平单轴跟踪器逆跟踪技术

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最大功率点跟踪技术。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备实现这一功能，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、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

接下来对4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，最后在再对有/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最广的，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。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