一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法，包括：S1计算太阳高度角及太阳方位角；S2基于太阳高度角及所述太阳方位角确定反向光束向量，对光伏板进行遮挡判断；计算光伏板的总辐照度值度值；若判断为光伏板被遮挡或总辐照度值小于第一阈值，认为光伏板处于第二状态，否则，认为光伏板处于第一状态；S3若光伏板处于第一状态，则计算传动调节角度，否则，不调整传动装置；S4若此刻时间在第一时间区间内，则调节屋顶倾角和第一光伏板方位角；若此刻时间落入第二时间区间内，则调节屋顶倾角和第二光伏板方位角。本发明专利技术解决了难以对多块交错界面下的光伏板进行准确的遮挡判断的技术问题，有效提高了光伏转换效率。有效提高了光伏转换效率。有效提高了光伏转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法


[0001]本专利技术涉及控制领域，具体涉及基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源应用的深入，太阳光伏系统的有效转换效率成为关注的重点。光伏板的遮挡与太阳方位朝向指向性是制约转换效率进一步提升的原因之一。通过光伏板实现太阳能利用的应用场景从平坦的非城市地区逐步向城市地区渗透，然而，与非城市地区不同的是，城市难以存在平坦的大面积空旷空间，更多的光伏板被铺设至无大面积水平平面的建筑屋顶或外表面上。现有技术中针对光伏板的遮挡判断主要针对其他可能的建筑类遮挡物进行建模，未能考虑光伏板在多块交错界面的情况下，部分光伏板对其他光伏板的遮挡。此外，也未有现有技术针对同时对可移动的潜在被遮挡光伏板和潜在遮挡光伏板同时进行光线追踪，使得难以对多块交错界面下的光伏板进行准确的遮挡判断。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术存在的难以对多块交错界面下的光伏板进行准确的遮挡判断，进而不能有效发挥最大光伏转换效率的技术问题，本专利技术提出一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法，包括：S1根据当地维度、太阳时角、赤纬角计算太阳高度角及太阳方位角；S2基于所述太阳高度角及所述太阳方位角确定反向光束向量，对光伏板进行遮挡判断；计算光伏板的总辐照度值度值；若判断为光伏板被遮挡或总辐照度值小于第一阈值，则认为光伏板处于第二状态，否则，认为光伏板处于第一状态；所述光伏板包括第一光伏板和第二光伏板；S3若光伏板处于第一状态，则计算传动调节角度，否则，不调整传动装置；S4若此刻时间在第一时间区间内，则调节光伏板倾角和第一光伏板的光伏板方位角；若此刻时间落入第二时间区间内，则调节光伏板倾角和第二光伏板的光伏板方位角；所述遮挡判断基于反向光束向量与遮挡物界面微元所在平面的交点，若所述交点与所述遮挡物界面微元的几何中心的距离小于第一距离阈值，则判断所述遮挡物界面微元遮挡所述光伏板界面微元；遍历所有所述遮挡物界面微元及所有光伏板界面微元，若任意所述遮挡物界面微元遮挡所述光伏板界面微元，则判断所述光伏板界面微元被遮挡，否则，则判断所述光伏板界面微元未被遮挡；若超过第一比例的光伏板界面微元被遮挡，则判断所述光伏板被遮挡；所述遮挡物包括非光伏板遮挡物及光伏板。
[0004]优选的，当真太阳时小于12时，此刻时间光伏板界面微元i的所述反向光束向为：
其中，为光伏板界面微元i的反向光束向量，I
i,x
为光伏板界面微元i的反向光束向量x方向坐标，I
i,y
为光伏板界面微元i的反向光束向量y方向坐标，I
i,z
为光伏板界面微元i的反向光束向量z方向坐标，A为太阳方位角，h为太阳高度角；当真太阳时大于12时，此刻时间光伏板界面微元i的所述反向光束向量为：其中，为光伏板界面微元i的反向光束向量，I
i,x
为光伏板界面微元i的反向光束向量x方向坐标，I
i,y
为光伏板界面微元i的反向光束向量y方向坐标，I
i,z
为光伏板界面微元i的反向光束向量z方向坐标，A为太阳方位角，h为太阳高度角。
[0005]优选的，所述传动调节角度包括调节光伏板倾角及光伏板方位角；光伏板倾角实际调整角度为计算调节光伏板倾角及边界光伏板倾角中的较小值，所述计算调节光伏板倾角的计算方法为：，其中，为计算调节光伏板倾角，h为太阳高度角；光伏板方位角实际调整角度为计算调节光伏板方位角及边界光伏板方位角中的较小值，所述计算调节光伏板方位角的计算方法为：，其中，为计算调节光伏板方位角，A为太阳方位角，t为地方时。
[0006]优选的，所述对光伏板进行遮挡判断为布尔计算，所述布尔计算公式为：其中，Flag
ij
为遮挡判断值，x
ij
为遮挡物界面微元j所在平面与反向光束向量的交点的x方向坐标，x0为遮挡物界面微元的几何中心的x方向坐标，y
ij
为遮挡物界面微元j所在平面与反向光束向量的交点的y方向坐标，y0为遮挡物界面微元的几何中心的y方向坐标，为x方向阈值，为y方向阈值，|为按位或运算。
[0007]优选的，所述对光伏板界面微元i进行遮挡判断还包括：遍历遮挡物所有界面，获得对光伏板界面微元i的遮挡物判断向量；对遮挡物判断向量中的各遮挡判断值进行累乘，若遮挡物判断累乘Flag
i
‑
wall
