比較分析了固定角+雙光伏模塊“最好”,采用“斜單軸跟蹤+雙光伏模塊”兩種解決方案的光伏發電系統理論和測量輸出,結果表明,測量計算理論和斜單軸跟蹤+雙光伏組件”計劃有一定的應用參考價值。
近年來，在國家政策和自身技術進步的大力支持下，光伏產業發展迅速。2017年，中國光伏發電總量占發電總量的1.84%，為中國沙漠治理、節能減排做出了重要貢獻。同時，由于光伏產業的快速發展，國家新能源補貼負擔加大，光伏產業鏈的質量無法得到充分保障。在此背景下，2018年5月31日，政府在國家發展和改革委員會的領導下，發布了《關于光伏產業政策調整的通知》，對國家補貼和項目審批進行了重大調整，加快了光伏產業可承受的互聯網接入速度。
從國家政策走向和各電源之間的利益平衡來看，光伏產業發展將經歷三個具有鮮明特點的階段:
1)光伏產業發展初期。這一階段的特點是國家政策的大力支持，為光伏發電提供補貼，保障光伏并網。在此背景下，光伏產業發展相對較快，隨著各種新型光伏技術的不斷涌現，光伏發電系統的成本不斷下降，從2008年的約30元/W降至目前的約5.5元/W。
2)光伏平價上網階段。這一階段的特點是國家保障光伏并網，但沒有電力補貼。自“531”政策出臺以來，光伏產業開始進入這一階段。
3)“光伏+儲能”應用階段。在這個階段，光伏能源形式將取代大多數其他能源形式。當然，這一過程還有很長的路要走，如何獲得超性價比的儲能系統是現階段的核心問題。
目前，光伏產業正處于從第一階段到第二階段的產業拐點，這是一個痛苦的時期。在此期間，光伏發電系統的性價比不足以支持光伏產業實現平價上網。實現奇偶上網有兩條并行的技術路線。一是降低光伏發電系統各個環節的成本，如光伏組件、光伏支架、光伏逆變器等。第二個技術路線進行持續優化研究光伏發電系統集成水平,促進光伏技術的進步,有效地提高系統的發電能力在相同的成本,以適應時代的平價上網。根據第二種方法，可以從兩個方面對光伏發電系統進行集成優化:一是最大限度地提高光伏組件接收的輻射;二是將光能轉化為電能后，如何有效地將光能輸送到電網。本文主要討論如何獲取光伏組件的最大輻射。
單面光伏組件只有一面可以接受太陽輻射，限制了其發電效率。雙面光伏組件接收兩側的光，組件的效率不斷提高，雙面系數可以達到0.8以上，這將是大勢所趨。在此背景下，研究如何充分發揮雙面光伏組件的優勢具有重要意義。當采用固定安裝方式時，雙面光伏組件與單面光伏組件相比，可以實現一定比例的發電效率提升，但僅利用組件背面的北方輻射;如果將雙面光伏組件與跟蹤系統相結合，可以充分利用來自北方方向的輻射，同時也可以有效利用東西方向的輻射。單軸跟蹤系統具有較高的性價比，斜軸跟蹤是單軸跟蹤的主要形式之一。因此，本文分析了雙面光伏組件與傾斜單軸跟蹤和最佳固定傾角的組合。
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采用斜單軸跟蹤雙側光伏組件
將雙面光伏組件與單軸跟蹤相結合，通過計算確定南北向傾角，實現對太陽東西向[2]的天文跟蹤。模塊夜光面上的太陽輻射量包括太陽直射量、天空散射量、以及太陽直射和天空散射同時反射到斜面的部分。斜面總輻射量H可由式(1)計算:
可以看到從圖1和圖2中,“斜單軸跟蹤+雙光伏模塊”方案的生成能力,除了1月,11月,12月略低于“最佳固定角+雙光伏模塊”方案,顯著高于其他月份期間,提出了冬季的傾向和更高的在夏天,它是與太陽輻射的季節特征相符。
夏季，太陽高度角較小，可采用“斜單軸跟蹤+雙面光伏組件”的形式得到較好的匹配，發電量增加比例較大;在冬季,太陽高度角大,跟蹤支架之間的匹配效應與南北12°傾角和雙面光伏模塊將會更糟,因此光伏發電并網發電將增加在一個小比例,甚至低于最優固定傾角安裝方法在幾個月。但從全年來看，綜合考慮支撐成本后，發現“斜單軸跟蹤+雙面光伏組件”是一種性價比較高的方案。理論上，該方案的年發電量比“最優固定傾角+雙面光伏組件”方案高出約15%，值得期待。
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經驗的解決方案
以哈密柳樹泉一處日照條件良好的光伏電站為例進行了現場驗證。模塊采用龍記PERC高效雙面單晶硅光伏模塊，雙面系數0.767，功率355w。支架采用南北向傾角12°，東西向傾角，天文跟蹤的傾斜單軸跟蹤形式，最佳固定傾角40°。每個陣列分別連接到一個8kw的華為逆變器。該工廠于2018年3月13日開始運營，數據收集持續了3個月，直到2018年6月13日。
3.
實證結果與分析
圖4為裝機容量為51.12kw的斜向單軸跟蹤陣列和3個月內最佳固定傾角陣列的理論發電量和實測發電量。
從圖4可以看到,在測量期間從3月13日到6月13日,最優固定傾角的理論發電陣列相對符合測量發電,主要是因為水平平均太陽輻射強度是20年來,和固定支架形式由可變因素影響較小。但斜向單軸跟蹤陣列的實測發電量明顯低于理論值約5%。這是因為跟蹤支架的跟蹤曲線不能完全匹配天文跟蹤模式，所以實測發電量將明顯低于理論發電量。
圖5為3個月內斜向單軸跟蹤陣列相對于最優固定傾角陣列的理論發電量增加量與實際發電量增加量之比。
從圖5可以看出，理論值與實測值總體上在誤差范圍內較為一致。在三個月的測量中，斜向單軸跟蹤陣列的發電量可以提高約18%，預計年增長約15%。
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結論
本文對“最佳固定傾角+雙面光伏組件”和“傾斜單軸跟蹤+雙面光伏組件”方案進行了理論分析，并對哈密地區光伏電站進行了為期3個月的實證研究。實證結果與理論分析吻合較好。傾斜單軸跟蹤方法可以大大提高發電量，而傾斜單軸跟蹤作為單軸跟蹤的主要形式之一，更能體現單軸跟蹤的特點。單軸跟蹤支架成本較低，可靠性好。對于整個光伏發電系統，可以有效提高光伏電站的性價比。同時，單軸跟蹤支架仍有很大的優化和改進空間，值得作為光伏集成技術進行探索，以促進可負擔的互聯網接入。
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