一种光伏面板共振调节方法及装置与流程

1.本发明涉及光伏储能技术领域，特别涉及一种光伏面板共振调节方法及装置。


背景技术：

2.光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由光伏面板、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
3.在光伏面板的应用过程中，都是将大量的光伏面板铺装在较大的面板上，这样就容易造成占用较大面积，占用大量土地也会形成土地资源的浪费。由于经纬度不同，太阳日出和日落的时间也会有差异，光伏面板被日照的强度变化较大；另外，地形有差异，尤其有些丘陵地带，地形有坑洼，高低不同，如果光伏面板安装同一高度和倾斜度，光伏面板会互相遮挡，导致发电效率低。光伏面板支架建设完成后，电站周围的风速会使光伏面板支架产生振动频率，而多个支架由于迎风角度不同、受到的风力、风向不同产生的频率也会有所不同，假设其中有两个个支架分别产生的震动频率为f1、f2。当f2接近或等于f1时，两个光伏面板支架会发生共振，此时会造成支架扭曲，失稳，危及光伏面板支架的安全。


技术实现要素：

4.基于上述情况，本发明提出了光伏面板共振调节方法，采用光伏面板精准方位传感器方案，配合测量当前风的风力大小及风向，得到对应的光伏面板震动频率，当形成光伏面板间共振时，改变震动频率以消除共振。
5.本发明公开了一种光伏面板共振调节方法，获取第一光伏面板的第一迎风角度、第一风力等级以及第一风向；根据第一迎风角度、第一风力等级以及第一风向获得第一光伏面板的第一震动频率；获取第二光伏面板迎风角度、第二风力等级以及第二风向；根据第二迎风角度、第二风力等级以及第二风向获得第二光伏面板的第二震动频率；当第一震动频率与第二震动频率形成共振，改变第一震动频率。改变第一震动频率是利用驱动器进行改变和/或通过改变所述第一迎风角度对所述第一震动频率进行改变。
6.本发明还公开了一种光伏面板共振调节装置，包括迎风角度获取模块、风力信息获取模块以及震动频率调节模块；各个模块信号连接；迎风角度获取模块用于获取第一光伏面板的第一迎风角度及第二光伏面板的第二迎风角度；风力信息获取模块用于获取第一光伏面板迎风时的第一风力等级及第一风向、第二光伏面板迎风时的第二风力等级及第二风向；震动频率调节模块用于根据第二迎风角度、第二风力等级以及第二风向获得光伏面板的第二震动频率；判断第一震动频率与第二震动频率是否形成共振，若是，改变第一震动频率。
7.本发明还公开了一种光伏面板共振调节方法，获取光伏面板的三维坐标、光伏面板宽度以及相邻两排光伏面板之间的相对位置；获取各个光伏面板角度；根据三维坐标、光
伏面板宽度、相对位置及光伏面板角度来计算各个光伏面板未被遮挡的有效宽度；根据各个光伏面板的有效宽度来计算获得光伏面板的总发电功率；获取总发电功率最大时的光伏面板角度组合，根据角度组合来调整光伏面板；当检测有震动频率相同的光伏面板时，改变震动频率相同光伏面板的震动频率直至共振消除。
8.获取所述总发电功率最大时的光伏面板角度的步骤包括：太阳高度角为θ、光伏面板宽度为d、获取排光伏面板三维坐标为(xi,yi,zi)、获取各排光伏面板角度αi、获取各排光伏面板的太阳入射角βi，其中βi＝αi+θ，再根据光伏面板性能可查得对应单位长度的发电功率ηi；
9.计算获得相邻两排光伏面板固定点之间垂直/水平距离：
10.l
i，i+1
＝f(xi，yi，zi，x
i+1
，y
i+1
，z
i+1
)，h
i，i+1
＝g(xi，y
i，
zi，x
i+1
，y
i+1
，z
i+1
)
11.计算第i排光伏面板被第i-1排遮挡部分的无效宽度：
[0012][0013]
获得总发电功率p：
[0014][0015]
求解得到各排光伏面板角度
[0016]
