[发明专利]跟踪式光伏设备的阵列式排布方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种光伏电站建设领域的光伏设备排布方法，具体涉及一种对光伏电站建设过程中的跟踪式光伏设备进行阵列式排布的方法。

背景技术

在光伏电站的建设过程中，合理排布光伏发电设备是一项重要的设计任务，它将决定光伏电站的装机容量、建设耗材及土地占用面积。影响光伏发电设备排布方案的重要因素是光伏设备间的阴影遮挡，它会造成光伏设备电能转化效率的降低。而简单增大光伏设备间的排布间距虽可以避免阴影遮挡，但会增加光伏电站建设用地和耗材用量，减小装机容量。因此，在避免相互遮挡的前提下，寻找合理的光伏设备排布方案是本发明的核心。

对于固定式光伏设备，李杰慧、刘祖明等人在文献“李杰慧,刘祖明,李景天.固定式独立光伏系统中光伏方阵设计[C].中国太阳能学会学术年会论文集[A].上海:中国太阳能学会.2003:326-328.”中提出了以北半球冬至日上午9时至下午3时之间光伏设备无遮挡的阵列间距计算方法，其过程是利用太阳方位公式计算冬至日上午9时的阴影在北向的投射长度作为南北方向阵列的排布间距。顾菊明在文献“顾菊明.固定式光伏阵列组件排列方式的研究[J].华电技术.2012,34(S1):89-95.”中对李杰慧等人提出的方法进行了扩展，通过计算每排光伏面板方阵的投影面积与该方阵的面积之比作为影子系数，这样使得方阵的排布间距只与方阵所在地的纬度、方阵的安置倾角相关，在此基础上他们还制作了影子系数查找表，来简化计算过程。该方法使用方便，但仍然依赖于李杰慧等人所提出的设计理念，限制条件较多。吴永忠在文献“吴永忠,邹立君.光伏电站太阳能电池阵列间距的计算[J].新能源及工艺.2011,1:39-40.”中提出了以太阳影子倍率法计算光伏设备的阵列间距，该方法是对李杰慧等人提出方法的进一步简化，其实质是以水平面上立杆的南北方向影子长度与立杆的高度之比作为影子倍率，然后将南北方向前后排光伏设备的边沿高度差与影子倍率相乘获得光伏阵列的排布间距。

针对跟踪式光伏设备的排布方法目前还极少见诸报道。2011年李军公开了一种斜单轴跟踪式光伏设备的排布方法，见“李军.影子计算方法[2011-04-07]”，其基本思想是对固定式光伏设备的排布方法进行改进，先寻找特定时刻相邻光伏设备中光伏面板之间的高度差，再利用影子系数计算光伏面板在东西方向和南北方向的阴影长度，最后附加光伏面板自身的投影长度作为相邻设备之间的排布间距。该方法没有对光伏面板的全年阴影变化情况进行分析，简单地将光伏面板的长和宽作为寻找高度差的依据进行光伏阵列排布的计算，其设计结果粗糙，单台设备占地面积较大，导致一定建设用地上的装机容量过小。

综上所述，光伏设备的现有排布方法绝大多数针对固定式光伏设备，均采用冬至日上午9时的阴影长度作为阵列排布的依据。仅有李军提出了一种斜单轴跟踪式光伏设备的排布方法，能够计算出多台跟踪式设备阵列排布所需的间距，但它没有分析设备阴影的全年变化情况，估算结果粗糙，得出的排布间距过大，降低了单位用地面积下的装机容量。

发明内容

本发明针对光伏电站建设时光伏设备的阵列式合理排布问题，提出了一种跟踪式光伏设备的阵列式排布方法。该方法可以对跟踪式光伏设备全年的阴影变化情况进行仿真模拟，从而给出相邻光伏设备间东西和南北方向的最小间距测算方法，确定跟踪式光伏设备的排布方案，该方案能够保证光伏设备在跟踪运行时段内互不遮挡，且排布间距最小。

一种跟踪式光伏设备的阵列式排布方法，包括以下步骤：

步骤一，建立跟踪式光伏设备的三维模型：在三维建模环境下，定义XYZ空间直角坐标系，其中X轴正向为正东，Z轴正向为正南，由X轴和Z轴确定的平面与地面平行，Y轴垂直于X轴与Z轴，将坐标系的原点定义为光伏面板的支点，建立跟踪式光伏设备的三维模型；

步骤二，建立旋转变换矩阵模型：采用如下旋转变换矩阵，其中θ为旋转参数角，R_X、R_Y、R_Z分别为光伏面板绕X、Y、Z轴的旋转变换矩阵；