CN109743017A - 一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置 - Google Patents

一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，所述装置包括温度控制单元、循环水单元以及光伏发电单元；所述温度控制单元连接光伏发电单元，光伏发电单元连接循环水单元，循环水单元再与温度控制单元连接。通过对温度偏差进行模糊算法处理得到模糊观察量，并根据隶属度函数、建立的模糊规则得出模糊控制量，并利用反模糊计算得到实际值，来调节水泵功率。本发明能使光伏电池板表面形成水膜，降低了光伏电池表面温度与减少了光伏电池表面灰尘，提高了光伏电池的发电效率并延长其寿命。利用了模糊控制器与变频水泵，实现了检测与实施一体化，实现装置的自动化。

Description

一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置
技术领域
本发明涉及一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，属于太阳能光伏技术领域。
背景技术
传统化石能源的大量使用,人类生存空间受到了严重威胁。太阳能是一种新兴的可再生能源。光伏发电是太阳能利用的一种具体形式。
传统光伏电池的发电效率受表面温度与灰尘的影响而存在损失，降低光伏电池表面温度与减少光伏电池表面灰尘能提高光伏电池的发电效率。常温状况下的水储热性能良好，使水在光伏电池表面流动可吸收光伏电池的热量并带走部分灰尘。此外，太阳光照射在电池板表面时，会发生反射损耗，传统光伏***的累计反射损耗可高达8-15％，热带地区的反射损耗高达42％，水的折射率为1.3，在电池板表面形成水膜可以减少反射损耗而提高光伏发电效率。
发明内容
本发明借助水泵实现水在光伏电池表面与水槽之间的循环，研究出一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控制方法及装置。
本发明的技术方案如下：
一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，所述装置包括温度控制单元、循环水单元以及光伏发电单元；所述温度控制单元连接光伏发电单元，光伏发电单元连接循环水单元，循环水单元再与温度控制单元连接。
上述光伏发电单元为一块呈倾斜角度的光伏电池板，所述循环水单元包括储水槽、多孔管状喷头、直流型水泵、控制阀、水流量计、循环水管；
所述多孔管状喷头设置在光伏电池板的顶端，多孔管状喷头通过多个小孔将水喷洒在光伏电池板上，形成水膜，水膜流动时吸收光伏电池表面的热量并带走灰尘，所述储水槽设置在光伏电池板的下方，上述喷洒在光伏电池板上的水由于倾斜设置的光伏电池板流入储水槽，所述储水槽通过连接变频水泵将水送到多孔管状喷头，所述变频水泵连接温度控制单元后与光伏电池板连接，所述变频水泵通过蓄电池供电。
上述温度控制单元包括温度传感器、单片机、继电器、模糊控制器与变频器；所述温度传感器分别连接光伏电池板和单片机，用于实时监测温度，然后将检测温度发给单片机，所述单片机再分别与继电器和模糊控制器连接，所述继电器与变频水泵连接，用于控制变频水泵的启闭，所述模糊控制器与变频器连接，用于调节变频器的频率。
上述温度传感器的型号为DS18B20。
上述单片机的型号为AT89S52。
上述模糊控制器通过模糊控制算法调节变频器的功率，以及对单片机计算出检测温度与设定温度的差值进行决策；
模糊控制算法以检测温度与设定温度T1的差值为观测量e，以实际变频器频率与标准频率的差值为控制量u；
模糊控制算法的观测量被e划分5个模糊集：负大、负小、零、正小、正大,e的取值范围为[-a,a]；所述模糊控制算法的控制量被u划分5个模糊集：负大、负小、零、正小、正大,u的取值范围为[-f,f]；
模糊控制算法的模糊规则为：若e负大，则u负大；若e负小，则u负小；若e为零，则u为零；若e正小，则u正小；若e正大，则u正大；求解所述模糊规则，得模糊关系集合R；
使用模糊控制算法进行模糊决策,控制量u由偏差矩阵e和模糊关系矩阵R合成得到，即：u＝e·R；
所述控制量u的反模糊化方法为：根据控制量u对各模糊集的模糊度，在模糊表上进行线性插值直接得到对应的实际变频器频率与标准频率的差值。
本发明所达到的有益效果：
本发明能使光伏电池板表面形成水膜，降低了光伏电池表面温度与减少了光伏电池表面灰尘，提高了光伏电池的发电效率并延长其寿命。利用了模糊控制器与变频水泵，实现了检测与实施一体化，实现装置的自动化。
附图说明
图1是本发明***原理图；
图2是本发明的结构示意图图；
图3是本发明控制算法的流程图；
图4是水泵启停控制的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2示，一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，所述装置包括温度控制单元1-1、循环水单元1-2以及光伏发电单元1-3；所述温度控制单元连接光伏发电单元，光伏发电单元连接循环水单元，循环水单元再与温度控制单元连接。
上述光伏发电单元1-3为一块呈倾斜角度的光伏电池板，所述循环水单元1-2包括储水槽1-2-1、变频水泵1-2-2、多孔管状喷头1-2-3、循环水管1-2-4；
所述多孔管状喷头1-2-3设置在光伏电池板的顶端，多孔管状喷头1-2-3通过多个小孔将水喷洒在光伏电池板上，形成水膜，水膜流动时吸收光伏电池表面的热量并带走灰尘，所述储水槽1-2-1设置在光伏电池板的下方，上述喷洒在光伏电池板上的水由于倾斜设置的光伏电池板流入储水槽1-2-1，所述储水槽1-2-1通过连接变频水泵1-2-2将水送到多孔管状喷头1-2-3，所述变频水泵1-2-2还连接温度控制单元1-1后与光伏电池板连接，所述变频水泵1-2-2通过蓄电池供电。
