倾角传感器在太阳能光伏发电追日系统中的应用

文中通过阐述倾角传感器测量角度的基本原理,介绍了太阳能光伏发电追日系统中的倾角传感器应用。倾角传感器能够测得电池板的角度数据 ,通过将该数据与太阳的角度信息进行比对,便可得知将太阳能电池板的倾角调整到多少度最为合适了。

  光伏发电设备一般都配备有太阳跟踪系统,也常被称为追日系统。这种光伏阵列自动跟踪系统,能通过实时跟踪太阳运动轨迹,辅助光伏组件精确跟踪太阳能,保证太阳光线始终垂直照射在光伏电池板上的控制设备,使光伏阵列所接收到的太阳辐射量大大增加,进而显著提高光伏系统的总体发电量。而系统中的倾角传感器,则是优化太阳能接收率的关键性设备之一。

倾角传感器在太阳能光伏发电追日系统中的应用

青海省海南州光伏电站

  青海光伏发现产业现状与概况

  青海太阳能资源约占全国的11%。目前,青海正在创建国家清洁能源示范省,是国家电投清洁能源发展的核心区域之一。2018年,青海省清洁能源装机容量达2420万千瓦,占全省总装机容量的86%,新能源装机首次超过水电装机。

  目前,青海依托光伏产业大力发展先进制造业,初步构建了集多晶硅、单晶硅、太阳能电池和逆变器、光伏支架等为一体的研发制造产业链。比如,在青海海南州,海拔3000多米的塔拉滩绿色产业发展园区,数百万块电池板装载自动跟踪系统,可实现精准定日、追日,随时保证太阳光直射电池板,显著提高了发电效率。

倾角传感器在太阳能光伏发电追日系统中的应用

太阳能光伏电站追日跟踪系统,资料图

  太阳能光伏跟踪系统

  太阳能光伏跟踪系统,分为水平单轴光伏跟踪系统、斜单轴光伏跟踪系统、双轴光伏跟踪系统三种,不仅能够全面提高电站发电量,更能因地制宜,更好地适应各种复杂地形。这三种跟踪系统采用的都是主动式跟踪控制策略,通过计算得出太阳在天空中的方位,并控制光伏阵列朝向。

  太阳能光伏发电追日系统,需要调节太阳能电池的方位和倾角,使太阳能电池板能根据太阳的运动变化及时作出调整,以达到始终使光线以0度入射角照射到太阳能电池板上。基于此,可采用倾角传感器用于测量太阳能电池板的角度信息,供追日系统与太阳的方位、高度信息进行比对,并作出对太阳能电池板调整的命令。

  倾角传感器如何对太阳能电池板倾角进行测量?

  倾角传感器会安装于太阳能电池板的倾斜面上,当太阳能电池板的倾斜角发生变化时,倾角传感器可实时进行测量。在这一场景中,倾角传感器的基本原理,可抽象性地简化为一个质量块和能对该质量块进行固定轴向加速度测量的加速度传感器,如下图所示。

倾角传感器在太阳能光伏发电追日系统中的应用

  在上图中,虚线为水平方向。当发生倾斜时,其内部的质量块M对垂直于倾斜面方向的倾角传感器产生了随倾斜角变化的力F1,由于质量块是固定在垂直于倾斜面的轴向上的,所以,质量块在此方向受力会达到平衡。

  简单分析可知,传感器受到力F1与质量块重力G之间的关系为:F1=G*cosθ。在这一关系式中,重力G和F1,分别可通过计算和测量得出,因此,能得到角度θ的大小。由于该角度和倾斜角大小相同,并随倾斜角的变化而变化,故而θ即为倾斜角。

  以上便是倾角传感器测量角度的基本原理。

  通常来说,太阳能光伏发电追日系统都会根据当地的经纬度,计算出当地一年中每一天太阳的方位和角度信息,并将信息储存在电脑软件中。这样一来,就可以将倾角传感器测得的电池板角度信息,与太阳的角度信息进行比对,进而得知将太阳能电池板的倾角调整到多少度最为合适了。

  而判断是否达到合适的角度,也是由倾角传感器将调整后的角度测量出来,发送到相应的控制端,判断是否继续进行调整,直至调整完成。

深圳市沃感科技Woosens自主研发的WTS系列倾角传感器

沃感科技(Woosens)自主研发的WTS系列倾角传感器

  倾角传感器的选用

  尽管在一天当中,太阳的角度角度变化范围较大,但在短时间内的变化却比较小。因此,对倾角传感器的精度有一定的要求。由沃感科技(Woosens)自主研发的Woosens WTS系列倾角传感器,能够很好的满足上述应用的要求。

  目前,由深圳市沃感科技有限公司自主研发的WTS系列倾角传感器,通过采用多种输出方式,其最低相对精度能到达0.15度,具备低功耗、高性能等多种优势,内部采用欧洲原装进口的MEMS倾角测量单元,内置工业标准MCU单元,集成先进滤波算法,采用原厂Poka-Yoka标定系统,保证了每个传感器的性能具有出色的一致性。

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