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跟踪光伏支架地形损失：看似麻烦的问题，未来可轻易实现

Data:2021-08-23

由于地形或施工容差的变化而导致的行间阴影是大型太阳能发电厂中特别有害的损失来源。为什么？因为不仅可以使用行业标准软件对地形阴影损失进行建模，而且使用先进的系统设计和控制策略可以恢复大部分损失。这对于晨科太阳能这样的太阳能板支架厂家来说无疑是机遇也是挑战。

不久前，无论是在莫哈韦沙漠还是科罗拉多州的圣路易斯山谷，行业利益相关者都可以将广阔的平坦阳光土地用于太阳能支架项目开发。由于这些开创性的站点基本上没有复杂的地形，性能模型可以通过假设平坦表面上的标准回溯来表征这些站点。这些基本假设不再适用于该行业。

今天，公用事业规模的太阳能越来越多地出现在地形复杂的地方——这些地方在五年前似乎还不适合开发太阳能。此外，“完全平坦”的网站一直是一个神话而不是现实。在太阳能建筑工地上扫描成排的驱动桥墩，桥墩高度变化明显，即使在相对平坦的场地上相邻的排也是如此。即使在最好的情况下，某些地形差异也是不可避免的，特别是考虑到当今项目站点的规模。

光伏会议上一个常见的主题是，部署资产的表现低于预期，而且没有人真正知道原因。一种合理的解释是，问题不在于部署的资产，而在于我们的期望。根据您的观点，跟踪器地形损失要么是房间里无人谈论的大象，要么是无人采摘的低垂果实。

如果跟踪支架地形损失没有准确建模，PVsyst 生产建模模拟以及这些提供的收入模型将倾向于高估光伏电站的性能。始终低估这些影响可能会削弱投资者的回报和信心。此外，只要在项目开发、设计和采购过程中一直低估这些可避免的系统损失，就没有什么紧迫性或动力来追回可避免的系统损失。

虽然地形阴影损失是一个真正的问题，但光伏性能建模社区正视这个问题。作为 2021 年 IEEE 光伏专家会议 (PVSC) 会议的一部分，来自 DNV 的一组性能工程师介绍了正在进行的地形阴影损失研究的结果[1]。作者使用 DNV 的 SolarFarmer 软件对北卡罗来纳州平均西南坡度为 4% 的场地进行建模。作者分析了水平地面上跟踪器之间的产量与可变地形上的产量的差异，发现跟踪器地形损失为 -2%。

Black & Veatch 工程师最近的工作产生了类似的结果[2]。作者在美国东部一个由湿地纵横交错、东西向坡度约为 3% 的地点研究拟建的光伏电站，作者模拟了大约 -2.5% 的地形产量损失。分析地形自适应回溯策略的影响，作者得出结论，可以弥补大部分地形阴影损失。

Nextracker 自己的建模结果验证了与倾斜地形相关的产量损失估计的粗略数量级。在具有高漫射辐照度含量的位置，使用标准回溯法，根据地面覆盖率 (GCR)，轻度 3% 的等级会导致每年 1% 至 2.5% 的损失。请注意，我们使用“耐阴”半切电池模块对这些结果进行了建模，如图 1 所示。

然后，我们根据具有代表性的 100 MW 单轴跟踪光伏支架安装工厂和特定区域的平均 PPA 率将此分析扩展到多个位置。如图 2 所示，与跟踪器地形阴影损失相关的财务影响远非微不足道。每年，地形阴影损失约为 100,000 至 200,000 美元。这是预期与现实之间的巨大差距，尤其是对于密切跟踪整个车队项目财务状况的资产所有者而言。在项目的整个生命周期内推断，运营 30 年的收入损失现值（折现率约为 5%）很容易超过每 100 兆瓦电厂容量 200 万美元。

这种表现不佳风险的重要性值得对地形阴影损失建模采取更严格的方法。最新版本的事实上的行业标准性能建模软件 PVsyst 7 为东西坡变化提供了基本的跟踪太阳能支架地形阴影损失建模功能。结合 Nextracker 的地形建模最佳实践指南，工程师可以将真实工厂布局的 AutoCAD 文件导入 PVsyst，覆盖来自 USGS 或现场调查的详细地形，并估计东西坡度变化的影响。这种额外的严格性使所有利益相关者（开发商、EPC、IE、保险公司和投资者）受益，因为它们提高了对大型工厂产量损失关键来源的透明度和信任度。

为了弥补地形和施工公差损失，项目利益相关者可以在现场系统中部署高级跟踪算法，例如 Nextracker 的 TrueCapture 技术。在 Nextracker 的高速、高精度和高粒度跟踪硬件的支持下，TrueCapture 算法使用精确的站点和特定于安装的信息来计算每个独立跟踪器行的优化控制策略。

通过最大限度地减少行级地形阴影损失，Nextracker 能够最大限度地提高系统级产量。Nextracker 还拥有专有的建模解决方案 TrueSim，它不仅可以估算与 TrueCapture 相关的良率收益，还可以提供已实现收益的验证过程。建模和减轻地形阴影损失只是 Nextracker 通过创新技术和数据分析继续优化太阳能发电厂性能的众多方法之一。

随着越来越大的太阳能板支架项目频率和分布的增加，太阳能开发的“简单”站点越来越成为过去。具有有意义的地形变化的受限站点正在成为常态。为其 PVSC 纸建模的 4% 平均等级 DNV 在当今市场上并不罕见。如果有的话，这是一个保守的平均值，因为当地的坡度可能高达 15%。好消息是坡度感知回溯减轻了与复杂地形相关的阴影损失。

实现坡度感知回溯的通用方法是根据需要切割和填充场地以实现均匀坡度。如果然后将桥墩驱动到相对于该分级单翼飞机的统一高度，则结果是平面内跟踪器布局。不幸的是，完美的平面内跟踪器布局并不是现实。对数千英亩的土地进行切割和分级不仅不切实际，而且在土壤稳定和栖息地保护方面也可能适得其反。

智能控制的独立行跟踪器非常适合捕获太阳能资产的全部产量并最大限度地提高其经济性能。在现实世界中，大型公用事业规模太阳能站点的地形变化是不可避免的。在现实生活中，跟踪器桥墩的顶部很少会产生完美的平面。在这个不完美的世界的背景下，减轻跟踪器地形损失的最有效方法通常是最细粒度的。

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