光伏電站平單軸太陽跟蹤器運行狀況對比研究--中國環(huán)保

1、光伏電站太陽平單軸跟蹤器運行狀況比照研究袁愛誼 于宵童 上海太陽能工程技術(shù)研究中心 200241摘要：從光伏電站發(fā)電量的實際數(shù)據(jù)出發(fā)，對固定式、單軸跟蹤和雙軸跟蹤的發(fā)電量做了比照；并對平單軸跟蹤器兩種不同的反陰影控制方法進行了比照，并分析了兩種方法的優(yōu)劣。關(guān)鍵詞：太陽能發(fā)電 太陽跟蹤器 發(fā)電量 反陰影控制前言目前人類的能源消費結(jié)構(gòu)中，石油、煤炭、天然氣、鈾等礦物資源，占到了人類能源供應量的80%以上。有數(shù)據(jù)說明，世界化石燃料耗盡時間從現(xiàn)在開始只有幾十年的時間，能源的潛在危機和生態(tài)環(huán)境的惡化迫使世界各國積極開發(fā)可再生能源。開發(fā)新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題。在新能源中，光伏發(fā)電倍受

2、矚目但由于過高的本錢目前還未能充分進入市場。光伏發(fā)電市場前景廣闊，但太陽能利用效率低下，面臨著建設本錢高，投資回報率低的問題。光伏發(fā)電的組件安裝形式主要有固定傾角式、單軸跟蹤、雙軸跟蹤等方式。其中固定傾角式安裝是組件以一定的傾角固定在地面上，整個發(fā)電過程組件處于靜態(tài)，該安裝方式簡單易行，本錢低。但太陽處于動態(tài)運動過程，在一天中太陽光與太陽能電池板相互位置時刻都在發(fā)生變化，光線與電池板相互垂直的時間很短。研究說明，太陽能電池板發(fā)電能力與接收垂直光強成正比，每天有35%以上的能量被無形的浪費掉1。另外，為了防止大風、大雪等惡劣天氣可能損壞太陽能電池板的支架，一般將根底和支架的平安系數(shù)設計的很高。為

3、了克服上述問題，提高太陽能的利用效率，增加發(fā)電量，降低太陽能發(fā)電的運營本錢，提出了控制電池板旋轉(zhuǎn)的光伏發(fā)電方式，即單軸和雙軸跟蹤系統(tǒng)2。其中單軸是指電池板組件只有一個旋轉(zhuǎn)自由度，在方位角東西方向上跟蹤太陽，雙軸跟蹤系統(tǒng)是指同時在太陽方位角和高度角上跟蹤太陽運動的方式3。本文通過對內(nèi)蒙古呼和浩特光伏示范電站中，不同安裝類型光伏組件的發(fā)電量實測數(shù)據(jù)比擬，分析各種跟蹤形式的特點。發(fā)電量比照電站簡介內(nèi)蒙古神舟光伏電力光伏示范電站裝機容量5MW，其中安裝在雙軸跟蹤器上的光伏組件50kW，安裝在聯(lián)動式平單軸上的100kW，安裝在單體式平單軸上的500kW，其余均為固定傾角41安裝。電站已于2021年底順利

4、并網(wǎng)發(fā)電。聯(lián)動式單軸太陽跟蹤器用一臺驅(qū)動器，依靠聯(lián)動桿推動大面積太陽能組件陣列轉(zhuǎn)動，減少了驅(qū)動電機的使用，降低了本錢和維護費用。本工程中單臺聯(lián)動式單軸跟蹤器的裝機容量為50kW，采用太陽位置計算法跟蹤太陽，陣列旋轉(zhuǎn)范圍 QUOTE 45。圖1 50kW聯(lián)動式單軸太陽跟蹤器獨立式單軸太陽跟蹤器沒有聯(lián)動部件，面積相對較小，一般不超過10kW。獨立式跟蹤器安裝相對方便，其太陽跟蹤角度范圍也會比聯(lián)動式大一些。本工程中單臺聯(lián)動式單軸跟蹤器的裝機容量為2.8kW，采用太陽位置計算法跟蹤太陽，陣列旋轉(zhuǎn)范圍 QUOTE 60。圖2 2.8kW單體式單軸太陽跟蹤器雙軸太陽跟蹤器在方位角和高度角同時跟蹤太陽，能最

