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跟蹤光伏支架地形損失：看似麻煩的問題，未來可輕易實現

Data:2021-08-23

由于地形或施工容差的變化而導致的行間陰影是大型太陽能發電廠中特別有害的損失來源。為什么？因為不僅可以使用行業標準軟件對地形陰影損失進行建模，而且使用先進的系統設計和控制策略可以恢復大部分損失。這對于晨科太陽能這樣的太陽能板支架廠家來說無疑是機遇也是挑戰。

不久前，無論是在莫哈韋沙漠還是科羅拉多州的圣路易斯山谷，行業利益相關者都可以將廣闊的平坦陽光土地用于太陽能支架項目開發。由于這些開創性的站點基本上沒有復雜的地形，性能模型可以通過假設平坦表面上的標準回溯來表征這些站點。這些基本假設不再適用于該行業。

今天，公用事業規模的太陽能越來越多地出現在地形復雜的地方——這些地方在五年前似乎還不適合開發太陽能。此外，“完全平坦”的網站一直是一個神話而不是現實。在太陽能建筑工地上掃描成排的驅動橋墩，橋墩高度變化明顯，即使在相對平坦的場地上相鄰的排也是如此。即使在最好的情況下，某些地形差異也是不可避免的，特別是考慮到當今項目站點的規模。

光伏會議上一個常見的主題是，部署資產的表現低于預期，而且沒有人真正知道原因。一種合理的解釋是，問題不在于部署的資產，而在于我們的期望。根據您的觀點，跟蹤器地形損失要么是房間里無人談論的大象，要么是無人采摘的低垂果實。

如果跟蹤支架地形損失沒有準確建模，PVsyst 生產建模模擬以及這些提供的收入模型將傾向于高估光伏電站的性能。始終低估這些影響可能會削弱投資者的回報和信心。此外，只要在項目開發、設計和采購過程中一直低估這些可避免的系統損失，就沒有什么緊迫性或動力來追回可避免的系統損失。

雖然地形陰影損失是一個真正的問題，但光伏性能建模社區正視這個問題。作為 2021 年 IEEE 光伏專家會議 (PVSC) 會議的一部分，來自 DNV 的一組性能工程師介紹了正在進行的地形陰影損失研究的結果[1]。作者使用 DNV 的 SolarFarmer 軟件對北卡羅來納州平均西南坡度為 4% 的場地進行建模。作者分析了水平地面上跟蹤器之間的產量與可變地形上的產量的差異，發現跟蹤器地形損失為 -2%。

Black & Veatch 工程師最近的工作產生了類似的結果[2]。作者在美國東部一個由濕地縱橫交錯、東西向坡度約為 3% 的地點研究擬建的光伏電站，作者模擬了大約 -2.5% 的地形產量損失。分析地形自適應回溯策略的影響，作者得出結論，可以彌補大部分地形陰影損失。

Nextracker 自己的建模結果驗證了與傾斜地形相關的產量損失估計的粗略數量級。在具有高漫射輻照度含量的位置，使用標準回溯法，根據地面覆蓋率 (GCR)，輕度 3% 的等級會導致每年 1% 至 2.5% 的損失。請注意，我們使用“耐陰”半切電池模塊對這些結果進行了建模，如圖 1 所示。

然后，我們根據具有代表性的 100 MW 單軸跟蹤光伏支架安裝工廠和特定區域的平均 PPA 率將此分析擴展到多個位置。如圖 2 所示，與跟蹤器地形陰影損失相關的財務影響遠非微不足道。每年，地形陰影損失約為 100,000 至 200,000 美元。這是預期與現實之間的巨大差距，尤其是對于密切跟蹤整個車隊項目財務狀況的資產所有者而言。在項目的整個生命周期內推斷，運營 30 年的收入損失現值（折現率約為 5%）很容易超過每 100 兆瓦電廠容量 200 萬美元。

這種表現不佳風險的重要性值得對地形陰影損失建模采取更嚴格的方法。最新版本的事實上的行業標準性能建模軟件 PVsyst 7 為東西坡變化提供了基本的跟蹤太陽能支架地形陰影損失建模功能。結合 Nextracker 的地形建模最佳實踐指南，工程師可以將真實工廠布局的 AutoCAD 文件導入 PVsyst，覆蓋來自 USGS 或現場調查的詳細地形，并估計東西坡度變化的影響。這種額外的嚴格性使所有利益相關者（開發商、EPC、IE、保險公司和投資者）受益，因為它們提高了對大型工廠產量損失關鍵來源的透明度和信任度。

為了彌補地形和施工公差損失，項目利益相關者可以在現場系統中部署高級跟蹤算法，例如 Nextracker 的 TrueCapture 技術。在 Nextracker 的高速、高精度和高粒度跟蹤硬件的支持下，TrueCapture 算法使用精確的站點和特定于安裝的信息來計算每個獨立跟蹤器行的優化控制策略。

通過最大限度地減少行級地形陰影損失，Nextracker 能夠最大限度地提高系統級產量。Nextracker 還擁有專有的建模解決方案 TrueSim，它不僅可以估算與 TrueCapture 相關的良率收益，還可以提供已實現收益的驗證過程。建模和減輕地形陰影損失只是 Nextracker 通過創新技術和數據分析繼續優化太陽能發電廠性能的眾多方法之一。

隨著越來越大的太陽能板支架項目頻率和分布的增加，太陽能開發的“簡單”站點越來越成為過去。具有有意義的地形變化的受限站點正在成為常態。為其 PVSC 紙建模的 4% 平均等級 DNV 在當今市場上并不罕見。如果有的話，這是一個保守的平均值，因為當地的坡度可能高達 15%。好消息是坡度感知回溯減輕了與復雜地形相關的陰影損失。

實現坡度感知回溯的通用方法是根據需要切割和填充場地以實現均勻坡度。如果然后將橋墩驅動到相對于該分級單翼飛機的統一高度，則結果是平面內跟蹤器布局。不幸的是，完美的平面內跟蹤器布局并不是現實。對數千英畝的土地進行切割和分級不僅不切實際，而且在土壤穩定和棲息地保護方面也可能適得其反。

智能控制的獨立行跟蹤器非常適合捕獲太陽能資產的全部產量并最大限度地提高其經濟性能。在現實世界中，大型公用事業規模太陽能站點的地形變化是不可避免的。在現實生活中，跟蹤器橋墩的頂部很少會產生完美的平面。在這個不完美的世界的背景下，減輕跟蹤器地形損失的最有效方法通常是最細粒度的。

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