3D Backtracking® 提升光伏电站的受光面积

什么是 3D Backtracking®？

3D Backtracking® 是 Suntrack 开发的最先进算法，即使在最不规则的地形条件下也能避免阴影，从而提升太阳能发电量。

问题所在：光伏组件阴影遮挡

尽管单轴跟踪器是实现大型太阳能项目发电量最大化的最佳选择，但也会带来一些严峻的挑战，组件阴影遮挡就是其中之一。

应对排间阴影最常用的方法是采用反向跟踪算法。此类算法会综合太阳位置、日期、排间距、跟踪器高度与形状等变量，计算每台跟踪器的最佳角度以避免阴影。多年以来，常规反向跟踪足以满足市场需求：当时的地形大多平坦规整，没有陡峭的丘陵或洼地。因此，常规反向跟踪模型加上人工“精细调整”，就是避免阴影最有效的方式。

随着平坦场址逐渐耗尽，必须作出一些改变才能把阴影降到最低。为跟踪器分组设定固定坡度是行业的常见做法，同时通过人工调整参数来争取那部分额外发电量。然而，要在最具挑战性的地形上实现发电量最大化，还需要再向前迈出一步。Suntrack by P4Q 作为全球最大的独立跟踪器控制系统供应商，开发出了一种革命性的反向跟踪算法——3D Backtracking®，即使在最不规则的地形条件下也能提升发电量。

3D Backtracking® 将受光面积最多提升 5.93%

其他新型太阳能跟踪算法有的采用机器学习模型来刻画地形特征，有的依赖中央控制器持续下发目标位置更新；而 Suntrack 认为，避免阴影最高效的方案是解决一个几何问题。正因如此，我们的 3D Backtracking® 以先进的多边形分析为基础。在对场址进行地形分析之后，执行一次需要相当算力的优化计算，生成角度转换表。因此，TCU 只需通过简单运算即可在本地算出最佳目标角度。

得益于这一思路，我们可以确保理论发电增益与实际增益非常接近，因为不会存在通信中断等干扰因素。自 3D Backtracking® 算法开发以来，Suntrack 的目标一直是在实际项目中验证受光面积的增益。下图显示，西班牙一个坡度低于 3% 的项目实现了 3.4% 的受光面积增益。

红色点代表使用传统反向跟踪算法时，阴影面积与太阳高度角之间的比值关系。x 轴上的红色点越多，被遮挡的组件就越多。相比之下，代表 3D Backtracking® 算法的绿色点全部集中在阴影面积 0.00% 处。这说明即使在太阳高度角很低的情况下，该算法也能把组件阴影降到几乎为零。

 

3D Backtracking® 的性能收益。地形起伏变化（东西向）

 

低起伏（坡度 3%）	中等起伏（坡度 4.5%）	高起伏（坡度 6%）
2.76%	3.70%	5.93%

 

Suntrack by P4Q 从一开始就与全球跟踪器市场的主要厂商合作，深知每位客户采用的跟踪器方案各不相同。从单排跟踪器到双排和多段式跟踪器，3D Backtracking 算法的设计可适配任何跟踪器配置。此外，该系统设计上可直接使用太阳能项目开发过程中常用的输出数据。应用该算法所需的输入数据如下：§ 每个分段端点的 X、Y、Z 坐标 § 组件支架宽度 § 轴偏移量 § 旋转轴。

输入数据提供后即开始优化流程，其核心就是实现最大的有效受光面积。该流程并非基于光线追踪，而是依据太阳辐射的入射方向进行多边形分析，从而划分出受光区域与遮挡区域。

该方法效率极高，执行时无需很强的计算能力。

为了计入电气阴影的影响，会对遮挡区域施加一个衰减系数，并将结果从受光区域中扣除，从而得出整个光伏电站的有效受光面积。

该算法还设有安全余量，用以容纳测量不确定度、运动死区、跟踪器扭转等因素。优化的首要目标是让有效受光面积最大化，其次是尽量减小各跟踪器之间的角度离散度。这样做是为了让各跟踪器的发电更为均衡，并避免出现指向差异过大的异常状况。

 

3D Backtracking® 内嵌于每一台 TCU

3D Backtracking® 的一个关键特点是，除了在不规则地形上提升发电增益之外，它还在本地运行、内嵌于每一台 TCU 之中。其他避免阴影的方案依赖外部系统每隔几分钟广播一次各跟踪器的最佳位置。这种方案在实施上面临多重风险：

• 通信中断
• 额外的硬件 / 软件
• 安全性与数据完整性。Suntrack 的新算法只需在项目交付前完成一次数据处理。处理完成后，每台 TCU 都将独立运行，无需由外部实体下发指令。

TCU 仅需使用几十个寄存器即可运行，因此内存需求被压到最低。TCU 利用这些寄存器，通过一个为快速高效执行而设计的传递函数，持续计算最佳角度。

 

与 Suntrack 产品组合兼容

全新的 3D Backtracking® 算法与 Suntrack 开发的 TCU 2020 版本 兼容。无论是哪一种 TCU 2020 版本，self-powered、ACpowered 还是 string-powered，这一新算法都能为您的太阳能项目提升发电量。对 3D Backtracking® 还有疑问吗？欢迎随时联系我们！