本发明还公开了一种光伏面板共振调节装置，包括定位数据获取模块、光伏面板信息模块、发电功率计算模块、角度调节模块以及震动频率调节模块；各个模块信号连接；定位数据获取模块用于获取各光伏面板的三维坐标、光伏面板宽度以及相邻两排光伏面板之间的相对位置；光伏面板信息模块用于获取各个光伏面板的太阳入射角；发电功率计算模块用于根据三维坐标、光伏面板宽度、相对位置及所述太阳入射角来计算各个光伏面板未被遮挡的有效宽度；并根据各个光伏面板的有效宽度来计算光伏面板的总发电功率；角度调节模块用于当总发电功率为最大时，根据总发电功率最大时的各个光伏面板角度来调整光伏面板；震动频率调节模块用于检测是否有震动频率相同的光伏面板；若是，改变震动频率相同光伏面板的震动频率直至共振消除。
[0017]
改变所述震动频率相同光伏面板的震动频率方式为利用驱动器进行改变或改变光伏面板角度进行改变；对所述驱动器进行改变进行耗能计算，再对改变光伏面板角度对总发电功率所减少发电量进行计算；对所述驱动器的耗能及所述减少发电量进行比较，执行耗能最少的频率改变方案。
[0018]
本公开的一些技术效果在于：一方面可以智能避免因共振会造成的光伏支架扭曲，失稳的情况；采用光伏面板精准方位传感器，再根据光伏面板的安装高度的差异，可以通过系统遍历计算可以有效减少自动调整光伏面板朝向的时间，减少光伏面板之间的相互遮挡，提高单位时间内光伏面板的发电功率，并在避免共振的措施上减少不必要的耗能。
附图说明
[0019]
为更好地理解本公开的技术方案，可参考下列的、用于对现有技术或实施例进行辅助说明的附图。这些附图将对现有技术或本公开部分实施例中，涉及到的产品或方法有选择地进行展示。这些附图的基本信息如下：
[0020]
图1是本发明的一种光伏面板共振调节方法实施例1的流程示意图。
[0021]
图2是本发明的一种光伏面板角度调节装置实施例1的流程示意图。
[0022]
图3是本发明的一种光伏面板共振调节方法实施例2的流程示意图。
[0023]
图4是本发明的一种光伏面板共振调节方法实施例2的光伏面板实际安装图。
[0024]
图5是本发明的一种光伏面板共振调节装置实施例2的流程示意图。
具体实施方式
[0025]
下文将对本公开涉及的技术手段或技术效果作进一步的展开描述，显然，所提供的实施例仅是本公开的部分实施方式，而并非全部。基于本公开中的实施例以及图文的明示或暗示，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本公开保护的范围之内。
[0026]
如图1所示，本实施例中的方法包括步骤:
[0027]
s101：获取第一光伏面板的第一迎风角度、第一风力等级以及第一风向；根据第一迎风角度、第一风力等级以及第一风向获得第一光伏面板的第一震动频率；获取第二光伏面板迎风角度、第二风力等级以及第二风向；根据第二迎风角度、第二风力等级以及第二风向获得第二光伏面板的第二震动频率；
[0028]
光伏面板发电的安装场景有草原空旷地安装，高楼大厦的屋顶安装，丘陵地带安装。为了尽可能得提高发电量，其安装密度是越密越好，随着周围环境风对光伏面板的持续吹，不可避免会让各个光伏面板产生一定的震动频率。在一定的区域范围内，光伏面板受到的风的风力等级、风向是一致的，只需要测试所在区域的风力及风向，再结合当前光伏面板的迎风角度，即可获取其震动频率。通过多次测试及实验可以将光伏面板的迎风角度、风力等级及风向对光伏面板震动频率的数据进行记录，即可通过光伏面板的迎风角度、风力等级及风向这三个要素准确获得对应的震动频率值。这样可以避免在每一块光伏面板上增加imu惯导传感器来时刻检测光伏面板的震动频率，减少硬件成本。
[0029]
s102：当第一震动频率与第二震动频率形成共振，改变第一震动频率。
[0030]
持续获得第一光伏面板的第一震动频率及第二光伏面板的第二震动频率，判断第一震动频率及第二震动频率是否形成共振；若是，改变第一震动频率。这里改变第一震动频率是利用驱动器进行改变和/或通过改变第一迎风角度对第一震动频率进行改变。纯粹通过驱动器来改变，需要持续用电机进行驱动增加其频率，这样会持续消耗电能，不适合大规模使用。而采用改变第一迎风角度的方式则只需要电极驱动改变即可做一次改变，不需要持续的调整改变，可以较大程度地节约电能。两种结合使用也是可以的，则可以在过渡期，边改变震动频率边改变迎风角度，这种方式一般是比较警急的情况下才会用到。
