[发明专利]光伏发电双轴跟踪系统的控制方法

摘要

一种光伏双轴跟踪系统结构及控制方法，属于太阳能发电技术领域，其特征是在原有双轴跟踪系统的上部支架上安装有四个光敏电阻。其控制方法是：(1)设定初始值；(2)计算n和δ；(3)计算ω_sr、ω_ss、t_sr和t_ss；(4)计算t_z，t_z大于等于t_sr，是，执行(5)，否，返回(4)；(5)是否天阴，是，返回（5），否，执行（6）；（6），计算出α_s和γ_s，调整S_α和S_γ；（7）比较四个电阻，R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，是，保持S_α和S_γ，执行（12），否，执行（8）；（8）R₉≠R₁₀≠R₁₁≠R₁₂，是，依次调整S_α和S_γ，执行（12），否，执行（9）；（9）R₉=R₁₀≠R₁₁=R₁₂，是，调整S_α，执行（12），否，执行（10）；（10）R₉=R₁₁≠R₁₀=R₁₂，是，调整S_γ，执行（12），否，执行（11）；（11）寻找最小阻值R_min，依次调整S_α和S_γ；（12）△t是否结束，是，执行(13)，否，返回(12)；(13)t_z大于等于t_ss，是，系统停止；否，执行(5)。

主权项

1.一种光伏发电双轴跟踪系统的控制方法，是在包括有上部支架（1）、连接支架（2）、上部步进电动机和蜗轮蜗杆组合件（3）、中部支柱（4）、下部步进电动机和蜗轮蜗杆组合件（5）、下部支柱（6）、数据采集和控制模块（7）和底座（8）的太阳位置双轴跟踪系统结构基础上，在上部支架（1）上安装有第一、第二、第三、第四光敏电阻（9、10、11、12），其特征在于对该系统的控制方法是：首先判断某一天是一年中的第n天，n为正整数，根据式[1]计算出太阳赤纬角δ，则太阳高度角α_s可由式[2]得到，太阳方位角γ_s可由式[3]得到。sinα_s=sinφsinδ+cosφcosδcosω   [2]sinγs=cosδsinωcosαs---[3]]]>其中φ是当地维度。ω是太阳时角，中午12点为“0°”，上午为负，下午为正，每小时的时角为“15°”。由于地球围绕太阳的运行轨道是椭圆形轨道，因此真太阳时角ω_z与太阳时角ω间存在误差。真太阳时角ω_z可由式[4]～[6]得到，然后将式[2]和式[3]中的太阳时角ω用真太阳时角ω_z代替。E=9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB   [5]B=360(n-81)364---[6]]]>其中由式[7]得到时钟时间t，t=12点时ω=0，L为当地的经度，L_s为当地标准时间所在地的经度，由于我国位于东半球，所以式[4]中的正负号应取正号，则真太阳时间t_z可由式[8]得到：t=(ω15)+12---[7]]]>tz=(ωz15)+12---[8]]]>每天的日出和日落的方位角可由式[9]得到，其中日出方位角ω_sr=-ω_s，日落方位角ω_ss=ω_s，则每天的日出日落时刻可由式[10]和[11]得到。tsr=(ωsr15)+12---[10]]]>tss=(ωss15)+12---[11]]]>由于太阳光垂直照射到光伏组件表面时，光伏组件输出效率最高，因此系统在每个真太阳时间的高度角S_α可由式[12]得到，系统的方位角S_γ等于太阳方位角γ_s，S_α=90°-α_s   [12]由于公式计算和系统结构运行都会存在误差，此外，系统在运行过程中可能会部分遮敝，因此，分别对光敏电阻（9、10、11、12）的电阻值R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂进行比较：如果，R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，则说明光伏组件没有被部分遮蔽；如果R₉≠R₁₀≠R₁₁≠R₁₂，则说明系统高度角S_α和方位角S_γ均有误差，首先调整高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后调整方位角S_γ使得R₉=R₁₀、R₁₁=R₁₂，即R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；如果，R₉≠R₁₀，但R₉=R₁₁和R₁₀=R₁₂，则说明系统的方位角S_γ有误，判断R₉与R₁₀的大小，使系统的方位角S_γ向电阻值小的一侧运行，直到R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；如果R₉≠R₁₁，但R₉=R₁₀和R₁₁=R₁₂，则说明系统的高度角S_α有误，判断R₉与R₁₁的大小，使系统的高度角S_α向电阻值小的一侧运行，直到R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；如果，出现四个光敏电阻值中三个相等，一个不等的情况，例如R₉=R₁₀=R₁₁≠R₁₂，则说明出现了部分遮蔽情况，判断四个电阻值那个最小，使系统的高度角S_α和方位角S_γ向电阻值最小的一侧运行，首先调整高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后调整方位角S_γ使得R₉=R₁₀、R₁₁=R₁₂，即R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；上述控制方法的实施步骤是：步骤一、根据光伏双轴跟踪系统的结构精度要求确定系统最小运行角度△，确定每次运行间隔时间△t，当地经度L和维度φ，当地标准时间所在地的经度L_s；步骤二、计算某一天在一年中的第n天，计算出当天的太阳赤纬角δ；步骤三、根据太阳赤纬角δ和当地维度φ，得到当天的日出方位角ω_sr和日落方位角ω_ss，进而得到当天的日出时刻t_sr和日落时刻t_ss；步骤四、根据时钟时间计算真太阳时间t_z，判断真太阳时间t_z是否大于等于日出时刻t_sr，是，执行步骤五；否，返回步骤四；步骤五、根据光敏电阻判断是否阴天，是，返回步骤五；否，执行步骤六；步骤六、根据真太阳时间计算出太阳高度角α_s和太阳方位角γ_s，根据△调整系统的高度角S_α和系统的方位角S_γ，执行步骤七；步骤七、比较R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂，判断R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，是，保持系统的高度角S_α和系统的方位角S_γ，执行步骤十二；否，执行步骤八；步骤八、判断R₉≠R₁₀≠R₁₁≠R₁₂，是，根据△，依次调整系统高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后调整方位角S_γ使得R₉=R₁₀、R₁₁=R₁₂，执行步骤十二；否，执行步骤九；步骤九、判断是否R₉=R₁₀≠R₁₁=R₁₂，是，根据△调整系统高度角S_α使得R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，执行步骤十二；否，执行步骤十；步骤十、判断是否R₉=R₁₁≠R₁₀=R₁₂，是，根据△调整系统方位角S_γ使得R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，执行步骤十二；否，执行步骤十一；步骤十一、寻找最小阻值R_min，根据△依次调整系统高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后调整方位角S_γ使得R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，执行步骤十二，步骤十二、判断运行间隔时间△t是否结束，是，执行步骤十三；否，等待行间隔时间△t结束，返回步骤十二；步骤十三、判断真太阳时间t_z是否大于等于日落时刻，是，系统停止，否，返回执行步骤五。