为1，则光伏板界面微元i没有被遮挡物所有界面遮挡。
[0008]优选的，所述光伏板界面微元i的遮挡判断包括：其中，Flag
i
为光伏板界面微元的i的遮挡判断，Flag
i
‑
wall
为非光伏板源遮挡物判断，Flag
i
‑
roof
为光伏板源遮挡判断。
[0009]优选的，所述总辐照度值度值为所有光伏板微元i的全辐照度值之和的平均值，所述光伏板微元i的全辐照度值的计算公式为：其中，I
global，i
为光伏板微元i的全辐照度值，I
dir，i
为光伏板微元i的直射辐照度值，I
dif，i
为光伏板微元i的散射辐照度值，Flag
i
为光伏板微元i的遮挡判断值，I
dir0
为此刻时间太阳直射辐照强度，为光伏板微元i的太阳入射角，I
dif0
为此刻时间水平面散射辐照强度，SVF
i
为光伏板微元i的天空角系数。
[0010]优选的，所述太阳高度角的计算方法为：其中，h为太阳高度角，为当地纬度；为太阳时角；为赤纬角；所述太阳方位角的计算方法为：其中，A为太阳方位角，h为太阳高度角，为当地纬度；为太阳时角；为赤纬角。
[0011]优选的，所述光伏板倾角通过第一调节机构调节，所述光伏板方位角通过第二调节机构调节，所述第二调节机构与第一调节机构连接至同一支架。
[0012]优选的，所述第一调节机构位于所述支架下部，所述第二调节机构位于所述支架上部。
[0013]本专利技术通过对光伏板及其他建筑的可能存在遮挡的遮挡物进行微元拆分，并基于对每块光伏板微元进行反向光线追踪，有效准确的判断遮挡物对光伏板的遮挡情况，解决了多块交错界面下的光伏板进行准确的遮挡判断的技术问题。上述方案解决了光伏板应用场景的局限性，使得光伏板可以在多种建筑物顶端设置，而不局限于平面的屋顶结构或地面，使得在多种角度的建筑物顶端设置时，均可以有效进行遮挡判断，提升光伏板的转换效率，该方案有效的判断流程，可避免不必要的转动，进一步降低能量损耗和控制复杂性。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法，其特征在于，包括：S1根据当地维度、太阳时角、赤纬角计算太阳高度角及太阳方位角；S2基于所述太阳高度角及所述太阳方位角确定反向光束向量，对光伏板进行遮挡判断；计算光伏板的总辐照度值度值；若判断为光伏板被遮挡或总辐照度值小于第一阈值，则认为光伏板处于第二状态，否则，认为光伏板处于第一状态；所述光伏板包括第一光伏板和第二光伏板；S3若光伏板处于第一状态，则计算传动调节角度，否则，不调整传动装置；S4若此刻时间落入第一时间区间内，则调节光伏板倾角和第一光伏板的光伏板方位角；若此刻时间落入第二时间区间内，则调节光伏板倾角和第二光伏板的光伏板方位角；所述遮挡判断基于反向光束向量与遮挡物界面微元所在平面的交点，若所述交点与所述遮挡物界面微元的几何中心的距离小于第一距离阈值，则判断所述遮挡物界面微元遮挡所述光伏板界面微元；遍历所有所述遮挡物界面微元及所有光伏板界面微元，若任意所述遮挡物界面微元遮挡所述光伏板界面微元，则判断所述光伏板界面微元被遮挡，否则，则判断所述光伏板界面微元未被遮挡；若超过第一比例的光伏板界面微元被遮挡，则判断所述光伏板被遮挡；遮挡物包括非光伏板遮挡物及光伏板。2.根据权利要求1所述的基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法，其特征在于，当真太阳时小于12时，此刻时间光伏板界面微元i的所述反向光束向为：其中，为光伏板界面微元i的反向光束向量，I
i,x
为光伏板界面微元i的反向光束向量x方向坐标，I
i,y
为光伏板界面微元i的反向光束向量y方向坐标，I
i,z
为光伏板界面微元i的反向光束向量z方向坐标，A为太阳方位角，h为太阳高度角；当真太阳时大于12时，此刻时间光伏板界面微元i的所述反向光束向量为：其中，为光伏板界面微元i的反向光束向量，I
i,x
为光伏板界面微元i的反向光束向量x方向坐标，I
i,y
为光伏板界面微元i的反向光束向量y方向坐标，I
i,z
为光伏板界面微元i的反向光束向量z方向坐标，A为太阳方位角，h为太阳高度角。3.根据权利要求1所述的基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法，其特征在于，所述传动调节角度包括调节光伏板倾角及光伏板方位角；光伏板倾角实际调整角度为计算调节光伏板倾角及边界光伏板倾角中的较小值，所述
计算调节光伏板倾角的计算方法为：，其中，为计算调节光伏板倾角，h为太阳高度角；光伏板方位角实际调整角度为计算调节光伏板方位角及边界光伏板方位角中的较小值，所述计算调节光伏板方位角的计算方法为：，其中，为计算调节光伏板方位角，A为太阳方位角，t为地方时。4.根据权利要求1所述的基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法，其特征在于，所述对光伏板进行遮挡判断为布尔计算，所述布尔计算公...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢浩威，杨毅，胡亦奇，
申请(专利权)人：浙江大学建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：