一种在日照时间期间定位太阳能供电的光伏电池的模块或多个模块的光接收表面的方法，该模块被置于陆地表面上并且在已知的纬度上被操作，该方法包括： 在该模块附近使用至少一个辐射检测传感器，以连续测量表示该模块的光接收表面可获得的太阳能辐射的太阳辐照度； 连续比较测得的太阳辐照度值和用于大气云量情况的比较值； 当测得的太阳辐照度超过用于大气云量的比较值时，根据双轴太阳跟踪来朝向太阳定位该模块的光接收表面； 当测得的太阳辐照度不超过该比较值时，面朝上水平地定位该模块的光接收表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光伏电池模块相对于太阳的陆地定位。本专利技术尤其涉及光伏模块中的高效投入和优化利用这种模块以提供电源，诸如用于从水中电解产生氢这样的电源。
技术介绍
光伏(Photovoltaic，PV)电池是已知的将光能转换成电能(即，通过照射到PN结的光子)的半导体装置。当然，太阳光能被用作能源。无定形硅、结晶硅和硒是在设计这种电池时使用的材料的例子。由单个电池提供的电压可能相对较小，但许多这样的电池能够以电串联和/或并联连接结合成模块，以产生具有适合于许多应用的电压和电流水平的电源。这些模块经常被构造有平坦的表面以接收入射光。 通过光伏-电解槽(PV-电解槽)系统的太阳能氢气生成是一种对诸如燃料电池这样的氢燃料装置而言潜在地重要的、可再生的和环保的能源。光伏电池组的平面模块能够被布置成为电解电池系统产生直流电压和电流水平，以从水中产生氢气和氧气。换句话说，能够设计一种以要求的或设计的速率释放氢气的电解系统。并且能够设计一种光伏系统，以给该指定的电解系统提供电源。但是，因为在地球表面上的几乎每个地点的太阳能辐射通量密度(辐照度，irradiance)存在很大的变化，所以光伏系统的设计和操作中存在挑战。 被称为阵列的平面模块，或者模块组表示每单位所需电功率相对高的投入成本，并且它们需要大量用以在其中接收阳光的陆地面积。如果PV-电解系统要被置于人口稠密的区域，那么它们的尺寸就是一个关键性的设计考虑。所以必须操作这些系统以充分利用可获得的阳光。 光伏模块一般被安装为具有取决于地点特征和成本约束的固定定向的模块阵列。一种用在平屋顶的定向是所谓的水平配置，在该水平配置中模块直着面向天空。另一种固定配置，即被认为是在北美的PV安装中整体最佳的固定配置，是模块面向南面且相对地面以等于该地点纬度的角倾斜的配置。例如，对于底特律，具有赤道以北大约42度的纬度，模块会以相对地面42度的角度倾斜。太阳的位置和地球的表面之间的角度被称为太阳高度角(solar altitude angle)。一些参考文献建议使用等于纬度的90％的模块倾斜角，例如，对于底特律倾斜38度，因为这样在可获得更多太阳能的夏天给予更高的PV能量输出。但是，这种配置会在冬天给予更少的太阳能，所以取决于用户对季节性的能量需要，它可能是或可能不是较好的。 在晴朗的日子，所谓的双轴太阳能跟踪——在一年的每一天都连续地垂直于太阳光线地定向太阳能模块——产生最大的能量。这是因为太阳能模块对光线的响应与介于垂直于模块表面的线和照射到该表面的太阳能射线之间的角度的余弦是成比例的。如果太阳能辐射垂直于该表面，那么就会获得对于给定的太阳能通量的最大功率(cosine 0°＝1)。对于自法线90°度照射的太阳能辐射，不会产生功率(cosine 90°＝0)。当双轴太阳能跟踪保持平面模块面向太阳时，不考虑由于大气云量带来的太阳辐照度的变化和云层覆盖范围的变化。 本专利技术提供了一种用在变化的大气情况下操作PV模块的方法，其连续定位该模块以在无云和多云情况下都充分利用阳光。
技术实现思路
本专利技术提供一种PV方向控制方法，该方法可用于多个太阳能供电的光伏电池的模块，特别是具有平面光接收表面的模块。该方法具有最大化太阳能供电的PV电池的能量输出的一般效用，且因为PV系统的初始成本和操作成本，它在所述模块被用来给电解槽系统供电以从水里产生氢气和氧气中具有特别效用。本方法的目的在于最佳地利用该模块(或多个)并减小PV电力系统的尺寸和成本以及它放置和操作所需的物理空间。因此，本专利技术的方法优选地在用于特别地理位置的模块的设计时考虑。 在多数地理位置中都有许多太阳被大气云量遮蔽的日照时间。甚至在因阳光充足而闻名的各位置中，也存在PV电池可获得的太阳能辐射因居间云而大量减少的时间。在无云的日照时使用传统的双轴跟踪，PV模块就运行得很好。但是，本专利技术的PV模块控制方法是基于当存在相当多的云量时PV模块在水平位置(面朝上)接收更多的太阳能这一意外发现。正如下面在本说明书将更详细地描述的那样，当总太阳辐照度由于厚云量而相对较低时，平面PV模块在水平位置接收更多的阳光。这个因素的应用允许在这种操作情况下更有效地使用PV模块。这使得能够更全面地利用给定设计容量的模块，既减少PV系统的初始成本又减少给诸如氢气产生电解槽这样的电负载供电所需的空间。 因此，每个PV模块被支撑以可以在跟随和面向太阳的整个倾斜位置(双轴太阳能跟踪)的范围移动。