淺談光伏平單軸跟蹤器逆追蹤算法

胡湘江

（杭州帷盛科技有限公司，浙江杭州311106）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，能源需求越來越大。太陽能作為清潔能源，越來越受到人們的重視。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)。知道項目地的經(jīng)緯度信息、真太陽時，使用天文算法，計算出太陽的高度角和方位角，調(diào)節(jié)跟蹤器到需要的角度，即可實時跟蹤太陽。同理，也可以根據(jù)天文算法計算出最佳無陰影遮擋角度，使平單軸反向轉(zhuǎn)動，讓后一排光伏組件避開前一排組件的陰影遮擋，我們稱之為“逆追蹤”。

下面簡單談?wù)勊惴ǎ?/p>

1 基本術(shù)語及符號

因為文章篇幅有限，這里僅作簡單定義：

α——太陽方位角（-180°～+180°）（參照圖1，太陽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光下的陰影與正南方向的夾角）；

h——太 陽 高 度 角（0～90°）（參照圖1，指太陽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（小時）；

T——北京時（小時，保留兩位小數(shù)）；

n——自元旦日開始天數(shù)（自1月1日開始為1，2，3，…）；

δ——赤緯角，表明季節(jié)（日期）的變化；

ω——時角，表明時間的變化，當(dāng)?shù)貢r間12：00時的時角為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夾角（參照圖2）；

A——平單軸跟蹤角。

圖1 太陽高度角和方位角

2 基本計算公式

根據(jù)經(jīng)度計算當(dāng)?shù)貢r間：

從而得到時角：

圖2 平單軸跟蹤器南北主軸與太陽夾角B

計算當(dāng)日的赤緯角：

計算太陽高度角：

計算太陽方位角：

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

得到夾角B，從而我們可以推算出此時需要的跟蹤角A。

3 正常跟蹤

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

在實際控制中，可以先通過各種傳感器檢測出組件當(dāng)前角度A（S），再計算此時正常跟蹤角度A，然后計算偏差量e（t），根據(jù)得到的偏差值，驅(qū)動執(zhí)行機構(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時跟著太陽追蹤，在早上或傍晚太陽高度角較小的時候，前面一排組件會對后面一排產(chǎn)生遮擋，從而產(chǎn)生陰影，影響發(fā)電量（圖3）。

圖3 無逆追蹤算法跟蹤

如果有一種算法，使得早上和傍晚的時候，組件能夠反向追蹤，使前排組件陰影剛好沒遮到后排，實現(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，A為正常跟蹤與逆追蹤的臨界角，此時的A臨界角記錄為A臨。此時，隨著時間的推移，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，正常跟蹤；A＞A臨時，開始逆追蹤。逆追蹤角計算如下：

此時計算出A反后，根據(jù)e（t）=A（S）-A反計算偏差值，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整偏差量，即可完成逆追蹤進程。

5 結(jié)語

據(jù)測算，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爭力的有效手段之一。