[发明专利]跟踪式光伏设备的阵列式排布方法

摘要

本发明公开了一种跟踪式光伏设备的阵列式排布方法，其步骤包括：(1)建立跟踪式光伏设备的三维模型；(2)建立旋转变换模型；(3)确定光伏面板的复合旋转变换模型；(4)选取阴影计算关键点；(5)计算关键点的阴影坐标；(6)绘制关键点全年的阴影位置轨迹线，计算相邻光伏设备的排布间距；(7)给出光伏设备的阵列式排布结果。本发明考虑到跟踪式光伏设备的阴影计算复杂性，构造了太阳照射下的阴影变换矩阵模型，测算并绘制出跟踪式光伏设备关键点的全年阴影轨迹线，根据轨迹线计算光伏设备的阵列式排布参数，获取相邻光伏设备间无阴影遮挡下的最小排布间距，减少光伏电站建设的土地占用面积及建设耗材，提高光伏电站的装机容量和发电效率。

主权项

1.一种跟踪式光伏设备的阵列式排布方法，其特征在于，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；RX=10000cosθsinθ00-sinθcosθ00001,]]>RY=cosθ0-sinθ00100sinθ0cosθ00001,]]>RZ=cosθsinθ00-sinθcosθ0000100001]]>步骤三，确定光伏面板的复合旋转变换模型：根据光伏设备的跟踪方式，确定光伏面板的旋转方向，进而确定光伏面板的复合旋转变换矩阵R，R为R_X、R_Y、R_Z中一种或一种以上的组合；步骤四，选取阴影计算的关键点：选择光伏面板的所有边界角点作为阴影计算的关键点，记为V(V_x,V_y,V_z)；步骤五，计算关键点的阴影坐标，具体如下：步骤S50，根据太阳的高度角和方位角，计算太阳的方向向量：设太阳高度角为α，方位角为β，其计算方法如下式，其中为光伏电站所在地的纬度，δ和ω分别为太阳赤纬角和时角；记太阳的方向向量为S＝[S_x,S_y,S_z]，则有：Sx=cosα·sinβSy=sinαSz=cosα·cosβ]]>步骤S51，利用点法式构造地平面方程：地平面的点法式方程如下式，其中N=[N_x,N_y,N_z]为地平面的法向量，x,y,z为方程参数，Nw为常数项；N_x×x+N_y×y+N_z×z+N_w=0步骤S52，构造关键点与其阴影点间的计算关系式：根据太阳的方向向量S和地平面的法向量N构造关键点在地面上的投影变换矩阵M；M=NySy+NzSz-NySx-NzSx-NwSx-NxSyNxSx+NzSz-NzSy-NwSy-NxSz-NySzNxSx+NySy-NwSz000NxSx+NySy+NzSz]]>由投影变换矩阵M和复合旋转变换矩阵R，可得关键点V(V_x,V_y,V_z)与其在地面上的阴影点V'(V_x',V_y',V_z')间的计算关系式为V'＝M·R·V；步骤六，绘制关键点全年的阴影位置轨迹线，计算相邻光伏设备的间距，具体如下：步骤S60，绘制阴影位置轨迹线：在三维建模环境下，按照光伏设备的跟踪运行起始时刻，根据关系式V'＝M·R·V计算单台光伏面板上所有关键点的阴影坐标，绘制出每一个关键点全年的阴影位置轨迹线；步骤S61，计算相邻光伏设备的东西方向最小间距：设单台光伏面板最东侧阴影轨迹线与最西侧阴影轨迹线分别为f_E(z)与f_W(z)，记f_E(z)上任意两点的坐标为(x_E1,z_E1)和(x_E2,z_E2)，f_W(z)上任意两点的坐标为(x_W1,z_W1)和(x_W2,z_W2)，则有：fE(z)=xE2-xE1zE2-zE1(z-zE1)+xE1]]>fW(z)=xW2-xW1zW2-zW1(z-zW1)+xW1]]>当f_E(z)和f_W(z)中的z取值相同时，可得东西方向相邻光伏设备的最小间距：d_EW＝f_E(z)-f_W(z)步骤S62，计算相邻光伏设备南北方向的最小间距：设单台光伏面板上所有关键点阴影轨迹线中，最南端端点与最北端端点的Z轴坐标分别为z_S和z_N，则南北方向相邻光伏设备的最小间距为：d_NS＝z_S-z_N步骤七，给出光伏设备的阵列式排布结果：以相邻光伏设备间东西方向的最小间距d_EW和南北方向的最小间距d_NS，结合光伏电站的建设场地形状和尺寸对光伏设备进行阵列式排布。