CN112292812A - 用于检测太阳能***的阴影的方法和*** - Google Patents

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Abstract

一种太阳能******，其包含***设备以及***控制器，所述***设备包含多个太阳能模块，所述太阳能模块中的每一个在空间上被配置成在从太阳导出的电磁辐射的入射方向上在太阳上位置以法线方式面对，其中所述太阳能模块包含多个PV串。所述***控制器包含：处理器；存储器；电源，其被配置成将电力提供到所述***控制器；多个电力输入，其被配置成接收来自所述多个PV串的多个电流；电流感测单元，其被配置成个别地监测所述多个电流；DC‑DC电力转换器，其被配置成接收由所述多个PV串供电的所述多个电力输入以将电力供应到所述电源；以及电动机控制器，其中所述***控制器被配置成跟踪太阳位置。

Description

用于检测太阳能***的阴影的方法和***
技术领域
本公开大体上涉及用于太阳能面板的***和控制算法。更具体地说，本公开涉及太阳能***，并且更具体地说，涉及用于确定太阳能模块阴影的自供电式太阳能跟踪***以及控制***和算法。
背景技术
已经开发了在双源和多源电力***中的多个解决方案电源控制。在太阳能***情境中，且具体地说，在自供电式太阳能***情境中，如2016年12月15日提交的题为“自供电式太阳能***设备(Self Powered Solar Tracker Apparatus)”的共同拥有的第2016/0308488号美国专利公开案中所描述，已开发了某些控制***。这些控制***中的一个确定待施加到驱动电动机的电力的来源，所述驱动电动机跟随太阳驱动太阳能***，以便确保太阳能面板被定位以用于生产最大能量。可使用的一个来源是由太阳能模块产生的电力。通常，此太阳能模块仅被特定地分配用于产生电力以驱动电动机。单个面板，甚至相对较小的面板，通常足以驱动电动机，这可能仅需要每天约15W(通常每天约10W至25W之间)来驱动太阳能***。部分地，此极小的负载证明了太阳能***自身与高精度工程设计的平衡，所述高精度工程设计通过平衡和减小***内的摩擦力而显著减小了机械负载。
尽管太阳能面板已经成功地用于某些应用，但仍存在局限性。通常，由于太阳通常处于对于太阳能电池接收太阳能不是最优的角度的事实，太阳能面板不能够最大限度地转换能量。在过去，已经开发了各种类型的常规的太阳能跟踪机制。遗憾的是，常规的太阳能跟踪技术通常不充分。在整个本说明书中描述了这些和其它限制，并且可在下文中更详细地描述这些和其它限制。
尽管已开发了用于太阳能跟踪的***，但始终需要改进的且更有效的***。
发明内容
本公开涉及一种太阳能******。太阳能******包含***设备，所述***设备包含多个太阳能模块，所述太阳能模块中的每一个在空间上被配置成在从太阳导出的电磁辐射的入射方向上在太阳上位置以法线方式面对。所述太阳能模块包含多个PV串和***控制器。所述***控制器包含：处理器；存储器，其具有存储于其上的指令；电源，其被配置成将电力提供到所述***控制器；多个电力输入，其被配置成接收来自所述多个PV串的多个电流；电流感测单元，其被配置成个别地监测所述多个电流；DC-DC电力转换器，其被配置成接收由所述多个PV串供电的所述多个电力输入以将电力供应到所述电源；以及电动机控制器；其中所述***控制器被配置成跟踪太阳位置。
根据本公开的一个方面，跟踪包含从多个PV串读取多个电流，且基于来自每一PV串的多个电流确定多个太阳能模块的任何部分是否有阴影。根据本公开的另一个方面，跟踪是基于确定多个太阳能模块的任何部分是否有阴影。根据本公开的又一方面，一年中的时节、地形和多个太阳位置中的至少一个存储于存储器中。
根据本公开的另一方面，处理器执行学习算法以基于所存储的一年中的时节和所存储的多个当前太阳位置确定在特定日的特定小时内的阴影会是什么样子。根据本公开的又一方面，控制器基于来自学习算法的预测而跟踪太阳。根据本公开的另一方面，阴影包含南-北阴影。根据本公开的又一方面，阴影包含东-西阴影。另外或替代地，所述方法可进一步包含确定最大输出功率与确定是否有任何部分有阴影之间的优先级。
本公开的一方面提供一种用于太阳能***控制的方法。所述方法包含：从多个光伏(PV)串产生多个电流；将所述多个电流传送到***控制器；个别地测量所述多个电流；测量PV倾斜角；基于所述多个电流，通过使用机器学习，确定所述PV串的任何部分是否有阴影，其中所述PV串的倾斜角基于所述确定而改变。
根据本公开的一方面，一年中的时节、地形和多个太阳位置存储于存储器中。根据本公开的另一方面，所述确定包含使用机器学习算法。根据本公开的另一方面，机器学习算法使用所存储的一年中的时节、地形和多个太阳位置中的至少一个作为学习数据来事先预测PV串的什么部分可能有阴影。根据本公开的又一方面，控制器基于来自学习算法的预测而跟踪太阳。
根据本公开的另一方面，PV串的倾斜角基于检测到最大输出功率而进一步改变。另外或替代地，所述方法可进一步包含确定最大输出功率与确定是否有任何部分有阴影之间的优先级。根据本公开的另一方面，阴影包含南-北阴影。根据本公开的又一方面，阴影包含东-西阴影。
附图说明
下文中参考图式描述本公开的各种方面，图式并入本说明书中并构成本说明书的一部分，在图式中：
图1描绘根据本公开的太阳能******；
图2描绘根据本公开的太阳能***的驱动机制的详细视图；
