏系统由于硬件投入少、便于实现等优点近年得到了广泛的应用，在跟踪式光伏发电系统中，太阳位置的识别是最为基础和关键的环节，这一系统如果不准确将无法实现系统发电的最大化，目前应用的太阳位置识别系统有几种方式，第一是光敏器件式，这种方式采用光敏器件直接探测太阳光的强度后通过传感器输送信号至控制器，由控制器驱动双轴跟踪器实现方位角和高度角的变化来跟踪太阳位置，这种方式结构简单、灵敏度高，但其准确性对气候依赖性高，在阴雨、雾、风沙情况下会出现较大的误差，有的学者提出一种鱼眼识别系统，这种系统利用图像识别技术从图像传感器形成的图像上寻找亮点作为定位的依据，这种系统工作简单，但需要大量的计算机图像处理技术，算法复杂，技术和分割的精度要求都较高，同样也会在阴雨、雾、风沙情况下会出现一定的误差，最为简单的一种方式是时钟识别法，这种方式根据光伏发电模组安装地理位置的纬度，根据地球与太阳之间的公转和自转旋转变化规律计算出太阳位置的高度角和方位角，植入计算机中对光伏发电模组进行控制，这种方法的是利用太阳物理学和地理信息得到太阳运动轨迹，编写相关软件计算，得出对应时刻的太阳位置，这种方式不需要额外增加硬件设备投入，但需要对于计算太阳位置的公式本身的计算误差、机械结构的精度误差以及整个跟踪过程中的积累误差加以及时的修正。目前光伏发电业内需要一种成本低廉、简单易行的太阳位置识别装置。
发明内容
本发明为提供一种光伏电站用太阳识别装置。本发明所提供的光伏电站用太阳识别装置，包括系统计算机，在系统计算机中设置有根据光伏发电模组安装地的地理纬度采用时钟定位太阳位置的模块，设置有系统计算机控制的小型双轴跟踪器，小型双轴跟踪器上设置有方位角传感器和高度角传感器，小光伏组件设置在小型双轴跟踪器上，小光伏组件输出上设置有电量检测装置，电量检测装置联接在系统计算机上，系统计算机中设置小型双轴跟踪器控制模块，系统计算机首先驱动设置在小型双轴跟踪器上的小光伏组件至根据时钟定位的太阳位置进行一次定位，采集电量检测装置的电量数值，小型双轴跟踪器控制模块驱动小光伏组件分别在一次定位位置的高度角和方位角的±10°角内转动，系统计算机不断采集对应位置的电量检测装置的电量数值并与一次位置采集电量数值相比较，选择最大的电量数值对应的位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组采用，所述的小光伏组件与大型光伏发电模组所用的单个光伏组件相同，系统计算机首先驱动设置在小型双轴跟踪器上的小光伏组件至根据时钟定位的太阳位置进行一次定位，采集电量检测装置的电量数值，小型双轴跟踪器控制模块驱动小光伏组件分别在一次位置的高度角和方位角的±5°角内转动，系统计算机不断采集对应位置的电量检测装置的电量数值并与一次位置采集电量数值相比较，选择最大的电量数值对应的位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组采用。本发明所提供的光伏电站用太阳识别装置，首先采用时钟定位法对太阳位置进行一次定位，这种方式不需要硬件投入，只需根据当地的地理纬度编写相应的算法植入计算机控制模块即可实现，为消除时钟定位法的计算误差和系统累积误差，作为时钟定位方法的优化和发展，本发明直接采用小光伏组件在一次定位位置进行发电功能测试，记录其发电数值，然后驱动小光伏组件在一次定位的一定范围内位置变化获取其发电数值，采用最大的发电数值对应位置作为太阳位置供发电模组采用，也作为对时钟定位法的一种校准和优化，这种方式结果直接准确，由于小型二轴跟踪器体积小，运动灵活，所以这种方式硬件投入少，很容易在原来大型光伏跟踪系统的基础上增加和改造，这种方式定位太阳位置直接选取电量最大的位置，结果非常可靠，不用经过任何中间转换和计算，本发明结构简单，硬件投入有限，易于在大型光伏发电模组上推广应用。
图1是本发明的示意图。
具体实施例方式为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围，本发明中所涉及到的双轴跟踪器在目前其结构和应用属于公知技术，设计和制造都为业内普通技术人员公知，并在市场上可直接购得，太阳位置的定位法通常用高度角和方位角两个角度来确定，同一时刻，在地球上不同的位置，高度角和方位角是不相同的，同一位置，不同的时候，高度角和方位角也是不相同，太阳的高度角是指太阳直射到地面的光线与地(水)平面的夹角，即是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，太阳高度角是反映地球表面获得太阳能强弱的重要因素，地球上某地任意时刻太阳高度角和方位角的计算可通过以下过程完成建立地心坐标系z轴方向取从地心指向地轴北极的方向，X轴取赤道面与太阳直射经度线平面的交线方向，Y轴取赤道上位于X轴东侧90°角的方向。