應用于高原山地光伏電站的平單軸光伏發電跟蹤系統的優化

葉升鵬，張 新，姜 超，白梁儒，楊 浩

(中廣核新能源投資(深圳)有限公司四川分公司，成都 610031)

0 引言

隨著《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》的發布，并結合我國“2030年碳達峰，2060年碳中和”的能源布局遠景目標，預計在2025年末，我國光伏發電的裝機規模有望超過500 GW。由于平原低海拔地區的人口密度大、可利用土地面積少、土地審批難度大、租賃成本高，且太陽能資源相對匱乏，因此，隨著光伏產業的不斷發展和擴大，太陽能資源相對豐富、海拔較高、地形較為復雜的高原山區成為當前光伏發電開發的重點區域。此外，由于光伏發電標桿上網電價不斷下降，作為提高光伏發電系統發電效率的有效手段，光伏發電跟蹤技術將被廣泛運用。光伏發電跟蹤技術通過控制光伏組件對太陽直射光線的持續追蹤，以便在相同的光伏組件容量下獲取更多的太陽輻照量，從而實現光伏發電系統發電效率的提升，并提高項目收益率。

目前，光伏發電跟蹤系統的設計和應用依然處于初期階段，其在設計和運行方面暴露出了較多問題。基于此，本文以我國西部地區某高原山地光伏電站為例，對該電站采用的平單軸光伏發電跟蹤系統的實際運行狀況進行了深入研究和分析，并對該系統采用的常規反陰影遮擋跟蹤策略進行了優化，設計了坡地反陰影遮擋跟蹤策略，從而提高了平單軸光伏發電跟蹤系統的穩定性，并提高了光伏電站的發電量。

1 光伏發電跟蹤系統的概述及應用現狀

1.1 光伏發電跟蹤系統的介紹

光伏發電跟蹤系統能使光伏組件正面的朝向根據光照情況進行調整，清晨和傍晚時段可減小光伏組件與太陽直射光線之間的夾角，以獲取更多的太陽輻照量，從而有效提高光伏發電跟蹤系統上安裝的光伏組件的光電轉換效率。有實驗室數據表明，在同等裝機容量且占地面積基本不變的情況下，與采用固定式光伏支架的光伏發電系統相比，采用平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏發電系統的發電效率得到大幅提升，約可提高20%～25%[1]。

1.2 平單軸光伏發電跟蹤系統的工作原理

目前，山地光伏電站中使用率最高的光伏發電跟蹤系統是平單軸光伏發電跟蹤系統。平單軸光伏發電跟蹤系統通過電機驅動擺臂或齒輪，從而帶動鋼結構支架上的轉動軸轉動；光伏組件固定安裝在鋼結構支架上，隨著轉動軸的轉動，光伏組件按照東西方向進行跟蹤[2]，以此實現光伏組件正面對太陽直射光線的持續跟蹤；平單軸光伏發電跟蹤系統的支架以南北方向排布。

1.3 平單軸光伏發電跟蹤系統的典型設計

由于我國位于北半球，根據太陽的運行規律，一年中冬至日時太陽高度角最小，夏至日時太陽高度角最大，并且一天中的太陽高度角在不斷變化。經過理論計算并結合長期的運行經驗可以知道，平單軸光伏發電跟蹤系統的典型設計為其以南北向固定安裝于山地坡面上，并進行東西向跟蹤，跟蹤角度范圍為±45°[3]。

2 平單軸光伏發電跟蹤系統在高原山地光伏電站中應用時存在的問題及分析

雖然平單軸光伏發電跟蹤系統的結構靈活多變，可適用于各類光伏電站，但在實際的光伏發電項目建設中，受地形坡度、施工過程、安裝質量等因素的影響，平單軸光伏發電跟蹤系統普遍存在可靠性較低的情況，這會導致光伏發電系統的發電能力下降。

2.1 平單軸光伏發電跟蹤系統對其基礎的破壞

對實地檢測的數據進行分析后發現，大量的平單軸光伏發電跟蹤系統在跟蹤運行時，其跟蹤角度極限值超過了±45°這個范圍，這會影響光伏發電跟蹤系統的可靠性和穩定性。為此，對平單軸光伏發電跟蹤系統進行不同情況下的力學分析，以研究該情況對其基礎產生的影響。

