光伏追蹤控制器、系統以及光伏追蹤系統的控制方法與流程
2023-06-02 01:39:01 3
本發明涉及光伏發電技術領域，特別涉及一種光伏追蹤控制器、系統及光伏追蹤系統的控制方法。
背景技術：
隨著光伏發電技術在全球的蓬勃發展，光伏追蹤系統受到越來越多的關注。光伏追蹤系統能夠通過實時跟蹤太陽運動，使太陽光直射光伏陣列，從而增加光伏陣列接收到的太陽輻射量，提高光伏發電系統的總體發電量。
光伏追蹤系統雖然較早地投入設計和生產，但是由於投入產出比較高等原因，一直未能實現對光伏追蹤系統的批量安裝和使用。
現有技術中的光伏追蹤系統主要存在以下缺陷。一方面，光伏追蹤系統對驅動設備和外部環境的要求很高。例如，驅動光伏陣列旋轉需要功率較大的電機，並且安放光伏陣列需要較大的土地面積。另一方面，使用光伏追蹤系統需要投入較高的維護成本。在實際應用當中，光伏追蹤系統故障率較高，時常處於停機維修狀態，使得利用光伏追蹤系統發電的投入產出比較高，工作效率較低；並且每次對光伏追蹤系統進行清洗都需要耗費大量的時間。此外，現有技術中的光伏追蹤系統在工作過程中還會產生大量的噪音，對周圍居民的生活造成負面影響。
技術實現要素：
本發明所要解決的一個技術問題是：提供了一種優化的光伏追蹤控制系統。
根據本發明實施例的一個方面，提供了一種光伏追蹤控制器，包括：信息獲取模塊，用於從各個定位儀獲取各個單排光伏陣列的位置信息，定位儀位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，定位儀能夠獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的位置信息；角度計算模塊，用於根據位置信息，計算各個單排光伏陣列接收光照強度最大的理論旋轉角度；旋轉控制模塊，用於控制各個單排光伏陣列分別旋轉至接收光照強度最大的理論旋轉角度。
在一些實施例中，信息獲取模塊還用於從各個角度傳感器獲取各個單排光伏陣列的實際旋轉角度，角度傳感器位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，角度傳感器能夠獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的實際旋轉角度；旋轉控制模塊還用於對實際旋轉角度不符合理論旋轉角度的單排光伏陣列進行調整。
在一些實施例中，信息獲取模塊還用於從風速儀和/或風向儀獲取光伏追蹤系統所在位置的風速和/或風向；旋轉控制模塊還用於當風速和/或風向滿足預設條件時，調整各個單排光伏陣列的旋轉角度，以保護光伏追蹤系統。
在一些實施例中，信息獲取模塊還用於從光照強度傳感器獲取光伏追蹤系統所在位置的光照強度；旋轉控制模塊還用於當光照強度大於等於第一閾值時，開啟光伏追蹤模式；和/或，當光照強度小於第一閾值時，開啟光伏反追蹤模式。
根據本發明實施例的另一個方面，提供了一種光伏追蹤控制系統，包括定位儀以及光伏追蹤控制器；其中，定位儀位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，用於獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的位置信息。
在一些實施例中，光伏追蹤控制系統還包括太陽能電源，太陽能電源位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，用於為太陽能電源所在的單排光伏陣列供電。
在一些實施例中，光伏追蹤控制系統還包括角度傳感器；其中，角度傳感器位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，角度傳感器用於獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的實際旋轉角度；
在一些實施例中，光伏追蹤控制系統還包括風速儀和/或風向儀；其中，風速儀和/或風向儀用於檢測光伏追蹤系統所在位置的風速和/或風向。
在一些實施例中，光伏追蹤控制系統還包括光照強度傳感器；其中，光照強度傳感器用於檢測光伏追蹤系統所在位置的光照強度。
根據本發明實施例的又一個方面，提供了一種光伏追蹤系統的控制方法，包括：獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的位置信息；根據位置信息，計算各個單排光伏陣列接收光照強度最大的理論旋轉角度；控制各個單排光伏陣列分別旋轉至接收光照強度最大的理論旋轉角度。
在一些實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：各個單排光伏陣列分別由自帶的太陽能電源供電。
