用于提高双面太阳能面板模块中的能量生产的方法技术

本发明专利技术涉及考虑单轴太阳能追踪器上的双面PV模块的定位角度的估计的移动太阳能面板并由太阳能追踪控制器控制的电太阳能追踪器，其中所产生的电能通过过程来最大化，该过程根据每个太阳能角度模块的定向角度来量化正面和背面的照射变化，然后决定发电站的所有太阳能追踪器的电能生产的最佳位置。电能的生产可以通过包括反照率修改装置来被进一步优化。本文还提供了一种用于提高具有正侧和背侧的双面太阳能面板模块中的能量生产的装置。面太阳能面板模块中的能量生产的装置。面太阳能面板模块中的能量生产的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高双面太阳能面板模块中的能量生产的方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源领域，尤其涉及太阳能。
[0002]本专利技术的目的针对管理和控制利用双面太阳能板提供的单轴太阳能追踪器组。

技术介绍

[0003]双面模块从面板(也称为双侧面板)的两侧产生太阳能。然而，传统的不透明背面的薄板是“单面”的，双面模块暴露太阳能电池的正侧和背侧。当双面模块被安装在高反射表面(如白色TPO屋顶或具有浅色石头的地面上)时，一些双面模块的制造商声称仅从背部产生的额外功率就可使产量增加高达30％。
[0004]根据安装，通常认为双面模块倾斜得越高，其双面属性产生的功率就越大。与屋顶齐平安装的双面模块阻挡任何反射光到达电池背侧。这就是为什么双面模块在平坦的商业屋顶和地面安装的阵列上表现更好的原因，因为有更多的空间用于倾斜和反弹反射光到模块的背部。
[0005]随着一系列前沿领域的更为激烈的研究和开发和新设计，追踪器上的双面太阳能板的不断增长的全球市场正在扩大。双面板系统的更复杂的要求导致为客户促进了两位数产量的早期应用回报。因此，在接下来的几年中，预计双面系统的比例将迅速增加。双面追踪器设计由于成本效益将越来越被接受的一个基本原因是，需要更少的DC设备来提供与单轴追踪器或固定倾斜系统相同的能量产量。使用较少的设备来产生相等或更高的产量，提供了双面追踪器系统的高达5％的总效率。
[0006]双面板优化的正在进行的行业研究和现场测试表明，无论是固定倾斜的还是支持追踪器的，提高性能中的变量数量都基本上高于简单的单面太阳能系统。关键因素包括影响反照率或地面反射光的因素，这已经被证明可以使产量提高15
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20％或更多。因此，该行业正面临至少一个关键问题：定位与双面模块相关联的太阳能追踪器，以便使用面板的两侧来最大化能量生产，即最大化背侧的发电量，但这也最大化了地面上的阴影，使以反射辐射形式到达模块背部的能量被最小化。
[0007]US10289757B2公开了用于太阳能光伏阵列设计的自动优化、定制或生产方法，涉及光伏阵列中的一个或更多个或所有部件，其中，产品包括系统设计、生产图、许可和构造图、机械和电系统的布局、材料清单和此类光伏阵列的财务回报分析。
[0008]WO2007047048A2公开了太阳能供电的光伏模块阵列被最佳地定向和操作，以提供更多的电能以供使用，诸如为用于制氢的电解系统供电。当连续测量的太阳能辐照度指示合适的阳光时，阵列被定位为阵列的光接收表面处于最佳角，优选地是由双轴太阳能追踪确定的连续变化的角度，并且当测量的太阳能辐照度指示过量的大气云量时，阵列被定位于水平位置。
[0009]现有算法仅优化由面板正侧捕获的能量，并基于追踪基于需要长学习过程的经验方法的算法，或追踪基于测量的方法的算法。本领域已知的那些方法可以呈现由于测量不准确或辐射条件的快速变化而引起的不稳定行为。
