光伏产业应用创新方向何在？

3.4、反向跟踪技术和原理

由图13可知，如果设计光伏跟踪方阵8：00对准太阳，则8：00对准太阳开始，光伏方阵将自东向西跟着太阳转动，直到傍晚的设计位置。然而早晨自太阳出升到方阵对准太阳，以及下午从设计位置直到太阳落山，光伏方阵如果不采取措施，则东西方向的方阵必然会相互遮挡。

对于跟踪方阵，为了避免从日出到对准太阳的时段光伏方阵不受遮挡，则需采用反向跟踪技术。IEC/TS62727-2012《太阳跟踪器》技术标准中对太阳跟踪器有反向跟踪的要求。所谓反向跟踪技术，就是当太阳出升时，光伏方阵调整到水平放置，随着太阳升起，光伏方阵逐渐向东转动（而不是跟着太阳自东向西转动），在逐渐对准太阳的同时，避免相互遮挡，直到完全对准太阳。对准太阳之后，光伏方阵开始正常地自东向西随着太阳转动。下午时，在达到设计位置后，光伏方阵又开始自西向东反方向转动，始终避免方阵之间相互遮挡，直至放平。反向跟踪技术可使采用太阳跟踪器的光伏方阵完全避免遮挡，早晚的发电量至少可提高3%～5%。固定方阵由于没有调整能力，反而多多少少会存在遮挡。

赤道坐标跟踪系统反向跟踪时段的不遮挡倾角设计如图14所示。

由图14可知，方阵东西向轴间距D为设计间距，D已知。任意时刻方阵不遮挡倾角可由如下方程求得。

式中，D为光伏方阵轴间距；K为光伏方阵的宽度；Z为光伏方阵的倾角；r为方阵主轴方向，向南，r=0°；sinβ=cosδsinω/cosα；sinα=sinφsinδ+cosφcosδcosω。

当地纬度φ、赤纬角（日期）δ确定后，可计算出太阳出升后每5min的太阳高度角和方位角，再通过式（5）可得到不遮挡倾角。地平坐标跟踪系统“反向跟踪”时段的不遮挡倾角设计如图15所示。

由图15可知，方阵东西向轴间距DZEW为设计间距，DZEW已知，从DZEW可求出东西向任意时刻的方阵间距D，且对于地平坐标跟踪系统，总有方阵方位角等于太阳方位角，即β=r。任意时刻方阵不遮挡倾角可由以下方程求得。

式中，D为东西向光伏方阵间距，D=DZEWsinβ，其中β=r′，r′为方阵方位角；L为光伏方阵的宽度（已知）；Z为光伏方阵的倾角；r′为方阵方位角。由式（6）可计算出太阳出升后每5min的光伏方阵不遮挡倾角。

4、结论

降低光伏系统归一化度电成本LCOE，除了要降低光伏部件和系统的造价外，还应当注意其他LCOE的影响因素，如光伏系统的运行维护成本，更重要的是提高光伏系统寿命期的发电量。本文详细介绍了光伏-逆变器最优容量比、太阳跟踪器及反向跟踪技术，其他提高系统发电量的措施还有分布式最大功率跟踪（MPPT）或组串逆变器、光伏电站智能运维系统、提高光伏电站的能效比（PR）等。采用多项应用技术创新可比常规光伏电站降低LCOE40%，或者说能在常规电站基础上有效提高40%的净收益。

中美于2014年11月12日共同发表了《中美气候变化联合声明》，中国计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰，并计划到2030年将非化石能源占一次能源消费比重约提高到20%。为达上述非化石能源20%目标，非化石能源贡献预计要达到12亿t标准煤。根据部分机构的预测，2030年水电装机4亿kW、核电1.5亿kW、风电4亿kW、光伏6亿kW。从现在起，要求光伏每年装机不少于35GW。如此大的规模，完全依赖国家补贴是不可能实现的。

新的能源转型战略提出了新的20%的非化石能源目标；新的目标导致新的装机规模为6亿kW；新的装机规模要求平价上网时间更快到来。中国可再生能源学会光伏专委会编制的“中国光伏发电发展路线图”中提出，2020年实现用电侧平价上网，光伏上网电价低于0.8元/kWh；2025年实现发电侧平价上网，达到0.5～0.6元/kWh。按照新的要求，2020年就必须实现光伏发电全面达到平价上网，即光伏上网电价达到0.5～0.6元/kWh，不再需要国家补贴。这就要求光伏电价要从现在的0.9～1.0元/kWh下降40%～50%。通过光伏制造业和应用技术创新的共同努力，这一目标是完全可以实现的。

LcosZ+（LsinZ）/tanα=D（6）

KcosZ+（KsinZ）cos（β-r）/tanα=D（5）

cosθ=cosZ′sinφsinδ+cosZ′cosφcosδcosω+sinZ′sinγcosδsinω+sinZ′cosγsinφcosδcosω-sinZ′cosγcosφsinδ（4）

sinZ′cosγ=-cosZsinz+sinZcoszcosΩ（3）

cosZ′=sinZsinz+cosZcoszcosΩsinZ′sinγ=sinΩcosz

cosθ=cosZ′sinα+sinZ′cosαcos（γ-β）（2）

地点：格尔木；电站功率：10MW；运营期：20年；初始年等效利用小时数：1800h；20年内线性衰降：20%。

地点：青海格尔木；逆变器额定功率：500kW；日期：2014年9月13日。

LCOE=寿命期成本/寿命期发电量（元/kWh）（1）