如图1、图2所示，上述温度控制单元包括温度传感器、单片机、继电器、模糊控制器与变频器；所述温度传感器分别连接光伏电池板和单片机，用于实时监测温度，然后将检测温度发给单片机，所述单片机再分别与继电器和模糊控制器连接，所述继电器与变频水泵1-2-2连接，用于控制变频水泵1-2-2的启闭，所述模糊控制器与变频器连接，用于调节变频器的频率。
上述温度传感器的型号为DS18B20。
上述单片机的型号为AT89S52。
上述模糊控制器通过模糊控制算法调节变频器的功率，，以及对单片机计算出检测温度与设定温度的差值进行决策；
模糊控制算法以检测温度与设定温度T1的差值为观测量e，以实际变频器频率与标准频率的差值为控制量u；
模糊控制算法的观测量被e划分5个模糊集：负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB),e的取值范围为[-a,a]；所述模糊控制算法的控制量被u划分5个模糊集：负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB),u的取值范围为[-f,f]。
模糊控制算法的观测量e的模糊表如下表1。
表1
模糊控制算法的控制量u的模糊表如下表2。
表2
模糊控制算法的模糊规则为：若e负大，则u负大；若e负小，则u负小；若e为零，则u为零；若e正小，则u正小；若e正大，则u正大；求解所述模糊规则，得模糊关系集合R；如表3。
表3
IF NB<sub>e</sub> NS<sub>e</sub> ZO<sub>e</sub> PS<sub>e</sub> PB<sub>e</sub>
THEN NB<sub>u</sub> NS<sub>u</sub> ZO<sub>u</sub> PS<sub>u</sub> PB<sub>u</sub>
使用模糊控制算法进行模糊决策,控制量u由偏差矩阵e和模糊关系矩阵R合成得到，即：u＝e·R；
所述控制量u的反模糊化方法为：根据控制量u对各模糊集的模糊度，在模糊表上进行线性插值直接得到对应的实际变频器频率与标准频率的差值。
工作原理：人为设定两个温度值T1、T2(T1＞T2)，当光伏电池板正常工作时，温度传感器实时监测光伏电池板背面温度，单片机通过IO口实时读取温度T3的数值，当数值高于T2时，继电器闭合使变频水泵1-2-2开始工作。单片机将检测温度T3与设定温度T1的差值发给模糊控制器，模糊控制器通过模糊控制算法进行决策，使用反模糊化后的u值控制变频水泵的频率，进而实现对水流量的模糊控制。
变频水泵1-2-2将储水槽1-2-1中的水输送到架设于光伏电池板最高处的多孔管状喷头。多孔管状喷头1-2-3通过多个小孔将水喷洒在光伏电池板上，形成水膜，水膜流动时吸收光伏电池表面的热量并带走灰尘，最后流入储水槽1-2-1。
当单片机读取的温度数值降至T2时，继电器断开使水泵停止工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，其特征在于：所述装置包括温度控制单元、循环水单元以及光伏发电单元；所述温度控制单元连接光伏发电单元，光伏发电单元连接循环水单元，循环水单元再与温度控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，其特征在于：所述光伏发电单元为一块呈倾斜角度的光伏电池板，所述循环水单元包括储水槽、多孔管状喷头、变频水泵、循环水管；
所述多孔管状喷头设置在光伏电池板的顶端，多孔管状喷头通过多个小孔将水喷洒在光伏电池板上，形成水膜，水膜流动时吸收光伏电池表面的热量并带走灰尘，所述储水槽设置在光伏电池板的下方，上述喷洒在光伏电池板上的水由于倾斜设置的光伏电池板流入储水槽，所述储水槽通过连接变频水泵将水送到多孔管状喷头，所述变频水泵连接温度控制单元后与光伏电池板连接，所述变频水泵通过蓄电池供电。
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，其特征在于：所述温度控制单元包括温度传感器、单片机、继电器、模糊控制器与变频器；所述温度传感器分别连接光伏电池板和单片机，用于实时监测温度，然后将检测温度发给单片机，所述单片机再分别与继电器和模糊控制器连接，所述继电器与变频水泵连接，用于控制变频水泵的启闭，所述模糊控制器与变频器连接，用于调节变频器的频率。
4.根据权利要求3所述的一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，其特征在于：所述温度传感器的型号为DS18B20。
5.根据权利要求3所述的一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，其特征在于：所述单片机的型号为AT89S52。
6.据权利要求3所述的一种基于模糊控制策略的光伏组件水膜控温装置，其特征在于：所述模糊控制器通过模糊控制算法调节变频器的功率以及对单片机计算出检测温度与设定温度的差值进行决策；
模糊控制算法以检测温度与设定温度T1的差值为观测量e，以实际变频器频率与标准频率的差值为控制量u；
模糊控制算法的观测量 e划分为5个模糊集：负大、负小、零、正小、正大，e的取值范围为[-a,a]；所述模糊控制算法的控制量被 u划分5个模糊集：负大、负小、零、正小、正大,u的取值范围为[-f,f]；
模糊控制算法的模糊规则为：若e负大，则u负大；若e负小，则u负小；若e为零，则u为零；若e正小，则u正小；若e正大，则u正大；求解所述模糊规则，得模糊关系集合R；
使用模糊控制算法进行模糊决策,控制量u由偏差矩阵e和模糊关系矩阵R合成得到，即：u=e•R；
所述控制量u的反模糊化方法为：根据控制量u对各模糊集的模糊度，在模糊表上进行线性插值直接得到对应的实际变频器频率与标准频率的差值。
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