本发明专利技术公开了一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置及调节方法，属于光伏发电技术与智能控制技术领域，包括光伏板组件、光伏支架、支撑架和球头轴承内球面，光伏板组件设置在光伏支架的上方，光伏支架下方与球头轴承内球面固定连接，球头轴承内球面远离光伏支架的一端与支撑架转动相接；支撑架的外侧壁上设置有控制装置。本发明专利技术所设计的矢量控制海上光伏支撑装置可以通过风向、风速传感器以及与数据库相连接识别当前环境状况，并且考虑光照角度调节光伏板角度保证光伏板在风场中的稳定性不会发生断裂同时兼顾装置的发电效率。本发明专利技术具有多种使用场景，可以用于多种海洋漂浮结构物上也可以用于陆地，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光伏发电技术与智能控制，尤其是涉及一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置及调节方法。
技术介绍
1、光伏发电作为一种新型能源，在我国西北地区得到了广泛应用，相关技术也取得了显著成就。然而，我国的主要用电负荷中心多集中在东部地区，导致了西北地区产出的电难以及时且有效地输送至东部。另外，东部地区的土地资源也相对有限，这在一定程度上制约了陆地光伏发展的空间。因此，迫切需要寻找一种解决方案来弥补这一局限性，这也促使许多研究人员将目光投向了海上光伏领域。海上光伏发电具有巨大的发展潜力和重要意义。海域广阔，可以避免土地资源的局限性，同时东部地区相对成熟的电力输送网络也为海上光伏的发展提供了有力支持。此外，海上光伏还可以减少传统火力发电等方式带来的环境污染，为我国实现清洁能源转型做出重要贡献。因此，加大对海上光伏技术的研发和推广，将是我国能源结构调整的关键一步，也是应对气候变化等全球性环境问题的重要举措。海上光伏具有不占用土地资源，且易于向东部沿海区域输送电力的优势，具有很大的发展前景。
2、但海上光伏相关技术发展并不成熟，目前依然有许多技术困难未能很好地解决，例如目前存在的海上光伏装置无法及时根据风力调整角度以降低风阻时，使得其抗风性能较差，这将会导致整个光伏结构的稳定性下降，并且连续的高强度风力会导致光伏板结构材料的疲劳和老化，可能降低其使用寿命，增加维护和更换成本。此外，目前已建成的海上光伏装置发电效率不够高。由于海浪的影响，光伏板无法保证太阳光尽可能接近垂直的角度照射到浮点单元上，从而降低了电池的输出功率。</p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置及调节方法，解决上述技术存在的海上光伏装置抗风性能差、稳定性差、发电效率低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，包括光伏板组件、光伏支架、支撑架和球头轴承内球面，所述光伏板组件设置在所述光伏支架的上方，所述光伏支架下方与所述球头轴承内球面固定连接，所述球头轴承内球面远离所述光伏支架的一端与所述支撑架转动相接；所述支撑架的外侧壁上设置有控制装置。
3、优选的，所述支撑架包括靠近所述球头轴承内球面设置的球头轴承外球面和设置在所述球头轴承外球面下方的光伏支撑脚立柱，所述光伏支撑脚立柱下方为正方形，下端平面方便连接海上漂浮结构物与上端球头轴承外球面为一体成型，保证结构的坚固，球头轴承内球面相和球头轴承外球面相配合组成球头轴承，保证装置具有多向灵活性，便于矢量控制调节。
4、优选的，所述光伏支架的上表面与所述光伏板组件粘贴连接，所述光伏支架的下表面四个角落粘贴固定有四个调节挂钩。
5、优选的，所述控制装置包括线筒组件和调节线，所述调节线的上端与所述调节挂钩相连接，所述调节线的下端与所述线筒组件相连接，所述线筒组件设置有四个，四个所述线筒组件均配备有电机，所述电机设置在所述光伏支撑脚立柱的外侧四周；调节线可以在电机的控制下调节长短从而调节整个光伏支架的角度。
6、本专利技术还提供了一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置的调节方法，具体步骤如下：
7、步骤1、获取实时风速风向信息；
8、步骤2、构建风阻模型；
9、步骤3、构建太阳辐射效率模型；
10、步骤4、根据用户设定的模型综合权重因子获得目标函数；
11、步骤5、综合模型最优化，在得到的目标函数后，通过使用scipy库的minimize函数来最大化目标函数以找到光伏板实时最佳角度；
12、步骤6、角度调节，根据计算所得最佳角度太阳能光伏板实时自动进行角度的调整。
13、优选的，步骤2中构建风阻模型的具体表达式如下：
14、 ；
15、式中，为空气阻力，单位为n；为空气阻力系数；为空气的质量密度，取1.226 kg/m3；为光伏板在横剖面上的投影面积，单位为m2；为空气对光伏板的相对速度，单位为m/s， ，其中，为探测获得的风速；为风速与光伏板之间的夹角。
16、优选的，步骤3中构建太阳辐射效率模型的具体过程如下：
