跟踪式光伏设备的阵列式排布方法技术

本发明专利技术公开了一种跟踪式光伏设备的阵列式排布方法，其步骤包括：(1)建立跟踪式光伏设备的三维模型；(2)建立旋转变换模型；(3)确定光伏面板的复合旋转变换模型；(4)选取阴影计算关键点；(5)计算关键点的阴影坐标；(6)绘制关键点全年的阴影位置轨迹线，计算相邻光伏设备的排布间距；(7)给出光伏设备的阵列式排布结果。本发明专利技术考虑到跟踪式光伏设备的阴影计算复杂性，构造了太阳照射下的阴影变换矩阵模型，测算并绘制出跟踪式光伏设备关键点的全年阴影轨迹线，根据轨迹线计算光伏设备的阵列式排布参数，获取相邻光伏设备间无阴影遮挡下的最小排布间距，减少光伏电站建设的土地占用面积及建设耗材，提高光伏电站的装机容量和发电效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，其步骤包括：(1)建立跟踪式光伏设备的三维模型；(2)建立旋转变换模型；(3)确定光伏面板的复合旋转变换模型；(4)选取阴影计算关键点；(5)计算关键点的阴影坐标；(6)绘制关键点全年的阴影位置轨迹线，计算相邻光伏设备的排布间距；(7)给出光伏设备的阵列式排布结果。本专利技术考虑到跟踪式光伏设备的阴影计算复杂性，构造了太阳照射下的阴影变换矩阵模型，测算并绘制出跟踪式光伏设备关键点的全年阴影轨迹线，根据轨迹线计算光伏设备的阵列式排布参数，获取相邻光伏设备间无阴影遮挡下的最小排布间距，减少光伏电站建设的土地占用面积及建设耗材，提高光伏电站的装机容量和发电效率。【专利说明】
本专利技术公开了 一种光伏电站建设领域的光伏设备排布方法，具体涉及一种对光伏电站建设过程中的跟踪式光伏设备进行阵列式排布的方法。
技术介绍
在光伏电站的建设过程中，合理排布光伏发电设备是一项重要的设计任务，它将决定光伏电站的装机容量、建设耗材及土地占用面积。影响光伏发电设备排布方案的重要因素是光伏设备间的阴影遮挡，它会造成光伏设备电能转化效率的降低。而简单增大光伏设备间的排布间距虽可以避免阴影遮挡，但会增加光伏电站建设用地和耗材用量，减小装机容量。因此，在避免相互遮挡的前提下，寻找合理的光伏设备排布方案是本专利技术的核心。对于固定式光伏设备，李杰慧、刘祖明等人在文献“李杰慧，刘祖明，李景天.固定式独立光伏系统中光伏方阵设计.华电技术.2012, 34 (SI):89-95.”中对李杰慧等人提出的方法进行了扩展，通过计算每排光伏面板方阵的投影面积与该方阵的面积之比作为影子系数，这样使得方阵的排布间距只与方阵所在地的纬度、方阵的安置倾角相关，在此基础上他们还制作了影子系数查找表，来简化计算过程。该方法使用方便，但仍然依赖于李杰慧等人所提出的设计理念，限制条件较多。吴永忠在文献“吴永忠，邹立君.光伏电站太阳能电池阵列间距的计算.新能源及工艺.2011，1:39-40.”中提出了以太阳影子倍率法计算光伏设备的阵列间距，该方法是对李杰慧等人提出方法的进一步简化，其实质是以水平面上立杆的南北方向影子长度与立杆的高度之比作为影子倍率，然后将南北方向前后排光伏设备的边沿高度差与影子倍率相乘获得光伏阵列的排布间距。针对跟踪式光伏设备的排布方法目前还极少见诸报道。2011年李军公开了一种斜单轴跟踪式光伏设备的排布方法，见“李军.影子计算方法”，其基本思想是对固定式光伏设备的排布方法进行改进，先寻找特定时刻相邻光伏设备中光伏面板之间的高度差，再利用影子系数计算光伏面板在东西方向和南北方向的阴影长度，最后附加光伏面板自身的投影长度作为相邻设备之间的排布间距。