图3描绘根据本公开的***电平串组合和监测的示意图；
图4描绘根据本公开的用于太阳能***的控制***的示意图；
图5描绘根据本公开的用于太阳能***的***控制器的示意图；以及
图6描绘根据本公开的用于控制算法的逻辑流程。
具体实施方式
本公开涉及用于太阳能***控制的***和方法。尽管本文中大体上在利用光伏(太阳能)面板和电池两者来提供能量以驱动旋转***组件的电动机的太阳能跟踪设备的情形下描述，但本文中所描述的***、示意图和算法是在太阳能转换成电能的任何情况下。具体地说，本公开的***和算法在存在表面区域的一部分有阴影的太阳能***的情况下是有用的。本公开的另一情形是在连接到大电力网且可与大电池组相关联的太阳能农场的区域中，所述大电池组可用于在太阳能面板不能够满足需求时将电力提供到电网。于2017年3月31日提交的题为“标准能量存储容器平台(Standard energy storagecontainer platform)”的共同拥有的第2017/0288184号美国专利公开案且教示一种电池容器，且题为“用于标准能量存储封闭平台的直流电池串集合器(Direct Current BatteryString Aggregator for Standard Energy Storage Enclosure Platform)”的第15/872,071号美国专利申请教示一种用于将电池和光伏***连接到能量网的控制器和***。两个参考文献都以引用的方式并入本文中。
图1描绘通常作为较大阵列的部分部署的太阳能******10。每一***10包含多个光伏面板12(太阳能面板)。电动机14驱动轴杆15，太阳能面板12附接到所述轴杆。通过驱动轴杆14，太阳能面板12维持在与太阳适当的角度处以确保产生最大电力。轴杆15悬置在电动机14与摆动或旋转座架16之间。电动机14和旋转座架16两者都被支撑在柱子18上。
图2描绘靠近电动机14的******10的区域。******10位于接近于电动机14处且由轴杆15支撑。从轴杆15的下侧悬置或安装到柱子18的是箱体22。箱体22容纳例如锂离子(Li-ion)电池等电池24以及控制器26。控制器26将关于是否驱动轴杆15和驱动轴杆15多远的输入提供到电动机14以使面板12能够跟踪太阳，并且所述控制器26与太阳能面板12角度一起移动。
图3描绘根据本公开的***电平串组合和监测的示意图。在较大PV阵列中，图1的个别太阳能面板12串联连接(例如，正极到负极)。太阳能面板12的这种串联连接被称为PV串20。电力从每一串20个别地电传送到控制器26。因此，可监测PV串20中的每一个的个别电流。例如，此监测还可用于过流防护、太阳能面板12维护、供跟踪算法增加PV装备产量，和/或除东-西阴影外还进行南-北阴影的检测。控制器26接着可将电力总和作为单对DC电缆输出到逆变器或输出到下一电平组合。
可在图4和图5中看到控制器26的实例。控制器26包含容纳通信模块30(例如，Zigbee、Wi-fi、
Figure BDA0002782827510000041
等)、倾角仪32和主控制器(MCU)34的控制区域28。主控制器34与将电力提供到控制器26的电源36通信，且与控制电动机14的驱动的电动机驱动控制器40通信。如图4中所描绘，PV串20将电力提供到电源36，所述电源36在主控制器34的判断下要么被引导到电池24以用于充电，要么被引导到升压转换器38以应用到电动机14以实际上致使电动机14被驱动，和/或要么被引导到逆变器。主控制器34还可基于来自PV串20的输入而确定正供应的能量是否不足以驱动电动机14，且可致使为此利用倾斜度24中的所存储的能量。通过电流感测电路44检测来自个别PV串20中的每一个的电力。电流感测电路44测量每一PV串20的个别电流。将此测得的电流馈送到MCU 34中，所述MCU 34可运行用于优化由******10产生的电力的***控制算法。
图6描绘根据本公开的用于控制算法600的逻辑流程。在一个实施例中，PV串20中的每一个产生电流。(框602)将个别PV串20电流中的每一个传送到MCU 34。(框604)MCU 34利用图5的电流感测电路来个别地测量多个电流。(框606)倾角仪32检测和测量PV倾斜角且将此角度传送到MCU 34。(框608)MCU 34可使用机器学习算法来基于多个电流而确定PV串的任何部分是否有阴影。(框610)对每个PV串20电流的监测将允许MCU 34检测东-西阴影和南-北阴影两者。
对于训练输入，机器语言算法可使用例如太阳能******10的地理位置、一年中的那天那时天空中的典型太阳位置和强度，以及那个位置和一年中的那时的典型天气。机器学***方、均值和支持向量回归，以及其它数据科学和人造科学技术。取决于确定PV串的哪一部分有阴影，通过命令图4的电动机驱动40致动电动机14来改变PV串的倾斜角。(框612)因此允许MCU 34检测是否有任何部分有阴影且相应地改变跟踪。MCU 34还可确定PV串20中的任一个是否有故障且停用该PV串20。
尽管已经在图式中示出了本公开的几个实施例，但是不希望将本公开限制于此，因为希望使本公开的范围与本领域所允许的一样宽，并且同样地阅读说明书。也可以设想上述实施例的任何组合，并且上述实施例的任何组合在所附权利要求书的范围内。因此，上文的描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为特定实施例的范例。所属领域的技术人员将能设想在所附权利要求书的范围内的其它修改。

