一種漂浮式太陽能發電單軸跟蹤系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能發電領域，尤其是一種漂浮式太陽能發電單軸跟蹤系統及其控 制方法。
【背景技術】
[0002] 太陽能是一種無污染、可再生的清潔能源。
[0003] 水庫、湖泊、江河和海洋等水上建設漂浮式太陽能發電裝置，可以充分利用占地球 表面71%的水上日照面積，有利于太陽能發電技術的推廣應用。
[0004] 現有技術中已將太陽能發電單軸跟蹤系統應用到太陽能發電技術中，通過實時跟 蹤太陽運動軌跡，提高太陽能發電裝置所接收到太陽輻射量，從而提高太陽能發電裝置的 發電效率。傳統的太能跟蹤系統包括單軸自動跟蹤系統、步進式自動跟蹤系統及雙軸跟蹤 系統。在專利號為CN102637041中公開了一種百葉窗雙軸跟蹤太陽能光伏發電系統，在該 系統中只能實現單個控制系統控制單個或數個光伏發電組件。要控制整個光伏發電系統太 陽板需要設置多個跟蹤系統，成本極高；依賴大量機械轉動元件，整體可靠性低。

【發明內容】

[0005] 有鑒于此，本發明提供一種低成本、高可靠性的漂浮式太陽能發電單軸跟蹤系統 及其控制方法。
[0006] 本發明采用以下技術方案實現：一種漂浮式太陽能發電單軸跟蹤系統，包括漂浮 動力平臺及自動跟蹤控制系統；所述自動跟蹤控制系統安裝在所述漂浮動力平臺上；所述 漂浮動力平臺頂部承載一個或多個固定式太陽能發電裝置；所述漂浮動力平臺在水平維度 自主轉動或移動自動跟蹤太陽方位角；所述漂浮動力平臺包括：一浮力結構子系統，所述 浮力結構子系統包括一個或多個浮力結構單元，所述多個浮力結構單元間通過一連接結構 連接；一動力子系統，所述動力子結構包括一個或多個水下驅動器，所述水下驅動器與所述 浮力結構子系統連接；一錨定子系統，所述錨定子系統包括一個或多個定位錨及定位錨牽 引裝置，所述定位錨的錨鏈與定位錨牽引裝置的輸出端連接，所述定位錨牽引裝置安裝在 浮力結構子系統頂部或內部；一外部連接子系統，所述外部連接子系統的一端與所述漂浮 動力平臺轉動中心連接，其另一端與陸地或其他漂浮動力平臺連接；所述自動跟蹤控制系 統包括：一衛星定位子系統，所述衛星定位子系統包括多個衛星定位數據采集模塊，所述衛 星定位數據采集模塊安裝在所述漂浮動力平臺的頂部；一岸基測距定位子系統，所述岸基 測距定位子系統包括多個測距定位數據采集模塊及一個或多個岸基定位點，所述測距定位 數據采集模塊安裝在所述漂浮動力平臺的頂部，所述岸基定位點固定安裝在岸基上；一傳 感采集子系統，所述傳感采集子系統包括一個或多個光線傳感采集模塊及一個或多個風向 風速傳感采集模塊；所述光線傳感采集模塊安裝在所述漂浮動力平臺頂部，所述風向風速 傳感采集模塊安裝在所述漂浮動力平臺頂部；一主控子系統，所述主控子系統包括一個或 多個主控計算處理模塊，安裝在所述漂浮動力平臺頂部或內部，所述主控計算處理模塊實 時接收衛星定位子系統、岸基測距定位子系統、傳感采集子系統、動力控制子系統的輸出數 據，向動力控制子系統發送控制指令數據；一動力控制子系統，所述動力控制子系統包括一 個或多個動力驅動模塊，安裝在所述漂浮動力平臺頂部或內部，所述動力驅動模塊控制一 個或多個所述定位錨牽引裝置及所述水下驅動器運行，并實時采集一個或多個所述定位錨 牽引裝置及所述水下驅動器運行數據。