该方法没有对光伏面板的全年阴影变化情况进行分析，简单地将光伏面板的长和宽作为寻找高度差的依据进行光伏阵列排布的计算，其设计结果粗糙，单台设备占地面积较大，导致一定建设用地上的装机容量过小。综上所述，光伏设备的现有排布方法绝大多数针对固定式光伏设备，均采用冬至日上午9时的阴影长度作为阵列排布的依据。仅有李军提出了一种斜单轴跟踪式光伏设备的排布方法，能够计算出多台跟踪式设备阵列排布所需的间距，但它没有分析设备阴影的全年变化情况，估算结果粗糙，得出的排布间距过大，降低了单位用地面积下的装机容量。
技术实现思路
本专利技术针对光伏电站建设时光伏设备的阵列式合理排布问题，提出了一种。该方法可以对跟踪式光伏设备全年的阴影变化情况进行仿真模拟，从而给出相邻光伏设备间东西和南北方向的最小间距测算方法，确定跟踪式光伏设备的排布方案，该方案能够保证光伏设备在跟踪运行时段内互不遮挡，且排布间距最小。—种，包括以下步骤:步骤一，建立跟踪式光伏设备的三维模型:在三维建模环境下，定义XYZ空间直角坐标系，其中X轴正向为正东，Z轴正向为正南，由X轴和Z轴确定的平面与地面平行，Y轴垂直于X轴与Z轴，将坐标系的原点定义为光伏面板的支点，建立跟踪式光伏设备的三维模型；步骤二，建立旋转变换矩阵模型:采用如下旋转变换矩阵，其中θ为旋转参数角，Rx、RY、Rz分别为光伏面板绕X、Y、Z轴的旋转变换矩阵；【权利要求】1.一种，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，建立跟踪式光伏设备的三维模型:在三维建模环境下，定义XYZ空间直角坐标系，其中X轴正向为正东，Z轴正向为正南，由X轴和Z轴确定的平面与地面平行，Y轴垂直于X轴与Z轴，将坐标系的原点定义为光伏面板的支点，建立跟踪式光伏设备的三维模型； 步骤二，建立旋转变换模型:采用如下旋转变换矩阵，其中Θ为旋转参数角，Rx、RY、Rz分别为光伏面板绕X、Y、Z轴的旋转变换矩阵； 2.如权利要求1所述的，其特征在于，步骤三中所述的光伏设备跟踪方式包括: ①东西方向平单轴跟踪，即光伏面板绕Z轴转动，设太阳时角为ω，此时Rz中的Θ为太阳时角，即Θ = ?，则有R = Rz; ②南北方向平单轴跟踪，即光伏面板绕X轴转动，设太阳高度角为α，此时Rx中的Θ为太阳闻度角，即θ = α，则有R = Rx; ③斜单轴式跟踪，即光伏面板先绕X轴转动到一个固定角度μ，再绕Z轴转动，此时Rx中的θ = μ，Rz中的θ = ω，则有R = Rz.Rx ; ④双轴式跟踪，即光伏面板绕Y轴旋转的同时也绕X轴旋转，设太阳方位角为β，此时Rx 中的 θ = a，Ry 中的 θ = β，则有 R = Ry.Rx。3.如权利要求1所述的，其特征在于，所述的三维建模环境为OpenGL环境。【文档编号】G06F17/50GK103823927SQ201410049072【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日 【专利技术者】孔月萍, 代冰辉, 许启明, 景红梅, 雷红涛, 路婷婷, 李欢东 