5、大程度接收太陽光輻射。本工程中單臺聯(lián)動式單軸跟蹤器的裝機容量為8.6kW，采用太陽位置計算法跟蹤太陽，陣列旋轉(zhuǎn)范圍方位角 QUOTE 90，高度角2590。圖3 8.3kW雙軸太陽跟蹤器 發(fā)電量比擬圖4比照了固定、平單軸和雙軸三種不同安裝形式，三月份到七月份的發(fā)電量均折算到50kW。圖4 發(fā)電量比照從上圖的數(shù)據(jù)中我們能初步得到以下一些結(jié)論雙軸跟蹤器的發(fā)電量始終比固定安裝和平單軸高，雙軸跟蹤器比固定式安裝發(fā)電量多25.95%；單軸跟蹤器發(fā)電量與時間緊密相關(guān)，四月份前比固定式少，六月份后又與雙軸跟蹤器相差不多；發(fā)電量頂峰沒有出現(xiàn)在盛夏的六、七月份，而是春季的四、五月份。平單軸跟蹤器比照分析反陰影控

6、制模式如2.1節(jié)中所述，該電站中安裝了兩種平單軸太陽跟蹤器，都采用了根據(jù)時間計算太陽位置控制電池板轉(zhuǎn)動的控制方式，其控制的主要區(qū)別在反陰影的動作上。在跟蹤器跟蹤太陽的過程中，前排組件都會產(chǎn)生一定區(qū)域的陰影，所以兩列跟蹤器之間都留有一定距離防止陰影遮住電池板，但這段距離并不能保證所有時段電池板都不受陰影的遮擋，尤其當太陽剛剛升起或即將落山時，太陽高度角很低，此時如果電池板繼續(xù)對準太陽，遮擋是不可防止的。因此跟蹤器生產(chǎn)廠家提出了幾種防止遮擋的控制方案。方法一是當跟蹤位置即將造成遮擋時，讓電池板往回轉(zhuǎn)動一定的角度，這樣可以使陰影向前移動，防止遮住電池板。方法二是當跟蹤位置即將造成遮擋時，直接將電池板

7、放平，這樣可以很好的防止遮擋，電池板可以繼續(xù)接收天空中散射光?？刂品椒ū日辗治錾裰垭娏夥痉峨娬局?，安裝了幾種不同型號的平單軸太陽跟蹤器，上述兩種反陰影控制方法都在該電站中得到應用。表格1給出了不同日期，在下午產(chǎn)生陰影的時間段內(nèi)，兩種控制方法的發(fā)電量比照以50kW計。表格 SEQ 表格 * ARABIC 1 反陰影控制方法發(fā)電量比照反陰影控制方法1反陰影控制方法2時間發(fā)電量kWh發(fā)電量增量kWh占全日發(fā)電量發(fā)電量kWh發(fā)電量增量kWh占全日發(fā)電量4月2日17:00299.015.85.03%345.44.11.17%19:00314.8349.54月10日17:00339.420.85.77

8、%356.682.19%19:00360.2364.64月17日17:00342.723.66.45%350.89.72.69%19:00366.3360.55月14日17:30332.820.25.72%332.8123.48%19:30353.0344.85月27日17:30339.912.83.63%349.25.71.61%19:30352.7354.96月2日17:30327.311.43.36%327.44.21.27%19:30338.7331.66月12日17:30385.232.07.67%390.317.84.36%20:00417.2408.16月20日17:30313.

9、27.62.37%305.65.91.89%20:00320.8311.56月26日17:30313.420.06.01%298.317.25.45%20:00333.4315.57月15日17:30394.622.75.44%370.3194.88%20:00417.3389.37月20日17:30221.812.05.13%21211.14.98%20:00233.8223.1從上表中很容易看出，控制方法1在該時間段內(nèi)發(fā)電量的占比上一直多于方法2，因為方法1采用逐步回轉(zhuǎn)的方式能接受到更多的太陽輻照。同時我們也看到，兩者的發(fā)電量占比，從四月初相差4倍多，到七月底已變得十分相近，是什么原因造成

10、這一現(xiàn)象的呢？圖5給出了四月到七月的每月20日，太陽高度角隨時間的變化?？梢钥吹?月20日的太陽日照時間明顯短，而且太陽高度角更低，這就造成了跟蹤器有陰影遮擋的時間段在一天中占的比重會更多，所以采用逐步回轉(zhuǎn)的控制方法能夠發(fā)出更多的電量。圖5 不同月份的太陽高度角結(jié)論使用太陽跟蹤器能提高光伏電站的發(fā)電量，在呼和浩特地區(qū)北緯40.5，東經(jīng)111.78，三月份到七月份，雙軸跟蹤器比固定式安裝發(fā)電量多25.95%，平單軸比固定式安裝發(fā)電量多12.03%，雙軸發(fā)電量比平單軸多12.43%。平單軸跟蹤器發(fā)電量與太陽高度角緊密相關(guān)，四月份前比固定式少，六月份后又與雙軸跟蹤器相差不多。在平單軸反陰影控制上，逐步回轉(zhuǎn)比直接放平能獲得更多的發(fā)電量，在太陽高度角低，日照時間短的月份尤為明顯。參考文獻1 許啟明，馮俊偉，宮明。太陽能利用跟蹤技術(shù)