CN103353769A - 一种基于gps定位的光伏追踪发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS定位的光伏追踪发电方法，其中，所述方法通过GPS定位模块实现对太阳位置进行探测和计算；主控制模块根据GPS定位模块测算得出的太阳位置信息，每隔预设时间t0控制光伏组件转动到对准太阳的位置；反馈式追踪模块测算出在上述转动动作的前后瞬间光伏组件的功率增值率因子；所述主控制模块根据测算出的功率增值率因子的大小，控制变更光伏组件上的光传感器追踪太阳的精度的高低，从而可以根据太阳光中直接辐射部分的强度改变光伏组件追踪太阳的精度，在保持获得高的发电量增益情况下，较好地避免了***因为追踪所引起的损失。

Description

一种基于GPS定位的光伏追踪发电方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，尤其涉及的是一种基于GPS定位的光伏发电方法。

背景技术

现有技术的光伏发电***中，当太阳被厚的云层完全遮挡时，地面上接收到的太阳光辐射能量100%为散射辐射。此时，光伏组件对太阳的精确追踪基本上没有意义，若纯粹依靠现有技术中利用光探测器对太阳实时追踪，此时发电量提升不但少有收益，甚至由于执行机构的自身损耗会出现发电量增长的负收益情况。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述不足，提供一种基于GPS定位的光伏发电的方法，其可以根据太阳光的辐射情况，变更光探测器追踪太阳的精度，从而可以在提高发电量收益的同时，降低***自身的损耗，从而取得更佳的光伏发电效果。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于GPS定位的光伏发电方法，其中，所述方法包括步骤：

A、GPS定位模块对太阳位置进行探测；当日出信号出现后，主控制模块根据GPS定位模块探测计算得到的太阳位置信息，控制支撑转动模块每隔一预设时间将光伏组件转动到对准太阳的方向；

B、反馈式追踪模块获取光伏组件在转动前后输出的功率值，并比较转动前瞬间获取的第一功率值与转动后瞬间获取的第二功率值的大小，若第二功率值大于第一功率值不成立，则延时所述预设时间，再次进行所述第一功率值与第二功率值的比对；否则，进入下一步；

C、反馈式追踪模块计算出所述第一功率值与第二功率值之间的功率增值率因子；主控制模块根据此功率增值率因子的数值设置反馈式光探测器追踪太阳的精度，并控制支撑转动模块转动光伏组件，将反馈式光探测器追踪太阳的精度调整为所设置的精度。

所述基于GPS定位的光伏发电方法，其中，在所述步骤A中所述GPS定位模块探测太阳位置的方法为：

A11、GPS定位模块获取当地的经度、纬度和天文台时间；

A12、通过获取的当地的经度和天文台时间及一年中当日的具体日期三者相结合计算出当地真太阳时的值；

A13、由当地真太阳时计算得出实时方位角；

A14、由当地的纬度值和真太阳时计算出实时的高度角。

所述基于GPS定位的光伏发电方法，其中， 所述功率增值率因子与反馈式光探测器追踪太阳的精度为正比例函数关系。

所述基于GPS定位的光伏发电方法，其中，在步骤A之前还包括:

A0、GPS定位模块根据光伏组件支架基座的在安装时产生的与垂直方向或者水平方向的偏移量，可通过遥控器进行位置基准点校准。

所述基于GPS定位的光伏发电方法，其中，所述GPS定位模块所获取的经纬度值，支持手动输入。

本发明所提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法，其通过在使用GPS定位模块实时获取太阳位置信息，当探测到太阳升起信号之后，控制光伏模块对准太阳的方向，并计算光伏组件在一预定时间段的功率增值率因子，若计算出的功率增值率因子为正值，则根据功率增值率因子的大小，控制增大或者减小光探测器反馈式追踪太阳的精度，从而使***在自己损耗很低的情况下，获取更高的综合发电收益。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法步骤流程图。