在不考慮地形坡度影響的情況下，即當平單軸光伏發電跟蹤系統安裝在水平面上時，其力學模型如圖1所示。圖中：F為電機作用在擺臂上的力；Fx為擺臂所受合力在水平方向上的分力；Fy為擺臂所受合力在垂直方向上的分力；G為該平單軸光伏發電跟蹤系統上安裝的所有光伏組件的自身重力；L1為平單軸光伏發電跟蹤系統轉動軸受力點至光伏組件重心間的長度；L2為平單軸光伏發電跟蹤系統轉動軸受力點至擺臂下端的長度；α為光伏組件和水平面之間的夾角。

圖1 平單軸光伏發電跟蹤系統安裝在水平面上時的受力分析Fig. 1 Force analysis of horizontal single-axis PV power generation tracking system installed on horizontal plane

在不考慮地形坡度影響的情況下，即當平單軸光伏發電跟蹤系統安裝在水平面上時，其擺臂受到的作用力可表示為：

在考慮地形坡度的情況下，當平單軸光伏發電跟蹤系統安裝在東西方向的斜坡上時，受山地坡度的影響，斜坡面和水平面之間會存在一定的夾角，即坡度角β。此時平單軸光伏發電跟蹤系統的力學模型如圖2所示。

圖2 平單軸光伏發電跟蹤系統安裝在東西方向斜坡上時的受力分析Fig. 2 Force analysis of horizontal single-axis PV power generation tracking system installed on East-West slope

在考慮地形坡度的情況下，當平單軸光伏發電跟蹤系統安裝在東西方向的斜坡上時，其擺臂受到的作用力可表示為：

從式(1)可以看出，當平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度為0°時，擺臂在水平方向上受到的作用力為零；在平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度由0°上升至45°的過程中，擺臂受到的作用力不斷增大，當跟蹤角度達到45°時，擺臂所受的作用力達到設計上限值。在考慮地形坡度這一概念后，擺臂所受的作用力會大于其在水平面上時所受的作用力，從而使平單軸光伏發電跟蹤系統實際的跟蹤角度超過其在水平面上時設計的跟蹤角度。

地形坡度越大，擺臂受到的作用力越突出。根據作用力和反作用力原理，當作用于平單軸光伏發電跟蹤系統擺臂的力過大時，其樁基礎受到的作用力也會過大，若長時間如此，將會對樁基礎造成持續性破壞。通過實地考察后發現，當平單軸光伏發電跟蹤系統的追蹤角度長期超過其設計的跟蹤角度范圍運行時，其基礎受損的比例遠高于跟蹤角度在設計的跟蹤角度范圍內運行的平單軸光伏發電跟蹤系統。

2.2 平單軸光伏發電跟蹤系統電機過負荷跳閘

當平單軸光伏發電跟蹤系統的擺臂角度的范圍超時±45°時，會導致平單軸光伏發電跟蹤系統的電氣過負荷，從而引發大量平單軸光伏發電跟蹤系統失效，造成整個光伏發電系統的發電能力下降。

平單軸光伏發電跟蹤系統電機的輸出轉矩T可表示為：

式中：P為平單軸光伏發電跟蹤系統電機的功率；n為平單軸光伏發電跟蹤系統電機的轉速；I為平單軸光伏發電跟蹤系統電機的電流；U為平單軸光伏發電跟蹤系統電機的電壓。

由式(3)可以看出，當平單軸光伏發電跟蹤系統的擺臂運行到超過±45°這個跟蹤角度范圍時，平單軸光伏發電跟蹤系統所受轉矩會遠超其額定轉矩，此時為了避免因平單軸光伏發電跟蹤系統運行產生的陰影遮擋帶來的不利影響，就需要采取反陰影遮擋措施進行折返運行。此外，由于山地存在坡度，平單軸光伏發電跟蹤系統電機在逆坡折返時的負荷會更大，這將引起平單軸光伏發電跟蹤系統電機過負荷，導致電機的電氣回路跳閘，從而使整個平單軸光伏發電跟蹤系統跟蹤失效，大幅降低了光伏發電系統的發電效率。