建立本地坐标系z轴取垂直地面指向正天顶的方向，X轴取正南方向，y轴取正东方向。假设某地在地球上的纬度为e (北纬e取正值，南纬e取负值)，该地某时刻对应的时间角为0 (0为当地经度与太阳直射经度之间的差值，0每小时转过的角度为15°，ct的大小可以利用该时刻与当地正午时刻的时间差t表示，公式为=15° * t , t的单位为小时,上午t取负值,下午t取正值),则地心坐标系与本地坐标系之间的转化关系为X = X* sin( 6 )*cos(中)+ Y*sin( )*sin(# ) - Z*cos( ^ )
y= - X*sin(0) +. Y*cos(0)
z = X*cos( e )*cos(中)+ Y* cos( e )*sin(中)+ Z^sinCO )
设当天的太阳的直射点纬度为s ，则太阳直射点的位置矢量在地心坐标系中的表达
式
S = cos( ^ * i + sin( ^ * k
则由两个坐标系的转化关系可得到太阳直射点位置矢量在本地坐标系中的表达式
为S= [ cos (^ ) ^si nC 9 ) *cos (0 ) - sin(-6 )*cost 9 ) ] * i + [ - cos (5 J*sinC# ) 3 j +1.cos( 6 ) cos( *5 !!+cosCcf1) + sin( *5 ):本sin< 0 )]本 k
假设太阳在本地坐标系中的高度角为H (H为太阳与地平线的夹角)，方位角为P ,P为太阳在地面上的竖直投影点与本地坐标系原点连线和本地坐标系正南方向之间的夹角，该角在正南方向偏东则取正值，偏西则取负值)，则太阳的直射点位置矢量在本地坐标系中又可表达为
S=C cos (H)*cos(P) ] * I + [ cos (H)*-sin(P) ] * j + [ sin(H) ] k
本地坐标系中的两个表达式是完全等价的，因此有
sin(H) = cos(^ )*cosC ^ )*cos((P) + sin( 5》*sin( 0 )
tan.(P) = cost ^ )*:sin(#)/[ Mn(各)*cos(8) ~ cos( 5B )本cos( ) 3
，本发明所涉及的太阳位置时钟定位法，采用安装地的纬度数据根据地理物理知识可以方便的求得太阳在某一时刻所对应的方位角和高度角，从以上计算中可以看出其属于业内公知技术，在本发明中不再赘述。如附图1所示，光伏电站用太阳识别装置，包括系统计算机1，在系统计算机I中设置有根据光伏发电模组安装地的地理纬度采用时钟定位太阳位置的模块，设置有系统计算机I控制的小型双轴跟踪器2，小型双轴跟踪器2上设置有方位角传感器和高度角传感器，小光伏组件3设置在小型双轴跟踪器2上，小光伏组件3输出上设置有电量检测装置4，电量检测装置4联接在系统计算机I上，电量装置4通过相应的传感器将电能量转换为计算机信号输入系统计算机1，系统计算机I中设置小型双轴跟踪器2控制模块，系统计算机I首先驱动设置在小型双轴跟踪器2上的小光伏组件3至根据时钟定位的太阳位置进行一次定位，即根据当前时刻计算出的太阳位置的方位角和高度角位置，采集电量检测装置4的电量数值，小型双轴跟踪器2控制模块驱动小光伏组件3分别在一次定位位置的高度角和方位角的±10°角内转动，系统计算机I不断采集对应位置的电量检测装置)的电量数值并与一次位置采集电量数值相比较，选择最大的电量数值对应的位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组5采用，所述的小光伏组件3与大型光伏发电模组5所用的单个光伏组件相同，当光伏模组采用晶硅组件上，小光伏组件也采用相应的晶硅组件，当光伏模组采用非晶硅组件上，小光伏组件采用相应的非晶硅组件，系统计算机I首先驱动设置在小型双轴跟踪器2上的小光伏组件3至根据时钟定位的太阳位置进行一次定位，采集电量检测装置4的电量数值，小型双轴跟踪器2控制模块驱动小光伏组件3分别在一次位置的高度角和方位角的±5°角内转动，系统计算机I不断采集对应位置的电量检测装置4的电量数值并与一次位置采集电量数值相比较，选择最大的电量数值对应的位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组5采用，光伏模组5设置在大型双轴跟踪器6上，系统计算机I根据小光伏组件发电量最大的位置确定太阳的方位角和高度角，发出指令驱动大型双轴跟踪器6到达相应位置以实现系统发电量的最大化，光伏模组的旋转可以为不连续，