图2是本发明提供的GPS定位模块对太阳进行定位的原理结构图。

图3是本发明提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法具体应用的方法步骤流程图。

具体实施方式

本发明所提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示为本发明提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法的步骤流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1、GPS定位模块对太阳位置进行探测；当日出信号出现后，主控制模块根据GPS定位模块探测计算得到的太阳位置信息，控制支撑转动模块每隔一预设时间将光伏组件转动到对准太阳的方向。

     ***的GPS定位模块实时对太阳位置进行检测，当探测到当地的太阳升起的信号后，开启当天的光伏发电。

具体的，所述GPS定位模块对太阳位置进行探测的方法为：

11、GPS定位模块获取当地的经度、纬度和天文台时间；

12、通过获取的当地的经度和天文台时间及一年中当日的具体日期三者相结合计算出当地真太阳时的值；

13、由当地真太阳时计算得出实时方位角；

14、由当地的纬度值和真太阳时计算出实时的高度角。

太阳位置信息包括太阳实时高度角与太阳实时方位角。

如图2所示，首先由GPS定位模块20读出当地的经度21、纬度23和天文台时间22，经度21与天文台时间22结合可较准确地计算出当地真太阳时的值（真太阳时与北京时间是不同的概念，真太阳时可以准确表征当地的太阳运行规律；若两地经度相差0.1度，其真太阳时的时差值已为24.0秒）。具体的算法为：真太阳时等于北京时间加上当地经度与东经120度的固定时差值及一年中当日的具体日期真太阳时修正值。如：北半球任一地区全年中的任何一天，当地真太阳时12点整的瞬间，太阳一定是在该地点的正南方向，即方位角精确为180度。南半球同理类推。

由当地真太阳时结合一年中当日的具体日期，即可计算出全年任一天任一时刻太阳实时方位角81。而太阳的任一时刻高度角则可由当地的纬度、真太阳时（含具体日期）得出。太阳的实时方位角81和太阳实时高度角82一旦确定，则当地任一时刻太阳位置也就完全得以确定，至于如何具体计算出太阳的实时方位角和高度角，因其为公知常识，在此不做说明。

当GPS定位模块探测到太阳升起的信号后，主控制模块根据GPS定位模块测出的当地太阳的准确位置信息，控制支撑转动模块每隔一预设时间将光伏组件转动到对准太阳的位置。所述支撑转动模块用于对光伏组件进行支撑和转动。

所述支撑控制模块上设置有角度校准单元以及高度校准单元，从而可以在角度和高度两个方面使光伏组件准确的对准太阳的方向，当光伏组件对准太阳之后，则进行下一步的操作。

上述预设时间可以设置为***默认或者通过一遥控器根据当地具体的情况进行自主设置，可以想到的，此时间可以设置为任意值，同时也允许用户在一定范围内进行设定，在遥控器中给出各个参考值。如果用户对此预设时间的设定发生失误或者数据丢失的情况下，***自动恢复默认设定值运行。 

S2、反馈式追踪模块获取光伏组件在转动前后输出的功率值，并比较转动前瞬间获取的第一功率值与转动后瞬间获取的第二功率值的大小，若第二功率值大于第一功率值不成立，则延时所述预设时间，再次进行所述第一功率值与第二功率值的比对；否则，进入下一步。

设置在***上的反馈式追踪模块获取上述对准太阳转动的运动前后光伏组件在所输出的功率值，并将转动前的第一功率值与转动后的第二功率值进行比较，如果第二功率值大于第一功率值不成立，则从此次的结果可以看出此时太阳主要以散射辐射为主，***将光伏组件实时追踪太阳，并不能获得另外的太阳能增益，并且***本身在运转过程中产生一定的能量消耗，因此此时，重复上述步骤S1中预设时间内控制光伏组件对准太阳。

如果所述第二功率值大于第一功率值成立，则说明此时太阳光辐射能量中含有直接辐射的部分，进行下一步的操作。 

S3、计算出所述第一功率值与第二功率值之间的功率增值率因子；主控制模块根据此功率增值率因子的数值设置反馈式光探测器追踪太阳的精度，并控制支撑转动模块转动光伏组件，将反馈式光探测器追踪太阳的精度调整为所设置的精度。