在一些實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的實際旋轉角度；對實際旋轉角度不符合理論旋轉角度的單排光伏陣列進行調整。
在一些實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：檢測光伏追蹤系統所在位置的風速和/或風向；當風速和/或風向滿足預設條件時，調整各個單排光伏陣列的旋轉角度，以保護光伏追蹤系統。
在一些實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：檢測光伏追蹤系統所在位置的光照強度；當光照強度大於等於第一閾值時，開啟光伏追蹤模式；和/或，當光照強度小於第一閾值時，開啟光伏反追蹤模式。
本發明中的光伏追蹤控制器，能夠控制光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列彼此獨立旋轉至不同角度，提高了光伏追蹤系統的工作效率，節省了使用光伏追蹤系統進行發電的投入成本。
通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其它特徵及其優點將會變得清楚。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1示出現有技術中光伏追蹤系統的結構示意圖。
圖2示出本發明光伏追蹤系統控制器的一個實施例的結構示意圖。
圖3A示出單排光伏陣列所組成的光伏追蹤系統的一個實施例的結構示意圖。
圖3B示出單排光伏陣列的結構示意圖。
圖4示出太陽能電源的一個實施例的結構示意圖。
圖5示出本發明光伏追蹤系統的控制方法的一個實施例的流程示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
發明人對光伏追蹤系統的設計方案進行了研究。現有技術中的光伏追蹤系統如圖1所示，多排光伏陣列形成光伏矩陣，多排光伏陣列之間通過較長的剛性連軸杆100連接，以實現驅動多排光伏陣列同步旋轉的功能。然而，正是因為這種剛性連接的設計方案，導致光伏追蹤系統存在一系列技術缺陷。
首先，多排光伏陣列之間通過剛性連軸杆連接的設計方案提高了對驅動設備和外部環境的要求。為了保證電機能夠同步驅動多排光伏陣列，驅動電機需要具有較大的功率；為了同時安放多排光伏陣列，光伏追蹤系統需要佔用較大的土地面積。
其次，多排光伏陣列之間通過剛性連軸杆連接的設計方案提高了光伏追蹤系統的維護成本，降低了光伏追蹤系統的工作效率，提高了利用光伏追蹤系統發電的投入產出比。一方面，剛性連軸杆本身存在出現故障的可能，多排光伏陣列之間的大量剛性連軸杆增大了光伏追蹤系統的故障率。另一方面，剛性連軸杆會給驅動設備反饋額外的扭矩，增大了驅動設備的負載和故障率。
再次，如果剛性連軸杆連接在多排光伏陣列的中間部位，工作人員在清洗光伏追蹤系統時受到剛性連軸杆的阻擋，需要在清洗半排光伏陣列後繞到另一側繼續清洗另外半排光伏陣列，降低了光伏追蹤系統的清洗效率。
最後，多排光伏陣列之間的大量剛性連接在工作過程中會產生大量的噪音，進而對周圍居民的生活造成負面影響。
有鑑於此，發明人設計了光伏追蹤控制器，以實現控制光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列彼此獨立旋轉，從而克服上述技術缺陷。下面結合圖2描述本發明一個實施例的光伏追蹤控制器。
圖2示出本發明光伏追蹤控制器的一個實施例的結構示意圖。如圖2所示，光伏追蹤控制器202包括：信息接收模塊2021，角度計算模塊2022，旋轉控制模塊2023。光伏追蹤控制器202中各個模塊的功能和工作過程在後文中結合光伏追蹤控制系統進行詳細描述。
下面結合圖3A和圖3B描述本發明一個實施例的光伏追蹤控制系統。
圖3示出單排光伏陣列所組成的光伏追蹤系統的一個實施例的結構示意圖。各個單排光伏陣列彼此相互獨立，不存在連接關係。圖3B示出單排光伏陣列的結構示意圖。本實施例中的光伏追蹤控制系統30包括定位儀301和控制器202。
定位儀301位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，用於獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的位置信息位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，用於獲取並發送光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的位置信息。