Claims (18)

1.一种太阳能******，其包括：
***设备，其包含多个太阳能模块，所述太阳能模块中的每一个在空间上被配置成在从太阳导出的电磁辐射的入射方向上在太阳上位置以法线方式面对；其中所述太阳能模块包含多个PV串；以及
***控制器，其包含：
处理器；
存储器，其具有存储于其上的指令；
电源，其被配置成将电力提供到所述***控制器；
多个电力输入，其被配置成接收来自所述多个PV串的多个电流；
电流感测单元，其被配置成个别地监测所述多个电流；
DC-DC电力转换器，其被配置成接收由所述多个PV串供电的所述多个电力输入以将电力供应到所述电源；以及
电动机控制器；
其中所述***控制器被配置成跟踪所述太阳位置。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述跟踪包含：
从所述多个PV串读取所述多个电流；以及
基于来自每一PV串的所述多个电流确定所述多个太阳能模块的任何部分是否有阴影。
3.根据权利要求2所述的***，其中所述跟踪是基于所述确定所述多个太阳能模块的任何部分是否有阴影。
4.根据权利要求3所述的***，其中一年中的时节、地形和多个太阳位置中的至少一个存储于所述存储器中。
5.根据权利要求4所述的***，其中所述处理器执行学习算法以基于所述所存储的一年中的时节和所述所存储的多个太阳位置确定在特定日的特定小时内的阴影会是什么样子。
6.根据权利要求4所述的***，其中所述控制器基于来自所述学习算法的预测而跟踪太阳。
7.根据权利要求3所述的***，其中所述阴影包含南-北阴影。
8.根据权利要求3所述的***，其中所述阴影包含东-西阴影。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括确定最大输出电力与所述确定是否有任何部分有阴影之间的优先级。
10.一种用于太阳能***控制的方法，其包括：
从多个光伏PV串产生多个电流；
将所述多个电流传送到***控制器；
个别地测量所述多个电流；
测量PV倾斜角；
基于所述多个电流确定所述PV串的任何部分是否有阴影；
其中所述PV串的所述倾斜角基于所述确定而改变。
11.根据权利要求10所述的方法，其中一年中的时节、地形和多个太阳位置存储于存储器中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述确定包含使用机器学习算法。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述机器学习算法使用所述所存储的一年中的时节、地形和多个太阳位置中的至少一个作为学习数据来事先预测所述PV串的什么部分可能有阴影。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制器基于来自所述学习算法的预测而跟踪太阳。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述PV串的所述倾斜角基于检测到最大输出功率而进一步改变。
16.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括确定最大输出功率与所述确定是否有任何部分有阴影之间的优先级。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述阴影包含南-北阴影。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述阴影包含东-西阴影。
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