以平單軸光伏發電跟蹤系統設計的跟蹤角度為45°、山地坡度角為10°為例進行分析，此時平單軸光伏發電跟蹤系統電機的實際電流比額定值超出了35.85%。

2.3 陰影遮擋對光伏組串輸出功率的影響

光伏電站中，是將光伏組件串聯成光伏組串運行，當前、后排光伏組串之間發生陰影遮擋時，每塊光伏組件受到的太陽輻照度會存在不同，將導致各個光伏組串產生失配問題；嚴重時甚至還會產生局部熱斑效應，導致整個光伏組件受損，使整個光伏發電系統的穩定性和安全性受到沖擊[4]。

以某高原山地光伏電站中的某串光伏組串為例，分析陰影遮擋對其輸出功率產生的影響。該光伏組串采用輸出功率為350 W的光伏組件，選取其中2塊相鄰的光伏組件，其中一塊光伏組件存在部分陰影遮擋，另一塊光伏組件無陰影遮擋，對這2塊光伏組件的輸出功率進行測試，其P-U輸出特性曲線如圖3所示。

從圖3中可以看出，在太陽輻照度相同的情況下，無陰影遮擋的光伏組件的峰值功率為345 W，而存在部分陰影遮擋的光伏組件的峰值功率為276 W。通過這2個數據可以看出，即使只存在小部分的陰影遮擋，也會大幅影響相鄰光伏組件的輸出功率，從而影響其所在光伏組串的總輸出功率。

圖3 有陰影遮擋和無陰影遮擋時光伏組件的P-U輸出特性曲線對比Fig. 3 Comparison of P-U output characteristic curves of PV modules with and without shadow occlusion

由此可知，陰影遮擋對光伏電站發電量的影響巨大，所以為解決平單軸光伏發電跟蹤系統在實際跟蹤過程中出現的陰影遮擋問題，需要采用反陰影遮擋跟蹤策略，尤其是當光伏組串安裝在東西方向坡度的地形上時，更加應該對平單軸光伏發電跟蹤系統產生的陰影遮擋予以控制。

2.4 常規反陰影遮擋跟蹤策略的弊端

在設計時，前、后排光伏組串的間距均遵循“北半球冬至日09:00～15:00之間前后排光伏組串無遮擋”這一原則。但通過實際經驗發現，在夏至日09:00前和15:00后太陽輻照度仍然很強，使夏至日前、后排光伏組串產生陰影遮擋的時間點還有裕度，這導致對太陽能的利用不充分。

太陽高度角不同時前、后排光伏組串的陰影遮擋情況如圖4所示。

圖4 太陽高度角不同時前、后排光伏組串的陰影遮擋情況Fig. 4 Shadow occlusion of front and back PV strings with different solar altitude angles

此外，平單軸光伏發電跟蹤系統在實際運行時可能出現擺臂角度大于±45°這個跟蹤角度范圍的情況，導致常規的反陰影遮擋跟蹤策略在冬季早、晚并不能達到最佳運行效果，從而使整個光伏發電系統的發電量損失較大[4]。

在夏至日的15:00以后，采用常規反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統開始折返運行。但如前文所說，此時的太陽輻照度依然處于較高水平，直到16:30左右，前、后排光伏組串才開始出現陰影遮擋情況。所以在夏至日時，平單軸光伏發電跟蹤系統若采用常規的反陰影遮擋跟蹤策略，則相當于損失了約1.5 h的高效率太陽跟蹤。

與此相反，在冬至日的15:00左右，前、后排光伏組串之間已經產生了嚴重的相互遮擋現象，由于常規的反陰影遮擋跟蹤策略導致平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤滯后，最終影響整個光伏發電系統的發電效率。

選取前、后相鄰的2個光伏組串，對采用常規反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤情況進行仿真。夏至日時，該平單軸光伏發電跟蹤系統于09:00開始跟蹤，此時的跟蹤角度為45°；15:00時停止跟蹤，此時的跟蹤角度達到-45°；跟蹤角度每15 min轉動3.75°。夏至日時后排被遮擋光伏組串的陰影遮擋情況如圖5所示。

圖5 夏至日時后排被遮擋光伏組串的陰影遮擋情況Fig. 5 Shadow occlusion of PV string in the back row at summer solstice