例如，各個單排光伏陣列的位置信息可以包括光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的經度、維度以及海拔高度。
控制器202包括：
信息接收模塊2021，用於從各個定位儀301獲取各個單排光伏陣列的位置信息。
角度計算模塊2022，用於根據位置信息，計算各個單排光伏陣列接收光照強度最大的理論旋轉角度。
旋轉控制模塊2023，用於控制各個單排光伏陣列分別旋轉至接收光照強度最大的理論旋轉角度。
例如，信息接收模塊2021通過無線信號接收到定位儀301發送的各個單排光伏陣列的經度、維度以及海拔高度後，角度計算模塊2022計算各個單排光伏陣列在不同時間接收光照強度最大的理論旋轉角度，旋轉控制模塊2023控制各個單排光伏陣列在不同時間分別旋轉至不同的角度。
與現有技術相比，上述實施例中的光伏追蹤控制系統具有顯著的效果。具體主要包括以下點：
第一，降低了對驅動設備和外部環境的要求。上述實施例中的電機只需要驅動單排光伏陣列，不需要具有較大的功率。同時，由於光伏陣列之間相互獨立，光伏陣列可以更加靈活地放置和安裝，光伏追蹤系統對土地面積和地形的要求明顯降低，具有很好的地形適應性。
第二，減小了利用光伏追蹤系統發電的投入產出比。一方面，省去剛性連軸杆能夠大幅降低光伏追蹤系統的故障率，減小光伏追蹤系統的負載，從而降低光伏追蹤系統的維護成本。另一方面，定位儀可以更為精確的確定單排光伏陣列的位置信息，從而細化單排光伏陣列的旋轉角度，使得光伏追蹤系統能夠接收更多的太陽能，提高光伏追蹤系統的發電效率。
第三，便於清洗。工作人員在清洗光伏追蹤系統時，將相鄰的兩排光伏陣列調整至光伏電池組件面對面的狀態，可以實現同時清洗兩排光伏陣列，並且不受連軸杆阻擋，縮短工作人員清洗光伏追蹤系統的行走距離，甚至可以通過自動化清洗車進行清洗，提高了光伏追蹤系統的清洗效率。
第四，減少噪音。上述實施例中的光伏陣列之間不存在剛性連接，在工作過程中的噪音較小。並且光伏追蹤系統的變速箱不需要採用多級齒輪技術，從而大幅減少光伏追蹤系統在工作過程中產生的噪音。
在一個實施例中，光伏追蹤控制系統30還包括角度傳感器304，角度傳感器304位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，用於獲取並發送光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的實際旋轉角度。旋轉控制模塊2023還用於對實際旋轉角度不符合理論旋轉角度的單排光伏陣列進行調整。
由於光伏追蹤系統中的光伏陣列較多，上述實施例通過角度傳感器不僅可以實現單排光伏陣列的角度校準，還可以檢測到處於故障狀態單排光伏陣列。
在一個實施例中，光伏追蹤控制系統30還包括風速儀305和/或風向儀306，用於檢測光伏追蹤系統所在位置的風速和風向。旋轉控制模塊2023還用於當風速和風向滿足預設條件時，調整各個單排光伏陣列的旋轉角度，以保護光伏追蹤系統。
例如，當風速儀305檢測到風速超過預設值時，向旋轉控制模塊2023發送系統保護信號，旋轉控制模塊2023開啟系統保護模式，將處於邊緣的光伏陣列旋轉至與地面垂直的角度，將其餘的光伏陣列旋轉至與地面水平的角度。
上述實施例能夠在風力較大的條件下對光伏追蹤系統作出適應性調整，減小設備因風力產生的共振，保護光伏追蹤系統，使得光伏追蹤系統不因風力過大而損壞。
在一個實施例中，光伏追蹤控制系統30還包括光照強度傳感器307，用於檢測光伏追蹤系統所在位置的光照強度。旋轉控制模塊2023還用於當光照強度較大時，開啟光伏追蹤模式；當光照強度較小時，開啟光伏反追蹤模式。
例如，光照強度傳感器307可以每隔1分鐘採集一次光照強度。在早晨和傍晚時間的太陽高度角很小，通過反追蹤模式可以使太陽能電池組件儘可能吸收較多的太陽輻射能量。但是，在光照強度傳感器307檢測到光照強度較強的情況下，可以自適應的開啟光伏追蹤模式，或者調整通知旋轉控制模塊對光伏電池組件的旋轉角度進行調整，以接收更多的太陽輻射能量。
上述實施例能夠在氣候條件發生變化的情況下對光伏追蹤系統作出適應性調整，優化反追蹤模式開啟的時間，從而提高光伏追蹤系統的發電效率。
在一個實施例中，光伏追蹤控制系統30還包括太陽能電源303。太陽能電源303位於光伏追蹤系統中的各個單排光伏陣列，用於為太陽能電源303所在的單排光伏陣列供電。
圖4示出太陽能電源的一個實施例的結構示意圖。如圖4所示，太陽能電源403可以包括高性能太陽能電池組件4031、鋰電池儲能包4032、電池管理系統4033以及太陽能電源控制項4034。其中，高性能太陽能電池組件4031獨立於光伏電池組件，能夠在白天收集太陽能；收集到的太陽能一部分用於驅動單排光伏陣列，另一部分儲存在鋰電池儲能包4032中，以便夜晚使用。太陽能電源控制項4034可以檢測太陽能電源電池管理系統周圍的溫度、太陽能電源的電壓等信息，以便電池管理系統4033調整對單排光伏陣列的驅動策略。
