光伏电站平单轴太阳跟踪器运行状况对比研究中国环保资讯.doc

光伏电站太阳平单轴跟踪器运行状况对比研究 袁爱谊 于宵童 上海太阳能工程技术研究中心有限公司 200241 摘要：从光伏电站发电量的实际数据出发，对固定式、单轴跟踪和双轴跟踪的发电量做了对比；并对平单轴跟踪器两种不同的反阴影控制方法进行了对比，并分析了两种方法的优劣。 关键词：太阳能发电 太阳跟踪器 发电量 反阴影控制 前言 目前人类的能源消费结构中，石油、煤炭、天然气、铀等矿物资源，占到了人类能源供给量的80%以上。有数据表明，世界化石燃料耗尽时间从现在开始只有几十年的时间，能源的潜在危机和生态环境的恶化迫使世界各国积极开发可再生能源。 开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题。在新能源中，光伏发电倍受瞩目．但由于过高的成本．目前还未能充分进入市场。光伏发电市场前景广阔，但太阳能利用效率低下，面临着建设成本高，投资回报率低的问题。光伏发电的组件安装形式主要有固定倾角式、单轴跟踪、双轴跟踪等方式。 其中固定倾角式安装是组件以一定的倾角固定在地面上，整个发电过程组件处于静态，该安装方式简单易行，成本低。但太阳处于动态运动过程，在一天中太阳光与太阳能电池板相互位置时刻都在发生变化，光线与电池板相互垂直的时间很短。研究表明，太阳能电池板发电能力与接收垂直光强成正比，每天有35%以上的能量被无形的浪费掉[1]。另外，为了防止大风、大雪等恶劣天气可能损坏太阳能电池板的支架，一般将基础和支架的安全系数设计的很高。 为了克服上述问题，提高太阳能的利用效率，增加发电量，降低太阳能发电的运营成本，提出了控制电池板旋转的光伏发电方式，即单轴和双轴跟踪系统[2]。其中单轴是指电池板组件只有一个旋转自由度，在方位角（东西方向）上跟踪太阳，双轴跟踪系统是指同时在太阳方位角和高度角上跟踪太阳运动的方式[3]。 本文通过对内蒙古呼和浩特光伏示范电站中，不同安装类型光伏组件的发电量实测数据比较，分析各种跟踪形式的特点。 发电量对比 电站简介 内蒙古神舟光伏电力光伏示范电站装机容量5MW，其中安装在双轴跟踪器上的光伏组件50kW，安装在联动式平单轴上的100kW，安装在单体式平单轴上的500kW，其余均为固定倾角41°安装。电站已于2010年底顺利并网发电。 联动式单轴太阳跟踪器用一台驱动器，依靠联动杆推动大面积太阳能组件阵列转动，减少了驱动电机的使用，降低了成本和维护费用。本项目中单台联动式单轴跟踪器的装机容量为50kW，采用太阳位置计算法跟踪太阳，阵列旋转范围45°。 图1 50kW联动式单轴太阳跟踪器 独立式单轴太阳跟踪器没有联动部件，面积相对较小，一般不超过10kW。独立式跟踪器安装相对方便，其太阳跟踪角度范围也会比联动式大一些。本项目中单台联动式单轴跟踪器的装机容量为2.8kW，采用太阳位置计算法跟踪太阳，阵列旋转范围60°。 图2 2.8kW单体式单轴太阳跟踪器 双轴太阳跟踪器在方位角和高度角同时跟踪太阳，能最大程度接收太阳光辐射。本项目中单台联动式单轴跟踪器的装机容量为8.6kW，采用太阳位置计算法跟踪太阳，阵列旋转范围方位角90°，高度角25°～90°。 图3 8.3kW双轴太阳跟踪器 发电量比较 图4对比了固定、平单轴和双轴三种不同安装形式，三月份到七月份的发电量（均折算到50kW）。 图4 发电量对比 从上图的数据中我们能初步得到以下一些结论 双轴跟踪器的发电量始终比固定安装和平单轴高，双轴跟踪器比固定式安装发电量多25.95%； 单轴跟踪器发电量与时间紧密相关，四月份前比固定式少，六月份后又与双轴跟踪器相差不多； 发电量高峰没有出现在盛夏的六、七月份，而是春季的四、五月份。 平单轴跟踪器对比分析 反阴影控制模式 如2.1节中所述，该电站中安装了两种平单轴太阳跟踪器，都采用了根据时间计算太阳位置控制电池板转动的控制方式，其控制的主要区别在反阴影的动作上。 在跟踪器跟踪太阳的过程中，前排组件都会产生一定区域的阴影，所以两列跟踪器之间都留有一定距离避免阴影遮住电池板，但这段距离并不能保证所有时段电池板都不受阴影的遮挡，尤其当太阳刚刚升起或即将落山时，太阳高度角很低，此时如果电池板继续对准太阳，遮挡是不可避免的。因此跟踪器生产厂家提出了几种避免遮挡的控制方案。 方法一是当跟踪位置即将造成遮挡时，让电池板往回转动一定的角度，这样可以使阴影向前移动，避免遮住电池板。 方法二是当跟踪位置即将造成遮挡时，直接将电池板放平，这样可以很好的避免遮挡，电池板可以继续接收天空中散射光。 控制方法对比分析 神舟电力光伏示范电站中，安装了几种不同型号的平单轴太阳跟踪器，上述两种反阴影控制方法都在该电站中得到应用。表格1给出了不同日期，在下午产生阴影的时间段内，两种控制方法的发电量对比（以50kW