從圖5可以看出，夏至日時，09:00時產生陰影遮擋的面積占整個光伏組串面積的比例為12.65%，15:00時產生陰影遮擋的面積占整個光伏組串面積的比例為8.96%。

冬至日時，采用該常規反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統于09:00開始跟蹤，此時的跟蹤角度為45°；15:00時停止跟蹤，此時的跟蹤角度為-45°；跟蹤角度每15 min轉動3.75°。冬至日時后排被遮擋光伏組串的陰影遮擋情況如圖6所示。

圖6 冬至日時后排被遮擋光伏組串的陰影遮擋情況Fig. 6 Shadow occlusion of PV string in the back row at winter solstice

從圖6可以看出，冬至日時，09:00時產生陰影遮擋的面積占整個光伏組串面積的比例為23.99%，15:00時產生陰影遮擋的面積占整個光伏組串面積的比例為18.43%。

綜上分析，按照目前采用常規反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的設計，在夏至日和冬至日光伏組串均出現了不同程度的陰影遮擋情況，相較于冬至日時的遮擋程度，該平單軸光伏發電跟蹤系統在夏至日時對光伏組串陰影遮擋面積和陰影遮擋時間方面的不利影響均更為嚴重。

3 應用于高原山地光伏電站的平單軸光伏發電跟蹤系統的優化方法

為使某高原山地光伏電站在實際運行過程中的故障率(包括由熱斑引起的光伏組件故障、由平單軸光伏發電跟蹤系統電機頻繁過載導致的電機跳閘、平單軸光伏發電跟蹤系統中支架的樁基礎的損壞)得到有效控制，光伏電站的發電量得以提升，對當前常規的反陰影遮擋跟蹤策略進行優化，并進行實踐應用。

3.1 無陰影遮擋的優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的制定原理

從向量的角度考慮，四邊形內部任意一點與四邊形的4個頂點連接，組成的4個向量角的總和為360°。

以前、后相鄰的2塊光伏組件為例，對這2塊光伏組件之間的陰影遮擋確定方法進行分析，示意圖如圖7所示。圖中：ABCD為后排光伏組件，EFGH為前排光伏組件；∠Cs為頂點C與光伏組件EFGH上4個頂點連線形成的夾角(即圖中的∠ECF、∠FCG、∠GCH、∠ECH)的和。

圖7 前、后排相鄰的2塊光伏組件之間的陰影遮擋確定方法示意圖Fig. 7 Schematic diagram of shadow occlusion determination method between two PV modules in adjacent front and back rows

∠Cs的計算式可表示為：

根據前面所說原理，若∠Cs＜ 360°，則說明光伏組件EFGH的陰影不在后排光伏組件ABCD內部。因此，可以據此來判斷前排光伏組串的陰影與后排光伏組串的表面是否會重疊。

3.2 采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的仿真

對采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度進行仿真。在不考慮坡度角的情況下，夏至日和冬至日這2個典型日期時，采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度和光伏組串的陰影遮擋情況，分別如圖8、圖9所示。

圖9 冬至日時，采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度和光伏組串的陰影遮擋情況Fig. 9 At the winter solstice，tracking angle of horizontal single-axis PV power generation tracking system and shadow occlusion of PV string using optimized anti shadow occlusion tracking strategy

從圖8可以看出，夏至日時，采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統于07:00時開始跟蹤，跟蹤角度為19.58°，此時

圖8 夏至日時，采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度和光伏組串的陰影遮擋情況

Fig. 8 At the summer solstice，tracking angle of horizontal single-axis PV power generation tracking system and shadow occlusion of PV string using optimized anti shadow occlusion tracking strategy陰影遮擋面積占整個光伏組串面積的比例為0.96%；18:30時，該光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度為-26.71°，此時陰影遮擋面積占整個光伏組串面積的比例為1.41%。

從圖9可以看出，冬至日時，采用優化后的反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統于08:00時開始跟蹤，跟蹤角度為19.68°，此時陰影遮擋面積占整個光伏組串面積的比例為0.15%；17:00時，該光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度為-17.22°，此時陰影遮擋面積占整個光伏組串面積的比例為0.87%。