反馈式追踪模块根据获取的第一功率值与第二功率值的数据，计算出功率增值率因子的值，具体的，所述功率增值率因子的计算公式为：k=(P2-P1)/P1，P1代表第一功率值，P2代表第二功率值，k为功率增值率因子；P1是在移动前的瞬间测量，P2则是在完成按GPS定位模块获取的太阳准确位置执行追踪太阳转动后的瞬间进行测量。

所述主控制模块根据每次通过上述公式计算出的功率增值率因子，控制增大或者减少反馈式光探测模块追踪太阳的精度。

具体的，所述功率增值率因子与反馈式光探测器追踪太阳的精度为正比例函数关系，也即是功率增值率因子越大，则反馈式光探测器追踪太阳的精度设置为越大，功率增值率因子越小，则反馈式光探测器追踪太阳的精度设置为越小。

可以想到的是，为了***自身能量的消耗，也可以将功率增值率因子划分为若干个等级，每个等级对应不同的功率增值率因子的范围，不同等级的功率增值率因子对应不同的反馈式光探测器追踪太阳的精度，处于相同等级的功率增值率因子对应相同的反馈式光探测器追踪太阳的精度，当连续测量到的功率增值率因子较小的情况下，反馈式光探测器追踪太阳的精度很低，这时支撑控制模块几乎不需要转动光伏组件或者只需极轻微的调整，可以减少***自身的消耗。

所述反馈式光探测器追踪太阳的精度为反馈式光探测器的角度跟踪精度值。

主控制模块根据计算出的功率增值率因子所在的数值范围，改变反馈式光探测器追踪太阳的精度，其原因在于，如果测出的功率增值率因子为正数，则说明此时太阳光含有直射辐射的部分，并且太阳辐射的强度一定的情况下，t0越大，则k值越大， 因此在功率增值率因子为正值的情况下，反馈式追踪的精度越精确，则光伏模块越能充分的获取来自太阳的能量，获取的太阳能量的增益就越大。

当GPS定位模块探测到日落信号后，停止对太阳位置进行探测，支撑转动模块停止工作，并于晚间转动到日出的准备位置。

优选的，所述光探测器为四象限光电传感器，其可为通过在一片性能均匀的圆形太阳能光电池板，在其中心处用激光雕刻出一个“十字”，形成在东西南北四个方向性能相同的光电池板。 

在上述实施例的基础上，本发明提供的方法还可以有以下改进：

步骤S1之前还包括:

A0、GPS定位模块根据光伏组件支架基座的在安装时产生的与垂直方向或者水平方向的偏移量，可通过遥控器进行位置基准点校准。

因为GPS定位太阳位置的精确度与光伏发电***的安装是否正确有很大的关系，仪器的中心南北线与观测点的太阳运行南北线要求重合，同时要求仪器的高度角零点处于地面水平面内，因此在 所述GPS定位模块中增加一选配的自动经纬度校准单元，由于发电***的仪器一般是固定不变的，因此所述自动经纬度校准单元只需要每隔一预设时间自动对GPS定位模块中获取的当地经纬度进行校准。

所述GPS定位模块所获取的经纬度值，支持授权的专业人士进行手动输入。

在上述两次自动经纬度校准单元自动校准的相隔时间内，GPS定位模块中使用一设计较为准确的内部时钟运行去模拟天文台标准时间，用于计算当地真太阳时，这样可以减少GPS定位模块的运算量，提高GPS定位模块的工作效率。

如图3所示为本发明提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法具体应用时的方法步骤流程图，所述方法包括以下步骤：

S100、所述光伏发电***上的GPS定位模块实时监测太阳位置以及日出信号，当探测到日出启动信号后，启动追踪太阳的运行。

S200、每隔一预设的时间t0或者是用户根据需要自行设定的时间延时后，反馈式追踪模块获取光伏组件在上述时间t0转动前的功率值。

S300、主控制模块根据GPS定位模块获得的太阳位置信息，控制支撑转动模块将光伏组件转动到对准太阳的位置。

S400、反馈式追踪模块获取光伏组件在上述时间t0转动后的功率值P2。

S500、反馈式追踪模块将P1值和P2值进行比较，当P2>P1不成立,则说明此时太阳为散射辐射为主，***进入步骤S700；如果P2>P1成立，则进行步骤S600。