[0031]
如图2所示，本实施例中还包括一种光伏面板共振调节装置，在于：包括迎风角度获取模块、风力信息获取模块以及震动频率调节模块；各个模块信号连接；迎风角度获取模块用于获取第一光伏面板的第一迎风角度及第二光伏面板的第二迎风角度；风力信息获取
模块用于获取第一光伏面板迎风时的第一风力等级及第一风向、第二光伏面板迎风时的第二风力等级及第二风向；震动频率调节模块用于根据所述第二迎风角度、所述第二风力等级以及所述第二风向获得光伏面板的第二震动频率；判断所述第一震动频率与所述第二震动频率是否形成共振，若是，改变第一震动频率。
[0032]
如图3所示，本发明另一本实施例中的方法包括步骤:
[0033]
s201：获取各光伏面板的三维坐标、光伏面板宽度以及相邻两排光伏面板之间的相对位置；获取各个光伏面板的太阳入射角。
[0034]
光伏面板发电的安装场景有草原空旷地安装，高楼大厦的屋顶安装，丘陵地带安装。为了尽可能得提高发电量，其安装密度是越密越好，这样不可避免地就会产生遮挡。为了提升同等安装面积的光伏面板发电效率，可以通过给光伏面板安装智能角度调节系统，来提高发电效率。智能角度调节系统包括方位传感器、北斗高精度定位模块，负责采集光伏面板支架的角度、震动幅度、精确的三维位置信息；dc电机和控制器:接收指令调整光伏面板支架的角度，以此调整光伏面板的朝向；本地控制器:负责接收一定范围内方位传感器的数据，并把数据传输到云平台，同时也接收云平台的指令，并把指令分发给dc电机控制单元；云平台:负责基于各传感器采集的数据、太阳的位置信息，通过数据建模计算各太阳能电池板的最优朝向方案，并发送指令通知dc电机进行光伏面板支架的姿态调整；高精度定位模块通过北斗卫星导航系统和北斗地基增强系统，可实时采集光伏面板支架(光伏面板)的高精度位置信息，精确的计算光伏面板的安装位置和高度信息。同时，增加imu惯导传感器可检测光伏面板的倾斜角度和光伏面板x,v,z三个方向的震动幅值和震动频率。
[0035]
如图4所示，由于各排光伏面板都采用紧凑平行地安装，采用横截面截取每排其中一个光伏面板的情况就可以得到每排光伏面板的大致相对位置。当前太阳高度角θ，抽取每排光伏面板的参照点(可以是光伏面板的支架点或者是光伏面板上的较好的识别点。)抽取其中三排的三个参照点a、b、c并定义其三维坐标(高精度定位坐标)为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)；同理抽取i排的i参照点并定义其三维坐标为(xi,yi,zi)。这样相邻两排光伏面板参照点之间垂直/水平距离可以通过坐标换算计算得出。同时获取各排光伏面板的角度αi、各排光伏面板的太阳入射角βi，通过查表得到对应光伏面板光电转化效率为η以及光伏面板宽度d；可以根据光伏面板宽度d、太阳高度角θ以及相邻两排光伏面板参照点坐标关系，就可以计算获得光伏面板未被遮挡部分宽度的无效宽度d
无效
。
[0036]
s202：根据所述三维坐标、所述光伏面板宽度、所述相对位置及所述太阳入射角来计算各个光伏面板未被遮挡的有效宽度。
[0037]
通过步骤s201的参数可以计算关于入射角及发电功率：
[0038]
βi＝αi+θ根据光伏面板性能可查得对应单位长度的发电功率ηi；
[0039]
关于相邻两排光伏面板固定点之间垂直/水平距离：
[0040]
l
i，i+1
＝f(xi，yi，zi，x
i+1
，y
i+1
，z
i+1
)，h
i，i+1
＝g(xi，yi，zi，x
i+1
，y
i+1
，z
i+1
)；
[0041]
关于第i排光伏面板被第i-1排遮挡部分的宽度，即第i排光伏面板的无效宽度：
[0042]
而其有效宽度d有效＝d-d
无效
；
[0043]
其中，总发电功率p、为每一排光伏面板的光电转化率ηi，一般与太阳入射角与光伏面板角度有一定的关系，当光伏面板角度不同光电转化率会略有不同。本实施例的公式
