太阳能光伏新趋势—平单轴跟踪器逆跟踪技术 2016-08-27 20:23 太阳能 CTO 技术群 推荐 100 次 太阳能是一种环保可再生新型能源，如何使太阳能得到更充分利用不容小觑。众 所周知，目前比较常见的提高光伏发电系统的发电效率手段主要有：①提高太阳能电 池的光电转换效率；②提高组件的太阳光吸收率；③功率点跟踪技术。方法①对 于光伏系统效率没有太大提升空间， 方法③基本上所有光伏系统都采用了逆变设实 现这一功能，而方法②根据项目地点情况，可采用适合跟踪技术，大幅的提升光伏系 统的整体发电效率。 跟踪技术通常是根据太阳位置，间歇的驱动电机带动机械机构，使光伏组件全天 跟随太阳位置运动，从而减小太阳光的入射角度，提高光伏组件对太阳能的吸收率。 目前主流的跟踪器技术有双轴、太阳能支架斜单轴和平单轴三种，其中双轴跟踪器适用于高纬度 地区，斜单轴适用于中高纬度地区，平单轴适用于中低纬度地区并且也可用于高纬度 地区。下图 1 是 SolarGIS 所给出的 2013 年全球太阳能资源分布图，能明显看出，太阳能支架太 阳资源的丰富区域主要分布在南纬 40°~北纬 40°之间， 其中南纬 30°~北纬 30°之 间的中低纬度地区都十分适合平单轴跟踪器，南北纬的 30°~40°之间也可以用平单 轴（提升发电量同时能减小占地面积），后文会有仿真数据做参考。毫无疑问，平单 轴跟踪器的适用范围是非常广的。 图1 全球太阳能资源分布 和传统的固定式光伏系统比较，通常平单轴跟踪技术能为光伏电站带来 15~20% 的发电量提升， 在一些太阳能资源丰富的低纬度地区， 发电量甚至能超出固定式 22%。 因此，从光伏整体项目来看，虽然跟踪技术会增加项目的初期投入成本，但它也将加 快回收，缩短回收期，带来更高的投资回报率。通常光伏跟踪系统在运行时，早上太 阳升起和下午太阳落山的部分时间里，由于太阳高度角低，因此光伏阵列间会产生阴 影遮挡，造成发电量损失，而电量损失的多少和阵列间距以及纬度相关。一般跟踪器 是跟随太阳运行轨迹进行运转，而逆跟踪技术，顾名思义是逆方向进行跟踪。平单轴 的跟踪控制系统根据组件间距，阵列尺寸，以及太阳高度角，来计算 β 角和 α 角， 并驱动系统转动，使组件运行到图 2 下的 β 角位置，以确保组件没有阴影遮挡。在 平单轴系统上能充分发挥其优势，并实现真正意义上的光伏阵列间无阴影遮挡。 图 2 有/无逆跟踪的效果示意 下面小编为就大家介绍下有逆跟踪（Backtracking）和无逆跟踪 （Non-Backtracking）情况下，平单轴光伏系统发电量的差异： 1.有/无逆跟踪的发电对比 以下图 3 是晴天的日发电曲线，上午和下午时间段，backtracking 和 non-backtracking 的发电量差异。这是一个典型晴天的仿真曲线，通常晴天时候 backtracking 的日发电量能超出 non-backtracking 5~10%左右。 图 3 有/无逆跟踪的发电曲线 个均匀分布在低、中、高纬度，并且水平面总辐射量相接近的地区，进行 逆跟踪技术的发电量效果比。 表 1 各个地点的水平总辐射量(kWh/m2) 表 2 各个地点的年均发电量比较(kWh/kW) 平单跟踪系统的有/无逆跟踪情况下，先分别和固定式进行比较，后在再对有/无逆 跟踪的比较，backtracking 的平单在各个纬度地区都更有发电优势。 2.有/无逆跟踪的占地对比 前面将有/无逆跟踪的发电情况进行的仿真分析， 现在结合占地面积来进一步比较有/ 无逆跟踪的差异。选取上述的低纬度地点（13°N，77.6°E），以 1MW 容量的光伏系 统为例，设定不同安装间距时，列出地面覆盖率 GCR（Ground Cover Ratio）来方便 比较，平单的 GCR 通常在 40%左右，仿真平单式光伏系统在 backtracking 和 non-backtracking 的发电量。 表3 India Tirunelveri 有/无逆跟踪的占地面积 平单轴系统 GCR40%+backtracking 发电量和 GCR25%+non-backtracking 的接近，而 GCR50%+backtracking 平单轴发电量和 GCR40%+non-backtracking 的接近，也就是在 发电量接近的情况下，平单轴采用 backtracking 后，其占地面积可以大幅的减小。 换个角度来说， 有些地区的土地成本较高， 在这类地方建设光伏项目， 土地面积受限， 因此设计的组件间距会比较小，对应的 GCR 和占地面积也很小，这时通常光伏阵列的 阴影遮挡，将造成很大的发电量损失，有时甚至会超过 5%，这种情况下，如采用平 单轴+backtracking 的模式，那么发电量就会有效的提升，正如表 3 中平单 GCR50%+backtracking 的发电量超出 GCR50%+non-backtracking 的 2.4%， 提升效果十 分明显。 通过以上的分析可看出目前光伏系统发电量想要大幅提升比较困难，而跟踪器是 一个很好的提升途径。从通用性来看，平单轴是各种跟踪器中适用范围广的，它的 适用地点可以覆盖绝大多数的太阳能资源丰富地区，具有很强的适应性。太阳能支架平单式光伏 的发电量相比较固定式光伏，提升效果十分明显，而加入了 backtracking 功能后， 平单式光伏阵列将实现无阴影遮挡并且可以节省占地面积， 单位面积上平单系统的发 电更加高效。 摘自：散文网-名博馆-太阳能 CTO 技术群
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