在考慮地形坡度影響的情況下，再次對該平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度進行修正，引入坡度角參數，得到坡地反陰影遮擋跟蹤策略，并進行仿真。以東西向坡度為例，夏至日時，坡度角分別為5°和-5°時采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度仿真效果如圖10～圖11所示；冬至日時，坡度角分別為5°和-5°時采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度仿真結果如圖12～圖13所示。

圖10 夏至日時，坡度角為5°時采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度Fig. 10 Tracking angle of horizontal single-axis PV power generation tracking system using slope anti shadow occlusion tracking strategy when slope angle is 5°at the summer solstice

圖11 夏至日時，在坡度角為-5°時采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度Fig. 11 Tracking angle of horizontal single-axis PV power generation tracking system using slope anti shadow occlusion tracking strategy when slope angle is-5°at the summer solstice

圖12 冬至日時，坡度角為5°時采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度Fig. 12 Tracking angle of horizontal single-axis PV power generation tracking system using slope anti shadow occlusion tracking strategy when slope angle is 5°at the winter solstice

圖13 冬至日時，坡度角為-5°時采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度Fig. 13 Tracking angle of horizontal single-axis PV power generation tracking system using slope anti shadow occlusion tracking strategy when slope angle is -5°at the winter solstice

3.3 不同安裝參數下的坡地反陰影遮擋跟蹤策略的優化方法

根據地形分布及光伏組串的安裝位置，對平單軸光伏發電跟蹤系統采用的坡地反陰影遮擋跟蹤策略進行優化調整。以目前某在運高原山地光伏電站為例，結合該光伏電站實際的地形情況，在確保其采用的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度不超限的同時，對因擺臂在逆坡折返時受力過載造成的平單軸光伏發電跟蹤系統受損問題進行控制。

本高原山地光伏電站共分13個光伏區，因高原山地的地形復雜，導致每個光伏區的坡度都存在差異。坡地反陰影遮擋跟蹤策略中增加了參數坡度角β。選取某一光伏區內的相鄰的8串光伏組串進行實地勘察測量，1串光伏組串安裝在1個平單軸光伏發電跟蹤系統上。8串光伏組串對應的平單軸光伏發電跟蹤系統中支架的實測安裝參數如表1所示。表中：以1#平單軸光伏發電跟蹤系統中支架與其樁基礎的連接點在各方向上的坐標值(0, 0)為基準；X為2#～8#平單軸光伏發電跟蹤系統中支架與其樁基礎連接點在東西方向上與1#平單軸光伏發電跟蹤系統中支架與其樁基礎連接點的距離；Z為2#～8#平單軸光伏發電跟蹤系統中支架與其樁基礎連接點在南北方向上與1#平單軸光伏發電跟蹤系統中支架與其樁基礎連接點的距離；R為各平單軸光伏發電跟蹤系統中支架的高度；L為每串光伏組串的寬度(即16塊光伏組件的整體寬度)；H為在平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度取極限值時，各支架上安裝的光伏組件最下方與支架樁基礎之間的垂直距離。從表1可以看出，該光伏區地形確實存在高低不一、坡度角不同的情況。

表1 平單軸光伏發電跟蹤系統中支架的實測安裝參數Table 1 Measured installation parameters of bracket of horizontal single-axis PV power generation tracking system

在清晨和傍晚時，采用常規反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統控制光伏組件保持在水平0°的位置。但是引入坡度角這一參數后，坡地反陰影遮擋跟蹤策略不要求平單軸光伏發電跟蹤系統控制光伏組件保持在水平0°的位置。以東西坡度角為9°時安裝的相鄰的8串光伏組串為例，日落時，采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略的平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度無需保持在水平0°的位置，只需調整坡地反陰影遮擋跟蹤策略，使平單軸光伏發電跟蹤系統的跟蹤角度與坡度角相同，即保持水平夾角9°即可，如此直至太陽落山，8串光伏組串均可最大限度地吸收太陽輻照。太陽落山以后，光伏組件均回到水平0°的位置并保持，等待新一天的開始。

4 坡地反陰影遮擋跟蹤策略的實驗驗證及結果分析

4.1 優化目標電站介紹

本次實驗對象選取了位于我國西部地區高原山地的某在運光伏電站，該光伏電站的總裝機容量為30 MW，采用350 W的高效雙玻單晶硅光伏組件。整個光伏電站共采用689套平單軸光伏發電跟蹤系統，其支架均為南北向固定安裝、東西向跟蹤。選擇其中8串光伏組串采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統，對坡地陰影遮擋跟蹤策略進行驗證。

