[发明专利]用于在大区域的地面上映射云遮蔽的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月24日提交的美国临时申请号61/704,704的权益，通过引用方式将其全部内容并入本文中。

技术领域

概括而言，本发明涉及太阳能系统，并且更具体而言，涉及监视太阳场内的云遮蔽，以使太阳能系统的操作最大化。

发明内容

在定日镜领域中，云的遮蔽可以影响定日镜上的通量的数量，该通量的数量相应地可以影响由太阳能装置所生成的能量。实时监视定日镜中的至少一些定日镜的云遮蔽可以允许整个太阳能系统的更有效的操作。在期望知道在大的地理区域（例如，在该地理区域之上的云覆盖）之内气象状况（例如，在该地理区域之上的云覆盖）是怎样的情况下，可以在大区域之内或附近提供气象站。然而，由该气象站预测的气象状况可能没有表明仅遮蔽该大区域的一部分的云的路径。与该大区域的整体部分有关的更精确的辐射信息将是有益的。

描述了用于监视大区域中的云遮蔽的系统和方法。大区域的大小可以从小于一平方公里变化到数十平方公里。例如，该大区域可以包括太阳能场的太阳能系统，其中，该太阳能场具有太阳跟踪元件。该太阳能场的大小可以从几百平方米到数十平方公里。根据一些实施例，测量该大区域中的地表或地表附近的日射量（辐照度或者辐射亮度）。所测量的辐照度的示例为总体水平辐射、散射水平辐射和直接辐射（DNR）。用于测量和计算DNR的装置的示例包括但不限于日温计和旋转影带辐射计。用于测量总或总体水平辐照度的装置的示例包括但不限于日射强度计和光敏装置，例如具有可测量输出的光伏模块。

日温计和散射水平辐射测量器提供高日射量分辨率和低空间分辨率。这种装置可能是相当昂贵的，并且因此可以在该大区域之内（例如，以相对稀疏的分布）被少量地放置，以构建第一空间点分布。与日温计相比，相对便宜的日射强度计可以以更密集的分布地配置在该大区域之内，以构建第二空间点分布。密集地放置的日射强度计提供高空间分辨率和低日射量分辨率。

通过下面的等式约束不同的辐射特征：

GH=DH+DNR×cos(θ_z)

其中：

GH=总体水平辐射

DH=散射水平辐射

DNR=直接辐射

θ_z=太阳位置矢量与天顶的角度或者90°减去太阳的仰角。

通过解答上面提及的等式，从DH和GH得到DNR。因此，两个传感器类型的组合允许作为第三（更密集）空间点分布的更高空间分辨率点分布。

可以附加地使用数字光响应的成像设备来获得更密集的第三空间分辨率。例如，数字成像装置可以为相机，例如云相机。该云相机可以为鱼眼相机或者被配置为用于捕获地面上的云图像的相机，例如安装在高架位置（例如，在塔上、在飞行器中等）的相机。

天空中的云的数字图像用于估计或者计算从天空到地面上的云图像的投影。例如，可以通过使用至少两个云相机来捕获云图像并且通过使用立体视觉、气象信息和/或云高计来获得用于天空成像的云高估计。特别是在天空的图像用于获得DNR时，使用太阳的角度可能也是有用的。本领域的熟练技术人员已知的大量用于获得天空中的太阳的角度的方法，例如存在通过使用太阳能定位算法（SPA）并且/或者通过使用可用的气象情报信息。根据一个或多个预期的实施例，用于获得太阳的角度的其它方法也是可能的。

通过使用具有不同空间采样频率（传感器之间的距离）的散射采样和总体采样来得到2D区域上的DNR测量。使用地面上的成像装置和多个传感器的组合，允许在辐射域和空间域两者中的云位置的高分辨率的确定和该云之下的DNR的高准确度的确定。

还可以使用DNR测量仪表代替或者结合测量散射水平辐射来执行针对大区域的上述云和/或DNR监视。换言之，根据一些实施例，与更多总体水平辐射装置耦合的、更少的DNR测量装置可以用于获得具有良好空间分辨率和辐射分辨率的、用于大区域的DNR测量/矩阵。

根据一些实施例，该方法用于预测云移动并且因此在大区域例如太阳能场的一部分上的遮蔽或者日射量的不足。基于该预测，可以调节太阳能系统的操作以导致太阳能场上的云遮蔽移动。