但是，除了太阳能跟踪的操作模式之外，该模块也可移动到水平位置，面朝上。并且，提供了一种确定哪个PV模块位置在每个日照操作时刻聚集最多太阳能的控制方法。 在控制方法的通常表述中，太阳的辐照度例如以每平方米入射表面的瓦特数(W/m2)被连续地测量。举例而言，在地球表面的峰太阳辐照度可以达到1000W/m2的峰值且这个辐射通量密度有时会在本说明书中被称为“一个太阳”。该模块的操作根据测得的辐照度值来管理。当测得的太阳辐照度相对晴朗天空值低于预定值时，该模块被移至水平位置。在这样的低水平的太阳辐照度测量将由于天空广泛分布的云量而发生。并且无论何时测得的太阳辐照度超过该地点的预先确定的最小值时，该模块被根据用于该地点、日期和时间的双轴太阳能跟踪来定位。 根据本专利技术优选的实施例，一种建议的PV控制方法将使用一种具有以下附加部件的传统的双轴跟踪系统1)它将具有一个水平固定(H)的小型太阳能辐射测量电池，和以朝南的纬度倾斜(L)固定的另一个太阳能辐射测量电池。在有直射阳光时，L传感器将具有比H传感器更大的输出，而跟踪系统将用众所周知的最大输出技术和算法使太阳能板和太阳对准。当H＞L，比如H＞1.3×L时，将产生会使得(通过算法)太阳能跟踪器向上朝向天空(水平的)定位太阳能模块的信号。这大概会在存在接近完全的云量时发生。据估计，这将在阴天情况下提供比跟踪太阳或具有纬度倾斜多30％-80％的太阳能。 在本专利技术的另一个实施例中，使用全局(gloable)直接漫射辐射来确定什么时候从双轴跟踪转换到水平模式。例如，两个太阳能辐射传感器被水平安装。一个传感器(传感器1)被遮蔽以避免来自太阳(太阳能盘)的直接辐射，并测量漫射辐射。这能够利用当太阳移过天空时遮蔽传感器以避免直射阳光的影带(shadow band)来实现，或者用附接于小型双轴跟踪器的小型遮蔽盘(shading disk)来完成。另一个传感器(传感器2)没有被遮蔽而是测量全局的水平辐射。两个传感器之间的差是来自太阳的直接辐射。当天空很阴暗时，太阳能辐射的直接分量接近零。这些时候太阳能模块阵列将会被水平定向，以在很阴暗的情况下捕捉最多的太阳能。当该直接分量很显著时，通过太阳能模块阵列进行的常规太阳双轴跟踪将会发生，以在晴朗或部分地多云的情况下捕捉最多的太阳能。 虽然阳光充足时段期间，通过模块的双轴移动优化了PV系统的能量输出，但是本专利技术的实施仍在依据相对的太阳辐照度简单地在双轴跟踪模式和水平位置模式之间移动模块时提供了优势。 本专利技术的其他目的和优势将从优选实施例的详细描述中显而易见。 附图说明 图1是具有该模块相对于具有固定纬度倾斜的模块的用于双轴跟踪的PV系统所实现的太阳能辐射比率图。该比率被表达为峰太阳时(peaksu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、一种在日照时间期间定位太阳能供电的光伏电池的模块或多个模块的光接收表面的方法，该模块被置于陆地表面上并且在已知的纬度上被操作，该方法包括在该模块附近使用至少一个辐射检测传感器，以连续测量表示该模块的光接收表面可获得的太阳能辐射的太阳辐照度；连续比较测得的太阳辐照度值和用于大气云量情况的比较值；当测得的太阳辐照度超过用于大气云量的比较值时，根据双轴太阳跟踪来朝向太阳定位该模块的光接收表面；当测得的太阳辐照度不超过该比较值时，面朝上水平地定位该模块的光接收表面。2、一种如权利要求1所述的定位太阳能供电光伏电池的模块的光接收表面的方法，其中该模块与电负载连接，作为该电负载的电能源，且电能是从该模块抽取到负载的，无论该模块处于其太阳跟踪位置还是其水平位置。3、一种如权利要求1所述的定位太阳能供电光伏电池的模块的光接收表面的方法，进一步包括用第一传感器在该模块的光接收表面朝向太阳的角度和用第二传感器在该光接收表面的水平位置处连续地测量太阳辐照度；当在第一传感器测得的太阳辐照度以预定值超过在第二传感器测得的太阳辐照度时，根据双轴太阳跟踪来朝向太阳定位该模块的光接收表面；和当在第二传感器测得的太阳辐照度以预定值超过在第一传感器测得的太阳辐照度时，面朝上水平地定位该模块的光接收表面。4、一种如权利要求1所述的定位太阳能供电光伏电池的模块的光接收表面的方法，进一步包括用被遮蔽以避开来自太阳的直接辐射的第一水平传感器连续地测量该模块的光接收表面的漫射太阳辐照度；用第二水平传感器连续地测量直接加上漫射的太阳辐照度；当在第二水平传感器测得的太阳辐照度以第一预定值超过在第一水平传感器测得的太阳辐照度时，根据双轴太阳跟踪朝向太阳定位该模块的光接收表面；和当第二水平传感器与第一水平传感器的测得太阳辐...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·A·凯利，T·L·吉布森，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：
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