[0010]大多数太阳能追踪器制造商似乎都选择天文追踪，即保持太阳能模块定向于太阳，就像它是一个单面模块一样。CN108347221公开了一种双侧光伏电池板追踪控制方法和系统，该方法和系统具有3D正侧和背侧照射建模，结合了取决于背侧照射测量的不同操作模式。其中公开的方法包括：检测光伏发电区域以获得光伏发电区域的地形特征数据、表面光反射特征数据和发电区域照射数据；基于地形特征数据、表面光反射特征数据和预设的光伏发电站布局构建3D光伏模拟图；根据3D光伏模拟图、发电区域照射数据、光伏发电站系统参数、双侧光伏电池背板照射数据，创建背面照射反射模型；以及根据与当前天气类型相对应的追踪模式，结合背面照射反射模型和从双侧光伏面板收集的正面照射数据，控制双侧光伏板以执行光伏追踪。
[0011]EP3400647公开了一种用于控制太阳能模块定向的方法，该太阳能模块包括：关于旋转轴定向的单轴太阳能追踪器，以及由所述追踪器支撑并具有上光活性面和下光活性面的光伏设备，所述方法包括以下步骤：测量由来自空中的入射太阳能辐射生成的所谓入射太阳能辐照度在上表面上的分布，所述分布是根据多个仰角建立的；测量由与太阳能辐射在地面上的反射相对应的反照率太阳能辐射生成的所谓的反射太阳能辐照度在下表面上的分布，所述分布是根据多个仰角建立的；考虑到所述入射和反射太阳能辐照度的分布的测量，确定最佳定向；以及根据所述最佳定向来控制模块的定向。
[0012]为了改善光伏模块的生成的能量，通常的做法是使用通过倾斜面板以面向太阳的追踪系统来调整倾斜角，以最大程度地吸收太阳能照射。
[0013]CN110147123A提供了一种光伏模块追踪系统及其控制器和角度控制方法，以改善光伏模块的效率。在CN110147123A中，根据当前水平的总照射量确定天气条件，然后相应地确定散射模型。根据散射模型和预设的直接投射模型以及反射模型，在接收的照射水平下，以不同的角度计算待追踪的光伏模块，当确定照射水平最大时，相应的倾斜角为最佳倾斜角。用于控制光伏模块追踪系统的电机旋转使得光伏模块被追踪以达到所述最佳倾斜角。
[0014]CN110568865A公开了一种用于追踪双侧部件的角度的智能优化方法和智能追踪系统，其中根据晴朗天气指数η确定天气模式，如果天气模式是多云模式，光伏部件的追踪角A等于0度加上最佳旋转角α；如果光伏模块处于多云模式中，光伏模块的追踪角A等于传统的天文角Ac+最佳旋转角α；如果模式是晴天模式，光伏模块的追踪角A等于传统的天文角Ac+最佳旋转角α。该方法针对仅考虑正面照射的传统天文追踪算法，考虑双侧光伏模块的正侧和背侧的发电特征，建立由双侧模型接收的总照射模型，根据不同的安装条件和气象条件计算理论追踪最佳角，并改善双侧模块的发电能力。
[0015]CN110147123A或CN110568865A都没有解决具有与太阳波长不同的波长的有色土壤上的PV模块的双面能量优化。CN110147123A和CN110568865A都没有涉及计算适用于所有追踪器的最佳角的模型，本领域技术人员都是这样做的。也就是说，它们仅涉及一个最佳角。例如，其中所解释的方法不适用于不规则的地形，也不适用于引入反照率增强反射材料且具有特定几何构造的太阳能发电站。
[0016]此外，已知的方法不考虑任何模块效率因素；因此，考虑了正侧和背侧之间的差异，使得已知方法对于具有双面系数为0.6或0.7的商用模块是无效的。
[0017]还期望有一种解决方案，它不基于仅以三个离散天气类型间隔(阴天、多云和晴朗)为基础的一个预设值，且可以在所有类型的气候和天气条件下运行。