小型双轴跟踪器2可以在不停的寻找最佳太阳位置，系统计算机在一定时间内可根据发电量最大确定太阳位置，小型双轴跟踪器也可采用固定时间间隔根据时钟定位太阳位置旋转，然后小光伏组件再移动来实现对太阳位置的识别和定位，本发明的电量检测装置4可以为电压电流表，也可为电能表，其输出通过电流传感器与计算系统相联接，将相应的电能大小转换为数值信号可在系统计算机I中进行储存比较，这一应用和程序设计属于公知技术，本发明中可在采用时钟法进行一次定位后先变化一定量的方位角再变换一定的高度角来寻找和识别新的太阳位置，也可在采用时钟法进行一次定位后对方位角和高度角组合变换来寻找识别最佳的太阳位置，这些应用均可在计算机控制模块中实现，本发明所提供的光伏电站用太阳识别装置，首先采用时钟定位法对太阳位置进行一次定位，为消除时钟定位法的误差，直接采用小光伏组件在定位位置进行功能测试，记录其发电数值，然后驱动小光伏组件在一次定位的一定范围内位置变化获取其发电数值，由于小型双轴跟踪器结构简单，成本低，转动灵活，可以很方便的对太阳位置进行定位，采用最大的发电数值对应位置作为太阳位置供发电模组采用，这种方式结果直接准确，硬件投入少，很容易在原来大型光伏跟踪系统的基础上增加和改造，这种方式定位太阳位置直接选取电量最大的位置，结果非常可靠，不用经过任何中间转换和计算，本发明结构简单，硬件投入较低，可以准确的识别太阳位置，提高光伏发电模组的发电效率，降低光伏发电应用成本，避免了笨重的大型光伏跟踪系统转动不到最佳位置而使系统效率降低的缺陷，适合于在大型光伏发电模组发电系统中推广应用。在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
权利要求
1.光伏电站用太阳识别装置，包括系统计算机(1)，在系统计算机(I)中设置有根据光伏发电模组安装地的地理纬度采用时钟定位太阳位置的模块，设置有系统计算机(I)控制的小型双轴跟踪器(2)，小型双轴跟踪器(2)上设置有方位角传感器和高度角传感器，其特征在于小光伏组件(3)设置在小型双轴跟踪器(2)上，小光伏组件(3)输出上设置有电量检测装置(4)，电量检测装置(4)联接在系统计算机(I)上，系统计算机(I)中设置小型双轴跟踪器(2)控制模块，系统计算机(I)首先驱动设置在小型双轴跟踪器(2)上的小光伏组件(3)至根据时钟定位的太阳位置进行一次定位，采集电量检测装置(4)的电量数值，小型双轴跟踪器(2)控制模块驱动小光伏组件(3)分别在一次定位位置的高度角和方位角的±10°角内转动，系统计算机(I)不断采集对应位置的电量检测装置(4)的电量数值并与一次位置采集电量数值相比较，选择最大的电量数值对应的位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组(5 )米用。
2.根据权利要求I所述的光伏电站用太阳识别装置，其特征在于所述的小光伏组件(3)与大型光伏发电模组(5)所用的单个光伏组件相同。
3.根据权利要求I所述的光伏电站用太阳识别装置，其特征在于系统计算机(I)首先驱动设置在小型双轴跟踪器(2)上的小光伏组件(3)至根据时钟定位的太阳位置进行一次定位，采集电量检测装置(4)的电量数值，小型双轴跟踪器(2)控制模块驱动小光伏组件(3)分别在一次位置的高度角和方位角的±5°角内转动，系统计算机(I)不断采集对应位置的电量检测装置(4)的电量数值并与一次位置采集电量数值相比较，选择最大的电量数值对应的位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组(5)采用。
全文摘要
本发明涉及一种光伏电站用太阳识别装置，属于光伏发电跟踪系统领域。该装置包括系统计算机，在系统计算机中设置有采用时钟定位太阳位置的模块，设置有系统计算机控制的小型双轴跟踪器，小光伏组件设置在小型双轴跟踪器上，小光伏组件输出上设置有电量检测装置，电量检测装置联接在系统计算机上，系统计算机首先驱动小型双轴跟踪器对小光伏组件进行一次定位，采集电量检测装置的电量数值，然后小型双轴跟踪器驱动小光伏组件分别在一次定位附近移动，系统计算机采集对应位置的电量数值并与一次位置电量数值相比较，选择最大的电量数值位置作为新的太阳位置供大型光伏发电模组采用，本发明易于在大型光伏发电模组上推广应用。
文档编号G05D3/12GK102981513SQ201210481129
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者俎洋辉, 邹启群, 刘岩, 郝安民, 武勇 申请人:国家电网公司, 河南省电力公司安阳供电公司