太阳的高精度定位

目前为止所提出的算法精确度大约在1°以内,这对于大多数陆基光伏应用来说已经足够了。对于平板组件,跟踪定位只能精确到几度,与该位置上的未知因素(例如大气效应)相比,由使用简单算法导致的误差可以忽略不计。但对于跟踪太阳同时并聚焦光线的聚光组件,由简单的算法导致的误差程度就变得不可接受了。随着聚光的增加,对太阳跟踪精度的要求也随之增加。对于聚光比为1000:1的系统,必须将太阳跟踪精确到3.5弧分(0.06弧度)之内 1。跟踪太阳的其中一种方法是使用基于天文年历2查找表,或者可通过美国海军天文台提供的多年交互计算机年历(MICA)来实现。然而,跟踪系统中使用的微控制器很难驾驭这样的系统。目前已经开发了许多用于太阳跟踪的算法,但要在准确性和复杂性之间进行权衡。在现代计算机出现以前,人们关注更多的是算法的简便性,但现在即使是小型微控制器也可以处理相当复杂的数学公式。

来自西班牙阿尔梅里亚省太阳能平台(PSA)的布兰科·穆里尔等人3回顾了所有算法的准确性。此外,他们还开发了一种简化的算法,使1999-2015年间的计算精确度达到0.5弧分以内。PSA算法已通过C ++代码对微控制器进行了专门优化,可以从 http://www.psa.es/sdg/sunpos.htm下载。该代码经过转换,已经可以在PVCDROM里使用,如下所示。另外,PV Lighthouse的太阳路径计算器也使用了PSA算法。

NREL(美国国家可再生能源实验室4进一步完善了上述算法,其在线应用程式网址为:http://www.nrel.gov/midc/solpos/spa.html

用于太阳高精度跟踪的PSA算法

PSA算法使用世界时(UT)来消除由地方时区造成的不确定性。位置通过输入经度和纬度来确定,角分和角秒用小数表示。方位角从地理真北而非磁北起测量,天顶角从垂直方向起测量,仰角则是从水平方向起测量。

该算法的默认值为2003年1月1日的正午12点,在经纬度都为0度的位置(位于东非某处)太阳方位角为178°。这表示太阳基本位于正南方。天顶角则表示当时太阳在天空中位置较高,但与头顶垂直方向有23°夹角。

PSA Algorithm Sun's Position Calculator

 

The date displayed is UTC, i.e. at Greenwich.