技术实现思路

[0018]不同于最大化照射的方法，本专利技术的方法考虑了光伏电池的技术、模块所使用的太阳光谱和模块的双面系数，使其适用于所有模块技术，以比上述方法更高的精度优化产生的电能；由于本专利技术的目的是针对一种方法，该方法考虑了由环境条件或人类活动(诸如雨、雪、割草等)产生的特定土壤条件中的变化，优化模块产生的能量水平，该模块的精度水平类似于基于直接从带中获取的测量而不需要发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提高布置在太阳能发电站中的双面太阳能面板的能量生产的方法，其特征在于，所述方法包括在当前时间(h0)：i、基于从所述当前时间(h0)到第二天的初始时间(h0+24)的天气预测数据，计算定向角(β)中的直接照射与漫射照射之间的关系(DR)；ii、根据直到所述第二天的初始时间(h0+24)的在太阳定向平面中的直接照射和漫射照射之间的关系以及不同波长的土壤反射率(Rf)，对于包括定向角(β)值周围的偏差角(ε)值的范围，考虑从土壤反射的照射的光谱响应，估计双面比率(BR)，其中所述双面太阳能面板的正面定向于太阳；iii、从所述当前时间(h0)到所述第二天的初始时间(h0+24)，考虑所述太阳能面板在正面和背面的每一面的光谱响应，评估所述太阳能面板能够用于产生电能的有效能量(Pff)，所述有效能量(Pff)为相对于定向角(β)的偏差角(ε)的函数；iv、从所述当前时间(h0)到所述第二天的初始时间(h0+24)，根据定向角值(β)确定所述偏差角(ε)，所述偏差角(ε)最大化由模块用于产生步骤iii中计算的电能的有效能量；v、针对所述第二天的初始时间(h0+24)之前的剩余小时计算最佳角(θ)：θ＝β+ε；vi、优化所有太阳能追踪器的对应最佳角(θ)的组合，以及通过结合移动限制来校正每个太阳能追踪器的所述对应最佳角(θ)；vii、在所述第二天的初始时间(h0+24)之前的剩余小时中，收集并存储每小时每个追踪器的每个对应最佳角(θ)的信息；viii、利用新的照射预测数据来更新太阳定向平面值中的直接照射和漫射照射之间的关系(DR)，生成直接照射和漫射照射之间的第二关系(DRx)；ix、计算接下来的几个小时内直接照射和漫射照射之间的关系(DR)的先前评估预测与直接照射和漫射照射之间的关系(DR)的更新预测之间的变化(CR)；x、当所述变化(CR)超过置信度值(CRmax)时，所述方法还包括：对于定向值(β)周围的偏差角(ε)的范围，在预测更新周期，考虑根据水平照射的测量或预测的土壤反射率(Rf)来估计双面比率(BR)，所述预测更新周期为优选至少三小时；以及xi、考虑所述太阳能面板在正面和背面的每一面的光谱响应，评估所述太阳能面板能够用于产生电能的有效能量(Pff)，所述有效能量(Pff)为相对于定向角(β)的偏离角(ε)的函数；根据权利要求2所述的方法，其中，所述漫射照射(DR)值在定义的每个预测更新周期、优选至少三小时(DR3)中被更新。2.根据权利要求1所述的方法，其中，估计不同太阳能追踪器角度下的后照射包括：考虑将诸如双面性和效率的太阳能面板的属性作为辐射波长的函数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，地面反射的照射的光谱响应是通过测量水平照射或预测水平照射产生的。4.根据权利要求1所述的方法，还包括提供了被配置为通过增加反射到模块背面的照射来最大化追踪器的双面增益的装置，所述装置包括以充当所述太阳能面板的背面上的阳光反射器(5)的方式布置的至少一个膜(6)或膜(6)系统。5.一种用于提高布置在太阳能发电站中的具有正侧和背侧的双面太阳能面板模块中的能量生产的方法，其特征在于，所述方法包括：a、表征所述太阳能发电站的特性下的后照射行为，所述表征包括根据与反射照射行为
相关的变量，计算双面比率作为模块前后照射之间的关系，所述关系表示为多项式函数，所述计算包括：i、对几何结构进行建模，所述几何结构包括所述太阳能发电站的结构和反射器(5)；以及ii、在地面反照率和水平照射值的组合下，通过光线追踪模块对一组倾斜角的后照射进行模拟；b、将后照射分成不同的波长带；c、对于一组倾斜角，计算h小时的每小时的双面比率(BR
jh
)值、照射水平(g)、地面反照率(a)和波长带(j)，将倾斜角表示为相对于太阳定向角(β)的偏差角(ε)，如下：d、对于每个水平照射水平，模拟两个地面反照率值的组合，表示为e、计算带的三个照射水平的漫射比率(DR)值，如下：f、计算和的值来评估实现以下表达式的六个参数的值来评估实现以下表达式的六个参数的值来评估实现以下表达式的六个参数的值来评估实现以下表达式的六个参数g、确定具有一年中的所有小时的矩阵表，如下：h、基于天气预测数据，计算所述太阳定向角(β)中的直接照射和漫射照射之间的关系(DR)，所述计算是每小时根据以下表达式进行的：i、计算接下来24小时的漫射照射(DR24)为：其中j是对每个波长带的评估，h是对每个小时的评估；j、计算每个波长带的土壤反射率(Rf)值为：
k、使用参数至计算作为偏差角(ε)的函数的双面比率BR(ε)，为：其中：A
n
＝B
n
+C
n
RfB
n
＝F
n
+G
n
·
DR24+H
n
·
DR242C
n
＝J
n
+K
n
·
DR24+L
n
·
DR242B
n
＝F
n
+G
n
·
DR2...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈维尔，
申请(专利权)人：索太克创新有限公司，
类型：发明
国别省市：