是基于各排光电转化效率略有差异设置的(需要较大地根据实际情况进行查表调整)，所以只需要知道的光伏面板被太阳照射的有效宽度即可计算出总的发电功率。而在实际使用过程中这个光电转化效率可以近似认为一个忽略掉部分光伏面板的角度差异，当成一个定值来使用。所以也需要知道的光伏面板被太阳照射的有效宽度即可计算出总的发电功率。
[0044]
关于总光电转化率p：
[0045][0046]
即：
[0047]
(注：在工程中运用迭代求解的方式，设定足够小的残差门限值ε，当得到时，得出转化率η趋近最大的角度最优解)。
[0048]
作为工程上实际上实施的例子，基于步进电机控制光伏面板的可调角度的局限，各个光伏面板的角度调节为逐级调节的模式，即存在单次最少调整角度ε，且调整角度为ε的整倍数，调整范围为：-90
°
～90
°
；因此每个光伏面板可设置的角度共有个不同角度的选择。对于n排独立调节的光伏面板，存在nn种不同的组合。在各个光伏面板最优解获取的过程中，将运用算法遍历这nn种角度设置组合，计算各个组合下所有光伏面板的总发电功率，找到其中发电功率最大所对应的角度组合，得到角度设置的最优解。
[0049]
s203：根据各个光伏面板的有效宽度来计算获得光伏面板的总发电功率；获取所述总发电功率最大时的光伏面板的角度组合，根据所述角度组合来调整所述光伏面板。
[0050]
从s202步骤中，求总发电功率最大时的光伏面板角度有两只方法：
[0051]
第一种是可以通过求解时，所有光伏面板总的发电功率为最大值，来求出各个光伏面板角度最优解(即各个光伏面板角度组合)，再根据角度最优解来调整各个光伏面板，这样可以使得所有光伏面板总的发电功率为最大值随着时间及太阳高度角的变化而进行调整，达到最优使用所有光伏面板的目的。第二种基于步进电机控制光伏面板的可调角度的局限，各个光伏面板的角度调节为逐级调节的模式，即存在单次最少调整角度ε，且调整角度为ε的整倍数，调整范围为：-90
°
～90
°
的情况下，可以通过运用算法遍历nn种角度设置组合，计算各个组合下所有光伏面板总的发电功率，找到其中发电功率最大所对应的角度组合，得到角度设置的最优解。再根据角度设置的最优解来调整各个光伏面板角度。
[0052]
这两种方式的核心都是要获得光伏面板的最大总发电功率，来对光伏面板角度调整。这样通过计算机算法计算就可以避免光伏面板在实际应用时的多次反复调节，可以通过系统遍历计算可以有效减少自动调整光伏面板的朝向的时间，有利于提高整体发电效率及降低调整角度的成本。
[0053]
而在实际的应用场景中，光伏面板可能存在多种不利情况。如异物遮挡光伏面板及部分光伏面板故障，导致发电功率异常的情况。这个时候通过算法计算所得的各个光伏
面板角度组合可能已经不是最大发电功率了。需要检测到有故障的光伏面板并重新对各个光伏面板角度组合进行调整。检测总发电功率与实际输出发电功率的差值是否大于第一预设阈值；若是，逐排调整光伏面板角度获取该排实际输出发电功率。这里的第一阈值取值对应的是总的发电功率，其取值相对较大。
[0054]
一般来说，总发电功率与实际输出发电功率会有一定的偏差，但这边偏差都是在比较合理的数值范围内，而一旦超出合理的数值范围内，可能是部分光伏面板故障。在不排除故障光伏面板的情况下，很难一直取得最大的总发电功率，而且故障的光伏面板还会影响获得最优的光伏面板角度组合。
[0055]
以下是快速找到出现异常光伏面板的方法：当该排总发电功率与该排实际输出发电功率的差异大于第二预设阈值，判断该排光伏面板出现异常。这里的第二阈值对应的是一排光伏面板的发电功率，其取值相对适中。
[0056]
若所述该排光伏面板出现异常，逐块调整光伏面板角度获得该块实际输出发电功率；当该块总发电功率与该块实际输出发电功率的差异大于第三预设阈值，判断该块光伏面板出现异常。这里的第三阈值对应的是一块光伏面板的发电功率，其取值相对最小。工程人员可以依据系统的排查情况，快速找到对应的故障的光伏面板，进而修复及排查。当短时间内无法找到对应修复，可以根据将故障的光伏面板的位置，将其遮挡其他光伏面板的面积变成最小，并重新遍历获得次总的发电功率最大值时的次光伏面板角度组合。s204：当检测有震动频率相同的光伏面板时，改变所述震动频率相同光伏面板的震动频率直至共振消除。
