比较分析了固定角+双光伏模块“最好”,采用“斜单轴跟踪+双光伏模块”两种解决方案的光伏发电系统理论和测量输出,结果表明,测量计算理论和斜单轴跟踪+双光伏组件”计划有一定的应用参考价值。
近年来，在国家政策和自身技术进步的大力支持下，光伏产业发展迅速。2017年，中国光伏发电总量占发电总量的1.84%，为中国沙漠治理、节能减排做出了重要贡献。同时，由于光伏产业的快速发展，国家新能源补贴负担加大，光伏产业链的质量无法得到充分保障。在此背景下，2018年5月31日，政府在国家发展和改革委员会的领导下，发布了《关于光伏产业政策调整的通知》，对国家补贴和项目审批进行了重大调整，加快了光伏产业可承受的互联网接入速度。
从国家政策走向和各电源之间的利益平衡来看，光伏产业发展将经历三个具有鲜明特点的阶段:
1)光伏产业发展初期。这一阶段的特点是国家政策的大力支持，为光伏发电提供补贴，保障光伏并网。在此背景下，光伏产业发展相对较快，随着各种新型光伏技术的不断涌现，光伏发电系统的成本不断下降，从2008年的约30元/W降至目前的约5.5元/W。
2)光伏平价上网阶段。这一阶段的特点是国家保障光伏并网，但没有电力补贴。自“531”政策出台以来，光伏产业开始进入这一阶段。
3)“光伏+储能”应用阶段。在这个阶段，光伏能源形式将取代大多数其他能源形式。当然，这一过程还有很长的路要走，如何获得超性价比的储能系统是现阶段的核心问题。
目前，光伏产业正处于从第一阶段到第二阶段的产业拐点，这是一个痛苦的时期。在此期间，光伏发电系统的性价比不足以支持光伏产业实现平价上网。实现奇偶上网有两条并行的技术路线。一是降低光伏发电系统各个环节的成本，如光伏组件、光伏支架、光伏逆变器等。第二个技术路线进行持续优化研究光伏发电系统集成水平,促进光伏技术的进步,有效地提高系统的发电能力在相同的成本,以适应时代的平价上网。根据第二种方法，可以从两个方面对光伏发电系统进行集成优化:一是最大限度地提高光伏组件接收的辐射;二是将光能转化为电能后，如何有效地将光能输送到电网。本文主要讨论如何获取光伏组件的最大辐射。
单面光伏组件只有一面可以接受太阳辐射，限制了其发电效率。双面光伏组件接收两侧的光，组件的效率不断提高，双面系数可以达到0.8以上，这将是大势所趋。在此背景下，研究如何充分发挥双面光伏组件的优势具有重要意义。当采用固定安装方式时，双面光伏组件与单面光伏组件相比，可以实现一定比例的发电效率提升，但仅利用组件背面的北方辐射;如果将双面光伏组件与跟踪系统相结合，可以充分利用来自北方方向的辐射，同时也可以有效利用东西方向的辐射。单轴跟踪系统具有较高的性价比，斜轴跟踪是单轴跟踪的主要形式之一。因此，本文分析了双面光伏组件与倾斜单轴跟踪和最佳固定倾角的组合。
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采用斜单轴跟踪双侧光伏组件
将双面光伏组件与单轴跟踪相结合，通过计算确定南北向倾角，实现对太阳东西向[2]的天文跟踪。模块夜光面上的太阳辐射量包括太阳直射量、天空散射量、以及太阳直射和天空散射同时反射到斜面的部分。斜面总辐射量H可由式(1)计算:
可以看到从图1和图2中,“斜单轴跟踪+双光伏模块”方案的生成能力,除了1月,11月,12月略低于“最佳固定角+双光伏模块”方案,显著高于其他月份期间,提出了冬季的倾向和更高的在夏天,它是与太阳辐射的季节特征相符。
夏季，太阳高度角较小，可采用“斜单轴跟踪+双面光伏组件”的形式得到较好的匹配，发电量增加比例较大;在冬季,太阳高度角大,跟踪支架之间的匹配效应与南北12°倾角和双面光伏模块将会更糟,因此光伏发电并网发电将增加在一个小比例,甚至低于最优固定倾角安装方法在几个月。但从全年来看，综合考虑支撑成本后，发现“斜单轴跟踪+双面光伏组件”是一种性价比较高的方案。理论上，该方案的年发电量比“最优固定倾角+双面光伏组件”方案高出约15%，值得期待。
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经验的解决方案
以哈密柳树泉一处日照条件良好的光伏电站为例进行了现场验证。模块采用龙记PERC高效双面单晶硅光伏模块，双面系数0.767，功率355w。支架采用南北向倾角12°，东西向倾角，天文跟踪的倾斜单轴跟踪形式，最佳固定倾角40°。每个阵列分别连接到一个8kw的华为逆变器。该工厂于2018年3月13日开始运营，数据收集持续了3个月，直到2018年6月13日。
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实证结果与分析
图4为装机容量为51.12kw的斜向单轴跟踪阵列和3个月内最佳固定倾角阵列的理论发电量和实测发电量。
从图4可以看到,在测量期间从3月13日到6月13日,最优固定倾角的理论发电阵列相对符合测量发电,主要是因为水平平均太阳辐射强度是20年来,和固定支架形式由可变因素影响较小。但斜向单轴跟踪阵列的实测发电量明显低于理论值约5%。这是因为跟踪支架的跟踪曲线不能完全匹配天文跟踪模式，所以实测发电量将明显低于理论发电量。
图5为3个月内斜向单轴跟踪阵列相对于最优固定倾角阵列的理论发电量增加量与实际发电量增加量之比。
从图5可以看出，理论值与实测值总体上在误差范围内较为一致。在三个月的测量中，斜向单轴跟踪阵列的发电量可以提高约18%，预计年增长约15%。
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结论
本文对“最佳固定倾角+双面光伏组件”和“倾斜单轴跟踪+双面光伏组件”方案进行了理论分析，并对哈密地区光伏电站进行了为期3个月的实证研究。实证结果与理论分析吻合较好。倾斜单轴跟踪方法可以大大提高发电量，而倾斜单轴跟踪作为单轴跟踪的主要形式之一，更能体现单轴跟踪的特点。单轴跟踪支架成本较低，可靠性好。对于整个光伏发电系统，可以有效提高光伏电站的性价比。同时，单轴跟踪支架仍有很大的优化和改进空间，值得作为光伏集成技术进行探索，以促进可负担的互联网接入。
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