17、s301、计算太阳高度角：
18、 ；
19、其中，为当地纬度，北纬为正；为太阳赤纬角；为太阳时角；
20、 ；
21、其中，st为当地时间；
22、 ；
23、其中，d为以春分作为第0天起算的天数；
24、s302、计算法向直接辐射辐照度dni，单位为kw/m2，dni是指地球上垂直于太阳光线的平面单位面积上、单位时间内接收到的太阳辐射能量，按以下公式近似计算：
25、 ；
26、 ；
27、 ；
28、 ；
29、其中为太阳常数，取值为1.366kw/m2，h为海拔高度，单位为km。
30、优选的，步骤4中根据用户设定的模型综合权重因子获得目标函数的具体过程如下：
31、s401、计算光伏板角度的风阻值：
32、 ；
33、s402、计算光伏板向阳角度的辐射度：
34、 ；
35、 ；
36、 ；
37、 ；
38、其中，，为阳光与光伏板之间的夹角；
39、s403、将风阻模型和辐射度模型归一化，其中，风阻模型的参考值取光伏板最大可承受阻力，具体表达式如下：
40、 ；
41、其中，为经风洞试验测试后得到的光伏板最大可承受阻力；
42、辐射度模型的参考值取太阳最大辐射度，具体表达式如下：
43、 ；
44、 ；
45、 ；
46、 ；
47、 ；
48、s404、得到最终目标函数：
49、 ；
50、其中，为用户设定的权重因子；与为归一化后的风阻与辐射角。
51、因此，本专利技术采用上述一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置及调节方法，具有以下有益效果：
52、（1）本专利技术所具有的实时矢量角度调节功能，配合风阻模型实时计算调节，可以使得装置适应不同环境，适当减小装置的迎风面积，保证装置不会因为风压过大而发生断裂。
53、（2）本专利技术所采用的太阳辐射效率模型，并且配合调节系统可以根据光照角度调节光伏支撑板的角度，会使得装置接收更多太阳光，提高装置的发电效率，增加装置的发电稳定性。
54、（3）本专利技术所采用的球头轴承方案，可以保证光伏支架具有多向转动的灵活性，方便配合调节系统对光伏支架的角度进行调节。
55、（4）本专利技术所采用的支撑腿具有一定的高度，使得光伏板组件远离海水，避免海水对光伏板组件产生腐蚀，从而提高装置的使用寿命。同时光伏板组件远离海平面便于空气流通，有利于光伏板组件散热，避免本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，其特征在于：包括光伏板组件、光伏支架、支撑架和球头轴承内球面，所述光伏板组件设置在所述光伏支架的上方，所述光伏支架下方与所述球头轴承内球面固定连接，所述球头轴承内球面远离所述光伏支架的一端与所述支撑架转动相接；所述支撑架的外侧壁上设置有控制装置；
2.根据权利要求1所述的一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，其特征在于：所述支撑架包括靠近所述球头轴承内球面设置的球头轴承外球面和设置在所述球头轴承外球面下方的光伏支撑脚立柱，所述光伏支撑脚立柱下方为正方形。
3.根据权利要求2所述的一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，其特征在于：所述光伏支架的上表面与所述光伏板组件粘贴连接，所述光伏支架的下表面四个角落粘贴固定有四个调节挂钩。
4.根据权利要求3所述的一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，其特征在于：所述控制装置包括线筒组件和调节线，所述调节线的上端与所述调节挂钩相连接，所述调节线的下端与所述线筒组件相连接，所述线筒组件设置有四个，四个所述线筒组件均配备有电机，所述电机设置在所述光伏支撑脚立柱的外侧四周。
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【技术特征摘要】
1.一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，其特征在于：包括光伏板组件、光伏支架、支撑架和球头轴承内球面，所述光伏板组件设置在所述光伏支架的上方，所述光伏支架下方与所述球头轴承内球面固定连接，所述球头轴承内球面远离所述光伏支架的一端与所述支撑架转动相接；所述支撑架的外侧壁上设置有控制装置；
2.根据权利要求1所述的一种进行矢量角度调节的海上光伏支撑装置，其特征在于：所述支撑架包括靠近所述球头轴承内球面设置的球头轴承外球面和设置在所述球头轴承外球面下方的光伏支撑脚立柱，所述光伏支撑脚立柱...
【专利技术属性】
技术研发人员：周斌珍，张行知，俞铭一，曹凯文，翟宇淞，赵熙阳，金鹏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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