申请人:西安建筑科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跟踪式光伏设备的阵列式排布方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立跟踪式光伏设备的三维模型：在三维建模环境下，定义XYZ空间直角坐标系，其中X轴正向为正东，Z轴正向为正南，由X轴和Z轴确定的平面与地面平行，Y轴垂直于X轴与Z轴，将坐标系的原点定义为光伏面板的支点，建立跟踪式光伏设备的三维模型；步骤二，建立旋转变换模型：采用如下旋转变换矩阵，其中θ为旋转参数角，RX、RY、RZ分别为光伏面板绕X、Y、Z轴的旋转变换矩阵；RX=10000cosθsinθ00-sinθcosθ00001,]]>RY=cosθ0-sinθ00100sinθ0cosθ00001,]]>RZ=cosθsinθ00-sinθcosθ0000100001]]>步骤三，确定光伏面板的复合旋转变换模型：根据光伏设备的跟踪方式，确定光伏面板的旋转方向，进而确定光伏面板的复合旋转变换矩阵R，R为RX、RY、RZ中一种或一种以上的组合；步骤四，选取阴影计算的关键点：选择光伏面板的所有边界角点作为阴影计算的关键点，记为V(Vx,Vy,Vz)；步骤五，计算关键点的阴影坐标，具体如下：步骤S50，根据太阳的高度角和方位角，计算太阳的方向向量：设太阳高度角为α，方位角为β，其计算方法如下式，其中为光伏电站所在地的纬度，δ和ω分别为太阳赤纬角和时角；记太阳的方向向量为S＝[Sx,Sy,Sz]，则有：Sx=cosα·sinβSy=sinαSz=cosα·cosβ]]>步骤S51，利用点法式构造地平面方程：地平面的点法式方程如下式，其中N=[Nx,Ny,Nz]为地平面的法向量，x,y,z为方程参数，Nw为常数项；Nx×x+Ny×y+Nz×z+Nw=0步骤S52，构造关键点与其阴影点间的计算关系式：根据太阳的方向向量S和地平面的法向量N构造关键点在地面上的投影变换矩阵M；M=NySy+NzSz-NySx-NzSx-NwSx-NxSyNxSx+NzSz-NzSy-NwSy-NxSz-NySzNxSx+NySy-NwSz000NxSx+NySy+NzSz]]>由投影变换矩阵M和复合旋转变换矩阵R，可得关键点V(Vx,Vy,Vz)与其在地面上的阴影点V'(Vx',Vy',Vz')间的计算关系式为V'＝M·R·V；步骤六，绘制关键点全年的阴影位置轨迹线，计算相邻光伏设备的间距，具体如下：步骤S60，绘制阴影位置轨迹线：在三维建模环境下，按照光伏设备的跟踪运行起始时刻，根据关系式V'＝M·R·V计算单台光伏面板上所有关键点的阴影坐标，绘制出每一个关键点全年的阴影位置轨迹线；步骤S61，计算相邻光伏设备的东西方向最小间距：设单台光伏面板最东侧阴影轨迹线与最西侧阴影轨迹线分别为fE(z)与fW(z)，记fE(z)上任意两点的坐标为(xE1,zE1)和(xE2,zE2)，fW(z)上任意两点的坐标为(xW1,zW1)和(xW2,zW2)，则有：fE(z)=xE2-xE1zE2-zE1(z-zE1)+xE1]]>fW(z)=xW2-xW1zW2-zW1(z-zW1)+xW1]]>当fE(z)和fW(z)中的z取值相同时，可得东西方向相邻光伏设备的最小间距：dEW＝fE(z)‑fW(z)步骤S62，计算相邻光伏设备南北方向的最小间距：设单台光伏面板上所有关键点阴影轨迹线中，最南端端点与最北端端点的Z轴坐标分别为zS和zN，则南北方向相邻光伏设备的最小间距为：dNS＝zS‑zN步骤七，给出光伏设备的阵列式排布结果：以相邻光伏设备间东西方向的最小间距dEW和南北方向的最小间距dNS，结合光伏电站的建设场地形状和尺寸对光伏设备进行阵列式排布。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔月萍，代冰辉，许启明，景红梅，雷红涛，路婷婷，李欢东，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61