[發明專利]光伏發電雙軸跟蹤系統的控制方法

有效

• 申請號: 201410086122.7
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103809617A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 劉立群;張國梁;田行;葛竹;曹亮;劉春霞
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G05B13/04
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

1.一種光伏發電雙軸跟蹤系統的控制方法，是在包括有上部支架（1）、連接支架（2）、上部步進電動機和蝸輪蝸桿組合件（3）、中部支柱（4）、下部步進電動機和蝸輪蝸桿組合件（5）、下部支柱（6）、數據采集和控制模塊（7）和底座（8）的太陽位置雙軸跟蹤系統結構基礎上，在上部支架（1）上安裝有第一、第二、第三、第四光敏電阻（9、10、11、12），其特征在于對該系統的控制方法是：首先判斷某一天是一年中的第n天，n為正整數，根據式[1]計算出太陽赤緯角δ，則太陽高度角α_s可由式[2]得到，太陽方位角γ_s可由式[3]得到。

sinα_s=sinφsinδ+cosφcosδcosω???[2]

sinγs=cosδsinωcosαs---[3]]]>

其中φ是當地維度。ω是太陽時角，中午12點為“0°”，上午為負，下午為正，每小時的時角為“15°”。

由于地球圍繞太陽的運行軌道是橢圓形軌道，因此真太陽時角ω_z與太陽時角ω間存在誤差。真太陽時角ω_z可由式[4]～[6]得到，然后將式[2]和式[3]中的太陽時角ω用真太陽時角ω_z代替。

E=9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB???[5]

B=360(n-81)364---[6]]]>

其中由式[7]得到時鐘時間t，t=12點時ω=0，L為當地的經度，L_s為當地標準時間所在地的經度，由于我國位于東半球，所以式[4]中的正負號應取正號，則真太陽時間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，則每天的日出日落時刻可由式[10]和[11]得到。

tsr=(ωsr15)+12---[10]]]>

tss=(ωss15)+12---[11]]]>

由于太陽光垂直照射到光伏組件表面時，光伏組件輸出效率最高，因此系統在每個真太陽時間的高度角S_α可由式[12]得到，系統的方位角S_γ等于太陽方位角γ_s，

S_α=90°-α_s???[12]

由于公式計算和系統結構運行都會存在誤差，此外，系統在運行過程中可能會部分遮敝，因此，分別對光敏電阻（9、10、11、12）的電阻值R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂進行比較：

如果，R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，則說明光伏組件沒有被部分遮蔽；

如果R₉≠R₁₀≠R₁₁≠R₁₂，則說明系統高度角S_α和方位角S_γ均有誤差，首先調整高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后調整方位角S_γ使得R₉=R₁₀、R₁₁=R₁₂，即R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；

如果，R₉≠R₁₀，但R₉=R₁₁和R₁₀=R₁₂，則說明系統的方位角S_γ有誤，判斷R₉與R₁₀的大小，使系統的方位角S_γ向電阻值小的一側運行，直到R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；

如果R₉≠R₁₁，但R₉=R₁₀和R₁₁=R₁₂，則說明系統的高度角S_α有誤，判斷R₉與R₁₁的大小，使系統的高度角S_α向電阻值小的一側運行，直到R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；

如果，出現四個光敏電阻值中三個相等，一個不等的情況，例如R₉=R₁₀=R₁₁≠R₁₂，則說明出現了部分遮蔽情況，判斷四個電阻值那個最小，使系統的高度角S_α和方位角S_γ向電阻值最小的一側運行，首先調整高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后調整方位角S_γ使得R₉=R₁₀、R₁₁=R₁₂，即R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂；

上述控制方法的實施步驟是：

步驟一、根據光伏雙軸跟蹤系統的結構精度要求確定系統最小運行角度△，確定每次運行間隔時間△t，當地經度L和維度φ，當地標準時間所在地的經度L_s；

步驟二、計算某一天在一年中的第n天，計算出當天的太陽赤緯角δ；

步驟三、根據太陽赤緯角δ和當地維度φ，得到當天的日出方位角ω_sr和日落方位角ω_ss，進而得到當天的日出時刻t_sr和日落時刻t_ss；

步驟四、根據時鐘時間計算真太陽時間t_z，判斷真太陽時間t_z是否大于等于日出時刻t_sr，是，執行步驟五；否，返回步驟四；

步驟五、根據光敏電阻判斷是否陰天，是，返回步驟五；否，執行步驟六；

步驟六、根據真太陽時間計算出太陽高度角α_s和太陽方位角γ_s，根據△調整系統的高度角S_α和系統的方位角S_γ，執行步驟七；

步驟七、比較R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂，判斷R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，是，保持系統的高度角S_α和系統的方位角S_γ，執行步驟十二；否，執行步驟八；

步驟八、判斷R₉≠R₁₀≠R₁₁≠R₁₂，是，根據△，依次調整系統高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后調整方位角S_γ使得R₉=R₁₀、R₁₁=R₁₂，執行步驟十二；否，執行步驟九；

步驟九、判斷是否R₉=R₁₀≠R₁₁=R₁₂，是，根據△調整系統高度角S_α使得R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，執行步驟十二；否，執行步驟十；

步驟十、判斷是否R₉=R₁₁≠R₁₀=R₁₂，是，根據△調整系統方位角S_γ使得R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，執行步驟十二；否，執行步驟十一；

步驟十一、尋找最小阻值R_min，根據△依次調整系統高度角S_α使得R₉=R₁₁、R₁₀=R₁₂，然后調整方位角S_γ使得R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂，執行步驟十二，

步驟十二、判斷運行間隔時間△t是否結束，是，執行步驟十三；否，等待行間隔時間△t結束，返回步驟十二；

步驟十三、判斷真太陽時間t_z是否大于等于日落時刻，是，系統停止，否，返回執行步驟五。