S600、计算k的值，也即功率增值率因子的值，并根据k值的大小，控制反馈式光探测器提高或者减小追踪太阳的精度，并且此次精度变更完成后，同样进入步骤S700。

当k值为正数时，则说明太阳此时以直射辐射为主，对其进行更精确的定位可以获取更多的收益，因此此时主控制模块根据k值的大小，控制支撑控制模块带动光伏组件转动，提高或者降低光伏组件追踪太阳的精度。

S700、开启其他检测，比如风力强度检测和日落时间检测,。

此次步骤的检测完成后，延时预设时间t0，返回进入步骤S200，进行下一循环的检测。

可以想到的是，当日落之后，所述光伏发电***探测不到太阳光信号，此时，***将处于暂停运行状态，在第二天，日出之时，开始新一轮的追踪行程。

本发明提供的一种基于GPS定位的光伏发电方法，首先使用GPS定位模块对太阳的位置进行探测，主控制模块根据GPS定位模块探测计算得到的太阳位置信息，控制支撑转动模块每隔一预设时间将光伏组件转动到对准太阳的方向并，当检测到在一预设时间内光伏组件输出的功率增值率因子为正值时，则此时太阳为直射辐射为主，在预定时间内光伏组件输出的功率增长值越大，则说明此时光伏追踪太阳的精度越大则获取的太阳能的增益将越多，因此此时控制支撑控制模块转动光伏组件，根据反馈式光探测器探测到得光信号，增大反馈式追踪的的精度，以便获取更高的太阳能增益。如果探测到在预定时间间隔内，光伏组件输出的功率增值率因子大于零不成立，则说明此时太阳为散射辐射为主，光伏组件进一步精确的追踪太阳并不能获取很好的太阳能增益，因此该***还是按照预定时间间隔依据GPS测算的太阳位置转动光伏组件对准太阳，从而比实时追踪太阳的***和实时对太阳进行精确定位的***来说，减少了本身的损耗，获得了较高的增益。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于GPS定位的光伏发电方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A、GPS定位模块对太阳位置进行探测；当日出信号出现后，主控制模块根据GPS定位模块探测计算得到的太阳位置信息，控制支撑转动模块每隔一预设时间将光伏组件转动到对准太阳的方向；

B、反馈式追踪模块获取光伏组件在转动前后输出的功率值，并比较转动前瞬间获取的第一功率值与转动后瞬间获取的第二功率值的大小，若第二功率值大于第一功率值不成立，则延时所述预设时间，再次进行所述第一功率值与第二功率值的比对；否则，进入下一步；

C、反馈式追踪模块计算出所述第一功率值与第二功率值之间的功率增值率因子；主控制模块根据此功率增值率因子的数值设置反馈式光探测器追踪太阳的精度，并控制支撑转动模块转动光伏组件，将反馈式光探测器追踪太阳的精度调整为所设置的精度。

2.根据权利要求1所述基于GPS定位的光伏发电方法，其特征在于，在所述步骤A中所述GPS定位模块探测太阳位置的方法为：

A11、GPS定位模块获取当地的经度、纬度和天文台时间；

A12、通过获取的当地的经度和天文台时间及一年中当日的具体日期相结合计算得出当地真太阳时的值；

A13、由当地真太阳时计算得出实时方位角；

A14、由当地的纬度值和真太阳时计算出实时的高度角。

3.根据权利要求2所述基于GPS定位的光伏发电方法，其特征在于， 所述功率增值率因子与反馈式光探测器追踪太阳的精度为正比例函数关系。

4.根据权利要求1所述基于GPS定位的光伏发电方法，其特征在于，在步骤A之前还包括:

A0、GPS定位模块根据光伏组件支架基座的在安装时产生的与垂直方向或者水平方向的偏移量，可通过遥控器进行位置基准点校准。

5.根据权利要求4所述基于GPS定位的光伏发电方法，其特征在于，所述GPS定位模块所获取的经纬度值，支持手动输入。

Images