上述實施例中，考慮到驅動單排光伏陣列所需功率較小，每排光伏陣列通過自帶的太陽能電源供電，可以達到為業主節約電量的技術效果。使用光伏追蹤系統的業主，可以將光伏追蹤系統所發電量全部用於生產，不需要將部分發電量用於驅動光伏追蹤系統。另外，現有技術中通常需要業主從太陽能發電逆變器或變壓器中取電，需要一定的布線成本；而上述實施例中的太陽能電源體積小、便於安裝，能夠直接安裝在單排光伏陣列當中，為業主省去了布線的麻煩，節約了布線成本。
下面結合圖5描述本發明一個實施例的光伏追蹤系統的控制方法。
圖5示出本發明光伏追蹤系統的控制方法的一個實施例的流程示意圖。如圖5所示，光伏追蹤系統的控制方法包括：
步驟S501，獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的位置信息。
步驟S502，根據位置信息，計算各個單排光伏陣列接收光照強度最大的理論旋轉角度。
步驟S503，控制各個單排光伏陣列分別旋轉至接收光照強度最大的理論旋轉角度。
上述實施例中的光伏追蹤系統的控制方法具有如下效果：
第一，降低了對驅動設備和外部環境的要求。上述實施例中的電機只需要驅動單排光伏陣列，不需要具有較大的功率。同時，由於光伏陣列之間相互獨立，光伏陣列可以更加靈活地放置和安裝，光伏追蹤系統對土地面積和地形的要求明顯降低，具有很好的地形適應性。
第二，減小了利用光伏追蹤系統發電的投入產出比。一方面，省去剛性連軸杆能夠大幅降低光伏追蹤系統的故障率，減小光伏追蹤系統的負載，從而降低光伏追蹤系統的維護成本。另一方面，定位儀可以更為精確的確定單排光伏陣列的位置信息，從而細化單排光伏陣列的旋轉角度，使得光伏追蹤系統能夠接收更多的太陽能，提高光伏追蹤系統的發電效率。
第三，便於清洗。工作人員在清洗光伏追蹤系統時，將相鄰的兩排光伏陣列調整至光伏電池組件面對面的狀態，可以實現同時清洗兩排光伏陣列，並且不受連軸杆阻擋，縮短工作人員清洗光伏追蹤系統的行走距離，甚至可以通過自動化清洗車進行清洗，提高了光伏追蹤系統的清洗效率。
第四，減少噪音。上述實施例中的光伏陣列之間不存在剛性連接，在工作過程中的噪音較小。並且光伏追蹤系統的變速箱不需要採用多級齒輪技術，從而大幅減少光伏追蹤系統在工作過程中產生的噪音。
在一個實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：
步驟S504，各個單排光伏陣列分別由自帶的太陽能電源供電。
上述實施例中，考慮到驅動單排光伏陣列所需功率較小，每排光伏陣列通過自帶的太陽能電源供電，可以達到為業主節約電量的技術效果。使用光伏追蹤系統的業主，可以將光伏追蹤系統所發電量全部用於生產，不需要將部分發電量用於驅動光伏追蹤系統。另外，現有技術中通常需要業主從太陽能發電逆變器或變壓器中取電，需要一定的布線成本；而上述實施例中的太陽能電源體積小、便於安裝，能夠直接安裝在單排光伏陣列當中，為業主省去了布線的麻煩，節約了布線成本。
在一個實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：
步驟S505，獲取光伏追蹤系統中各個單排光伏陣列的實際旋轉角度。
步驟S506，對實際旋轉角度不符合理論旋轉角度的單排光伏陣列進行調整。
由於光伏追蹤系統中的光伏陣列較多，上述實施例通過角度傳感器不僅可以實現單排光伏陣列的角度校準，還可以檢測到處於故障狀態單排光伏陣列。
在一個實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：
步驟S507，檢測光伏追蹤系統所在位置的風速和/或風向。
步驟S508，當風速和/或風向滿足預設條件時，調整各個單排光伏陣列的旋轉角度，以保護光伏追蹤系統。
上述實施例能夠在風力較大的條件下對光伏追蹤系統作出適應性調整，減小設備因風力產生的共振，保護光伏追蹤系統，使得光伏追蹤系統不因風力過大而損壞。
在一個實施例中，光伏追蹤系統的控制方法還包括：
步驟S509，檢測光伏追蹤系統所在位置的光照強度。
步驟S510，當光照強度大於等於第一閾值時，開啟光伏追蹤模式；和/或，當光照強度小於第一閾值時，開啟光伏反追蹤模式。
上述實施例能夠在氣候條件發生變化的情況下對光伏追蹤系統作出適應性調整，優化反追蹤模式開啟的時間，從而提高光伏追蹤系統的發電效率。
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。