[0007] 在本發明一實施例中，所述測距定位數據采集模塊為激光測距定位數據采集模塊 或超聲波測距定位數據采集模塊。
[0008] 在本發明一實施例中，所述水下驅動器為螺旋槳推進器或噴水推進器。
[0009] 在本發明一實施例中，多個浮力結構單元間的連接結構為剛接結構或鉸接結構。
[0010] 本發明還提供一種基于上述的漂浮式太陽能發電單軸跟蹤系統的控制方法，該控 制方法包括以下步驟：步驟Sl :由所述岸基測距定位子系統多個測距定位數據采集模塊分 別測量所在點與所述一個或多個岸基定位點之間相對地理坐標數據，并將該數據傳送至所 述主控子系統；所述衛星定位子系統多個衛星定位數據采集模塊分別測量所在點絕對地理 坐標數據和時間，并將該數據傳送至所述主控子系統；步驟S2 :所述傳感采集子系統光線 傳感采集模塊實時測量所處環境的太陽光照數據，并將該數據傳送至所述主控子系統，由 主控子系統得出太陽入射角和方位角；所述傳感采集子系統風向風速傳感采集模塊實時測 量所處環境的風向和風速數據，并將該數據傳送至主控子系統；所述動力控制子系統動力 驅動模塊實時采集所述定位錨牽引裝置運行工況及所述水下驅動器運行工況數據，并將數 據傳送至主控子系統；步驟S3 :所述主控子系統一個或多個主控計算處理模塊利用神經網 絡算法分析步驟Sl、S2得到的相對地理坐標、絕對地理坐標、時間、太陽入射角、太陽方位 角、風向、風速、定位錨牽引裝置運行工況及水下驅動器運行工況數據，得出所述漂浮動力 平臺實時跟蹤太陽方位角的最佳目標方位指令數據，將該指令數據傳送至所述動力控制子 系統；步驟S4 :所述動力控制子系統動力驅動模塊根據步驟S3接收到的指令數據實時控制 所述一個或多個水下驅動器的驅動動力強度及驅動方向，推動所述漂浮動力平臺轉動或移 動到目標方位，實現所述漂浮動力平臺對太陽方位角的實時跟蹤；步驟S5 :所述主控子系 統一個或多個主控計算處理模塊利用神經網絡算法分析步驟S2得到的風向和風速數據， 根據所述漂浮動力平臺所處環境的風向和風速是否在安全閾值范圍得出起錨或下錨指令 數據，將該指令數據傳送至所述動力控制子系統；步驟S6 :所述動力控制子系統動力驅動 模塊根據步驟S5接收到下錨指令時控制所述一個或多個定位錨牽引裝置將所述定位錨下 沉至水底，將所述漂浮動力平臺安全錨泊；所述動力控制子系統動力驅動模塊根據步驟S5 接收到起錨指令時控制所述一個或多個定位錨牽引裝置將所述定位錨升起，所述漂浮動力 平臺可以自由移動或轉動。
[0011] 在本發明一實施例的控制方法中，利用衛星定位測量絕對地理坐標和岸基測距測 量相對地理坐標得出兩套互相冗余的所述漂浮動力平臺方位數據，所述兩套數據可以單獨 或同時使用。
[0012] 在本發明一實施例的控制方法中，利用地理坐標及時間計算得出太陽方位角數據 和利用光線傳感采集模塊與控制子系統得出的太陽方位角數據得出兩套互相冗余的太陽 方位角數據，所述兩套數據可以單獨或同時使用。
[0013] 與現有技術相比，本發明具有以下優點： 1、 相較于傳統固定式太陽能發電裝置，本系統所承載的太陽能發電裝置通過水平維度 實時跟蹤太陽方位角，同等規模的太陽能發電裝置可提高太陽能利用率15-20% ; 2、 單個系統即可承載兆瓦級太陽能發電裝置，大幅降低了太陽能發電跟蹤系統的每瓦 成本； 3、 僅使用少量機械轉動元件，提高太陽能發電單軸跟蹤系統的可靠性； 4、 利用衛星定位測量絕對地理坐標和岸