技术分享|平单轴出力特性研究分享（1）
在光伏技术发展应用中，新型组件、支架跟踪系统、新型逆变器、储能系统等技术快速发展和应用，极大地促进了光伏电站的降本增效，丰富了设计方案的多样性。利用支架跟踪系统，光伏系统在同等天气条件下可获取更多太阳辐照量，输出更多电能，创造更大经济收益。查阅文献资料可知，相较于固定式支架光伏系统，单轴跟踪系统可提高发电量10%～20%，双轴跟踪系统可提高发电量15%～30%。
在采用平单轴跟踪技术的发电系统中，理想晴天条件下，发电系统出力曲线顶部应更加平滑，趋近于直线。
那么平单轴系统出力曲线实际表现如何呢，让我们通过理论分析和实际运行曲线来研究一下。
★
内容导读
Ø 平单轴出力特征的问题
Ø 平单轴出力特征影响因素分析
Ø 平单轴出力曲线实例
Ø 主要结论
01
关于平单轴出力特征的问题
您认为下面哪条或哪几条曲线符合平单轴出力特征？
02
平单轴出力特征影响因素分析
图 1 平单轴出力特征影响因素总览
平单轴出力曲线影响因素主要有太阳辐照、组件温度两方面原因。
2.1
影响辐照度的主要因素
太阳光从太阳发出经过外太空、大气层后到达光伏组件表面，在此过程中主要受地日距离、早晚太阳距离、大气层厚度、组件表面入射角等其他因素影响。
图 2 影响辐照度的主要因素
2.1.1
●
大气层外辐照度
图 3 地球公转轨道
地球绕太阳公转轨道为椭圆形，有近日点和远日点，在日地平均距离条件下，地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受的太阳辐射通量密度，称为太阳常数，为1366W/m2。太阳辐射在大气层外每万千米辐照度衰减0.187W/m2，相对于太阳常数约万分之1.4。
冬季时地球在近日点，为什么冬季反而冷呢？首先，近日点位置北半球为冬季，而南半球此时是夏季。其次，近日点、远日点地日距离变化最大为3.34%，辐照变化为6.85%，就像烤火炉时，距离1米和距离1.03米的差异是微乎其微的。
表 1 地日距离及法向辐照度
2.1.2
●
早上、中午、晚上太阳距离差异
图 4 地球北极俯视图
那么，辐照强度变化是因为早晚太阳距离目标地远，中午距离更近引起的吗？以赤道某一点为例，早上、晚上与正午太阳直射点在太空中光程差为地球半径（6371km），辐照在该段距离损失0.119W/m2，与太阳常数相比约万分之0.87。太阳距离影响造成的辐照损失不到万分之一，几乎无感。
2.1.3
●
大气层影响
当不考虑云层影响的理想条件下，太阳光穿透大气层时受各种微小颗粒反射、吸收、散射，穿过大气层光程越长，损失越高，甚至近半。同时纬度越高，需要穿越的大气层越厚，辐照损失越大！因此，大气层厚度对辐照的影响很大！
图 5 任意点大气质量AM示意图
图 6 直接辐照损失比与穿过大气层光程关系
表 2 不同地点直接辐照损失比
2.1.4
●
入射角影响
因地球绕日公转平面与自转平面存在黄赤交角，造成太阳光在地球的直射点每天都在有规律地变化，冬至日直射点在南回归线，夏至日在北回归线。太阳直射光与赤道面的夹角称为赤纬角，赤纬角的变化影响太阳高度角，进而影响太阳光在组件表面入射角及有效辐照截面。以北纬46度地区为例，动态显示入射角与有效辐照的变化关系。
▲▲点击视频更直观了解
图 7 冬至正午入射角大，有效辐照36%，全天最大可达83%
图 8 夏至正午时有效辐照93%，全天最大可达100%（垂直照射时）
图 9 冬至、夏至有效辐照全时段对比（仅考虑地日相对位置导致的影响）
由以上数据可以看出，平单轴支架运行过程中冬季存在较大入射角，导致直射辐照度较小；夏季入射角较小，直射辐照度大，但是最佳入射角并不在正午。
2.1.5
.●
地球大气层外至组件表面各阶段
辐照度曲线变化情况
图 10 地球大气层外至组件表面各阶段辐照度曲线变化情况（理论条件下直接辐照度）
从上述曲线可以看出，太阳直接辐照自地外穿透大气层到达平单轴支架组件表面过程中，因受大气层厚度、组件表面入射角影响，最终直接辐照度曲线由矩形演变为中部下凹的曲线。该现象在冬季较夏季更加明显。
2.1.6
●
对辐照度的主要影响因素小结
综上，地外辐照强度是决定平单轴组件表面所接收到太阳直接辐照度的根源，占主导地位；在不考虑云层条件下，大气层厚度和组件表面入射角对太阳直接辐照度有间接影响；早上、中午、晚上目标点与太阳距离之间的距离差异，对辐照度的影响微乎其微；在实际天气条件下，云层、污染物等不可控因素对辐照度的影响与地理位置、季节等相关，具有随机性，无法准确量化。
未完
●下一期，我们会继续分析组件温度对平单轴出力特征的影响，同时将结合电站实际运行曲线验证理论分析。
（文字及视频技术支持：付玉锋、安鸽、田书凯、戚惠茹。)