坡地反陰影遮擋跟蹤策略的設計原則為：保證冬至日09:00～15:00期間東西方向相鄰的光伏組串之間不會形成陰影遮擋。平單軸光伏發電跟蹤系統設計的跟蹤角度范圍為±45°，每15 min由步進電機帶動轉動軸進行跟蹤角度的調整，單次調整的跟蹤角度為3.75°。

4.2 坡地反陰影遮擋跟蹤策略對8串光伏組串陰影遮擋面積的影響

在夏至日和冬至日這2個典型日，分別分析平單軸光伏發電跟蹤系統采用常規反陰影遮擋跟蹤策略和坡地反陰影遮擋跟蹤策略(下文分別簡稱為“優化前的平單軸光伏發電跟蹤系統”和“優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統”)時，對8串光伏組串陰影遮擋面積的影響，分析結果如圖14、圖15所示。

圖14 夏至日時，分別采用優化前、后平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏組串的陰影遮擋情況Fig. 14 At the summer solstice，shadow occlusion of PV strings by horizontal single-axis PV power generation tracking system before and after optimization is adopted respectively

圖15 冬至日時，分別采用優化前、后平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏組串的陰影遮擋情況Fig. 15 At the winter solstice，shadow occlusion of PV strings by horizontal single-axis PV power generation tracking system before and after optimization is adopted respectively

從圖14～圖15可以看出，在夏至日，與采用優化前的平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏組串相比，采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏組串的陰影遮擋面積由4.7%降至0.5%；在冬至日，與采用優化前的平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏組串相比，采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏組串的陰影遮擋面積由6.7%降至1.8%。

4.3 優化前、后平單軸光伏發電跟蹤系統的可靠性對比分析

為分析優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統的可靠性，以該高原山地光伏電站全部采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統為條件，按月統計該電站故障次數，并與采用優化前的平單軸光伏發電跟蹤系統時光伏電站的故障次數進行對比，具體如表2所示。

由表2可知，該光伏電站采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統后，其年總故障次數由456次降至21次，故障率降了95%；而且在4～6月，該光伏電站連續3個月未出現故障。

表2 光伏電站分別采用優化前、后的平單軸光伏發電跟蹤系統時的故障次數Table 2 Failure times when PV power station adopts horizontal single-axis PV power generation tracking system before and after optimization respectively

4.4 光伏電站分別采用優化前、后的平單軸光伏發電跟蹤系統后的發電量對比分析

在對平單軸光伏發電跟蹤系統采用的常規反陰影遮擋跟蹤策略進行優化后，對所有平單軸光伏發電跟蹤系統中的支架進行加固，然后對采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統的光伏電站發電量按月進行了數據收集。光伏電站分別采用優化前、后的平單軸光伏發電跟蹤系統時的發電量情況如表3所示。

由表3可知，采用優化后的平單軸光伏發電跟蹤系統后，光伏電站的年發電量由5659.80萬kWh提升至5867.38萬kWh，年發電量提升了207.58萬kWh，提升比例為3.67%。由此可以證明，本文設計的坡地反陰影遮擋跟蹤策略可以提高平單軸光伏發電跟蹤系統的穩定性，并可以提高整個光伏電站的發電量。

表3 光伏電站分別采用優化前、后的平單軸光伏發電跟蹤系統時的發電量情況Table 3 Situation of power generation when PV power station adopts horizontal single-axis PV power generation tracking system before and after optimization respectively

5 結論

本文從平單軸光伏發電跟蹤系統采用的反陰影遮擋跟蹤策略，以及影響高原山地地區光伏電站發電量和設備可靠性的因素入手，對應用于高原山地光伏電站的平單軸光伏發電跟蹤系統的反陰影遮擋跟蹤策略進行了優化研究，引入地形坡度角參數，設計了坡地反陰影遮擋跟蹤策略，并提出了具體的優化措施。經過實驗驗證，采用坡地反陰影遮擋跟蹤策略使平單軸光伏發電跟蹤系統的穩定性得到了提升，并且提高了整個光伏電站的發電量。