[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测方法和装置，特别是涉及一种用于光伏发电的太阳方位自动跟踪方法及装置，具体用于提高光伏发电设备的发电效率。

背景技术

太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式，发展前景非常广阔，已成为未来解决能源危机的一种重要途径。但是，由于太阳能的能量密度低，且随着季节和天气变化而变化，使得太阳能不易搜集，导致光伏发电的效率比较低，发电成本较高，限制了太阳能光伏发电的应用和发展。解决这一问题的一种可行的途径是进行太阳方位自动跟踪。在相同条件下，自动跟踪式太阳能发电设备与固定式太阳能发电设备相比，可提高发电量15％以上。

目前，光伏发电中使用的太阳方位自动跟踪方法主要有以下四种方式：(1)光电跟踪方式；(2)太阳运动轨迹跟踪方式；(3)光电跟踪与太阳运动轨迹跟踪切换的方式；(4)光电跟踪与太阳运动轨迹跟踪复用的方式。(1)光电跟踪方式是通过检测太阳的运动方向，控制跟踪装置追踪太阳的运行，是一种闭环控制方式。该方法灵敏度高，结构设计较为简单，但容易受天气影响，有时会导致跟踪装置无法对准太阳，甚至可能引起跟踪机构的误动作。(2)太阳运动轨迹跟踪方式是通过计算太阳运动轨迹来控制整个跟踪装置追踪太阳，是一种开环控制方式。这种方式不受天气、杂散光的影响，能够使跟踪装置比较稳定地运行。但因开环方式无法进行误差修正，存在积累误差，且自身不能消除。积累误差是指计算太阳运动轨迹的计算误差、以及跟踪装置执行机构的定位误差，计算误差和定位误差不断积累而产生积累误差。(3)光电跟踪与太阳运动轨迹跟踪切换的方式就是晴天时采用光电跟踪方式，多云及阴雨天时采用太阳运动轨迹跟踪方式。这种方法虽然在一定程度上改善了光电跟踪易受天气、杂散光影响的问题，但没有解决太阳运动轨迹跟踪存在积累误差的问题。(4)光电跟踪与太阳运动轨迹跟踪复用的方式，就是不论天气状况如何，都同时采用光电跟踪方式和太阳运动轨迹跟踪方式来完成一次跟踪。这种方法虽然保证了跟踪的可靠性和精度，但在阴雨天气等光线较弱情况下，太阳能光伏发电的效率很低，此时仍然进行跟踪，而跟踪装置本身也需要消耗电能，从而造成了额外的电能损耗。

具体实现跟踪时，太阳方位跟踪装置可分为一维跟踪和二维跟踪。一维跟踪的太阳能电池板只能跟踪太阳高度角或者方位角中一个角度的变化，一般是跟踪方位角的变化，相比固定安装方式，可收集更多的太阳能。二维跟踪的太阳能电池板能同时跟踪太阳高度角与方位角的变化，相比一维跟踪方式，可收集更多的太阳能。

我国现有的光伏发电系统大多采用太阳能电池板固定安装的形式，其发电效率低，发电成本高，使用和推广受到影响。少数光伏电站，为了提高发电效率使用了太阳方位跟踪式发电系统。我国目前使用的一维跟踪和二维跟踪式太阳能发电系统多采用上述的四种跟踪方法之一，有待于进一步完善。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种全天候的、用于光伏发电的太阳方位自动跟踪方法，并提供相应的太阳方位检测装置。

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。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。tr和ts由计算机利用相关天文公式计算得到，属于成熟的现有技术。

(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。太阳光线垂直入射位置的确定是通过太阳运动轨迹计算公式计算出当前时刻的太阳方位，并结合当前跟踪装置的方位，确定相应的驱动角度，根据驱动角度驱动跟踪装置转至起始位置。