胡湘江

（杭州帷盛科技有限公司，浙江杭州311106）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源需求越來(lái)越大。太陽(yáng)能作為清潔能源，越來(lái)越受到人們的重視。光伏電站現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模投入使用，如何提高光伏電站的光電轉(zhuǎn)換效能，就成為人們研究的重要課題。本文著重討論光伏跟蹤器支架如何有效提高發(fā)電量產(chǎn)出。

當(dāng)今主流的跟蹤器，有平單軸跟蹤器、斜單軸跟蹤器以及雙軸跟蹤器。所采用的跟蹤算法各異，下面著重談?wù)劜捎锰煳乃惴ǖ母櫦夹g(shù)。知道項(xiàng)目地的經(jīng)緯度信息、真太陽(yáng)時(shí)，使用天文算法，計(jì)算出太陽(yáng)的高度角和方位角，調(diào)節(jié)跟蹤器到需要的角度，即可實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)。同理，也可以根據(jù)天文算法計(jì)算出最佳無(wú)陰影遮擋角度，使平單軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)，讓后一排光伏組件避開(kāi)前一排組件的陰影遮擋，我們稱(chēng)之為“逆追蹤”。

下面簡(jiǎn)單談?wù)勊惴ǎ?/p>

1 基本術(shù)語(yǔ)及符號(hào)

因?yàn)槲恼缕邢蓿@里僅作簡(jiǎn)單定義：

α——太陽(yáng)方位角（-180°～+180°）（參照?qǐng)D1，太陽(yáng)光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽(yáng)光下的陰影與正南方向的夾角）；

h——太 陽(yáng) 高 度 角（0～90°）（參照?qǐng)D1，指太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角）；

φ——緯度；

γ——經(jīng)度；

t——當(dāng)?shù)貢r(shí)（小時(shí)）；

T——北京時(shí)（小時(shí)，保留兩位小數(shù)）；

n——自元旦日開(kāi)始天數(shù)（自1月1日開(kāi)始為1，2，3，…）；

δ——赤緯角，表明季節(jié)（日期）的變化；

ω——時(shí)角，表明時(shí)間的變化，當(dāng)?shù)貢r(shí)間12：00時(shí)的時(shí)角為0，前后每隔1 h，增加360/24=15；

B——平單軸跟蹤器南北主軸與太陽(yáng)夾角（參照?qǐng)D2）；

A——平單軸跟蹤角。

圖1 太陽(yáng)高度角和方位角

2 基本計(jì)算公式

根據(jù)經(jīng)度計(jì)算當(dāng)?shù)貢r(shí)間：

從而得到時(shí)角：

圖2 平單軸跟蹤器南北主軸與太陽(yáng)夾角B

計(jì)算當(dāng)日的赤緯角：

計(jì)算太陽(yáng)高度角：

計(jì)算太陽(yáng)方位角：

注：據(jù)此公式算出的角度為0～180°，再據(jù)時(shí)間判斷正負(fù)。計(jì)算夾角B：

得到夾角B，從而我們可以推算出此時(shí)需要的跟蹤角A。

3 正常跟蹤

正常跟蹤時(shí)，跟蹤器上的組件跟隨著太陽(yáng)運(yùn)行軌跡變化運(yùn)動(dòng)。運(yùn)行基本原理是確保組件在東西方向上跟太陽(yáng)光線成直角。跟蹤角A和夾角B恒有以下關(guān)系：A+B=90°，此時(shí)可以得到公式：A=90°-B。

在實(shí)際控制中，可以先通過(guò)各種傳感器檢測(cè)出組件當(dāng)前角度A（S），再計(jì)算此時(shí)正常跟蹤角度A，然后計(jì)算偏差量e（t），根據(jù)得到的偏差值，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整偏差量到目標(biāo)值即可。

4 逆追蹤原理

平單軸跟蹤器如果實(shí)時(shí)跟著太陽(yáng)追蹤，在早上或傍晚太陽(yáng)高度角較小的時(shí)候，前面一排組件會(huì)對(duì)后面一排產(chǎn)生遮擋，從而產(chǎn)生陰影，影響發(fā)電量（圖3）。

圖3 無(wú)逆追蹤算法跟蹤

如果有一種算法，使得早上和傍晚的時(shí)候，組件能夠反向追蹤，使前排組件陰影剛好沒(méi)遮到后排，實(shí)現(xiàn)入射角最大、發(fā)電量最大的目標(biāo)，這就是逆追蹤算法。

下面簡(jiǎn)介逆追蹤算法：

P——東西兩排跟蹤器的節(jié)距；

W——組件排列的尺寸，可以一塊豎排或者多塊。

圖4 有逆追蹤算法跟蹤

以W和P為邊，當(dāng)A+B=90°時(shí)，A為正常跟蹤與逆追蹤的臨界角，此時(shí)的A臨界角記錄為A臨。此時(shí)，隨著時(shí)間的推移，A逐步增大，C逐漸從直角增大，轉(zhuǎn)變?yōu)殁g角（圖4）。

比較A與A臨，A＜A臨時(shí)，正常跟蹤；A＞A臨時(shí)，開(kāi)始逆追蹤。逆追蹤角計(jì)算如下：

此時(shí)計(jì)算出A反后，根據(jù)e（t）=A（S）-A反計(jì)算偏差值，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整偏差量，即可完成逆追蹤進(jìn)程。

5 結(jié)語(yǔ)

據(jù)測(cè)算，早上和傍晚采用逆追蹤算法在同等條件下可提高1%～3%的發(fā)電量；并且可以有效縮小占地面積，提高土地利用率（GCR），降低土地使用成本。所以利用好逆追蹤技術(shù)，是提高跟蹤器廠家競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。