[0057]
由于要取得最大的总发电功率，调整出来的各个光伏面板角度有可能是一致的。同时在当前区域内的风力等级及风向变化不会太大，因而一旦有光伏角度一样的产生共振的情况概率是比较大的。由于部分光伏角度由于地形或其他因素，导致风力等级、风向发生变化，使得其光伏面板角度即使有不同的或者不同的迎风角度，其也会使得光伏面板间产生共振。这里光伏板角度及光伏板迎风角度需要根据当前风向进行简单换算。为了减少或者避免光伏面板之间的共振，可以通过检测当前光伏面板的震动频率，然后改变其中一个光伏面板的震动频率即可。改变震动频率相同光伏面板的震动频率方式可以是利用驱动器进行改变或改变光伏面板角度进行改变。
[0058]
同时，由于驱动器进行改变可能会时刻消耗光伏板的放电电量。因而为了确保光伏面板的发电效率。可以对驱动器进行改变进行耗能计算，然后再对改变光伏面板角度对总发电功率所减少发电量进行计算；对所述驱动器的耗能及所述减少发电量进行比较，然后让系统执行耗能最少的改变方案。这里的耗能是指单位时间内消耗的电能。驱动器持续一段时间工作消耗的电能以及改变光伏面板角度降低发电效率所减少发的电，都属于耗能。这样可以确保在较高效率发电的情况下，能防护共振导致地支架扭曲、失稳，危及光伏面板支架的安全等隐患。
[0059]
如图5所示，本实施例中还包括一种光伏面板共振调节装置，包括定位数据获取模块、光伏面板信息模块、发电功率计算模块、角度调节模块以及震动频率调节模块；各个模块信号连接；
[0060]
定位数据获取模块用于获取各光伏面板的三维坐标、光伏面板宽度以及相邻两排光伏面板之间的相对位置；光伏面板信息模块用于获取各个光伏面板的太阳入射角；发电
功率计算模块用于根据三维坐标、光伏面板宽度、相对位置及太阳入射角来计算各个光伏面板未被遮挡的有效宽度；并根据各个光伏面板的有效宽度计算光伏面板的总发电功率；所述角度调节模块用于当判断总发电功率为最大时，根据所述总发电功率最大时的光伏面板角度来调整各个所述光伏面板。判断总发电功率是否为最大的步骤具体为：遍历各个光伏面板的角度组合，选取各个组合中总发电功率最大值为最大值。震动频率调节模块用于检测是否有震动频率相同的光伏面板；若是，改变所述震动频率相同光伏面板的震动频率直至共振消除。
[0061]
改变所述震动频率相同光伏面板的震动频率方式为利用驱动器进行改变或改变光伏面板角度进行改变；对驱动器进行改变进行耗能计算，再对改变光伏面板角度对总发电功率所减少发电量进行计算；对驱动器的耗能减少发电量进行比较，执行耗能最少的频率改变方案。
[0062]
本领域技术人员可以理解的是，实施例中的全部或部分步骤，可以通过计算机程序来指令相关的硬件实现，该程序可以存储于计算机可读介质中，可读介质可以包括闪存盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取器、磁盘或光盘等各种可以存储程序代码的介质。在一个实施例中，本公开提出了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理模块加载并执行以实现光伏面板角度调节方法。
[0063]
在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本公开揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。
[0064]
另外，多数实施例的描述是基于不同的重点而展开的，未详述之处，可参见现有技术的内容或本文的其他相关描述进行理解。
[0065]
再次强调，上文所列举的实施例，为本公开较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本公开的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本公开的保护范围或者应用。在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本公开的保护范围之内。