光伏发电最大功率跟踪技术（一种提升光伏组件发电量30）

2022年3月24日世界知识产权组织在国际公开了中国发明专利申请 “太阳光与信号用应适镜”。该项发明专利申请涉及光学光刻技术、光热、激光、照相机镜头及信号等多方面应用创新突破技术，其中相关太阳光学方面的设计，在不改变光伏组件尺寸和安装方式的情况下。采用“应适镜”增加聚光反射相关技术方案，能有效提升太阳能发电板在同光照条件下的发电量。可降低规模化光伏发电站的投资成本，实现整体投资综合成本下降，且做到免跟踪，成本低廉，组装简便，使光伏发电的经济效益综合性价比得到大幅提升。

众所周知天空中太阳的位置每日在不断变化，而光伏发电完全依赖阳光照射的角度和强度，受光照变动影响，太阳能电池板发电量波动大。目前为了寻求稳定且能提高发电量的办法之一就是配备机电跟踪控制器，让组件能较好适应光照变动，从而提高太阳能电池板的发电量，但使用跟踪技术，精密的机电跟踪控制器造价高，且室外使用精密的机电跟踪器易损坏。电站总体投资成本及后期维护成本相对过高，发电综合经济性不理想。加之目前硅料价格高涨，组件成本不断抬升，也影响到光伏发电的经济性价比。事关我国“3060”实现“双碳”战略目标，低成本，高可靠性的光伏发电日趋成为发展的重点需求，高性能低成本免跟踪聚光技术成为技术突破口之一。

现有技术，不带跟踪装置的光伏发电系统，在全年和白天太阳天空位置变化中，太阳能电池板受到的光照强度变化较大，因此平均发电量一般只能达到峰值发电量一半左右，并网逆变装置利用率也只有一半左右。为改变这种情况，本发明采用了一种补偿方式的聚光装置，用于对太阳能电池板的光照补偿，使太阳能电池在各个时间段所得到的光照比较接近额定值。当光线角度固定时，补偿均匀度可以做到99％以上，能达到带机电跟踪装置太阳能电池的发电量效果，但成本远低于机电跟踪设备。

补偿式“应适镜”是本发明应用于太阳光学中一种场景。其主要技术要素是：由补偿式“应适镜”和太阳能电池板、并网逆变装置(或充电器)组成。补偿式“应适镜”的结构参数满足目前太阳能发电板的要求，聚光反射光照均匀，使太阳能电池板获得光照总强度恒定在其额定理想值附近，可以使同型号参数、容量、数量的太阳能发电板提升发电量平均30％甚至更高。如果采用的是双面光伏发电技术，背面采用“应适反射镜”进行反射光补偿，更能提升该组件系统发电效率。

技术简述：

1、补偿光伏阵列有关技术数据与安装：依据太阳能发电板的安装方向、倾角及位置，决定应适镜的位置、角度参数(参见专利说明图4)，如阵列位置北纬25度，光伏组件朝向正南，光伏组件安装倾角45度，前后太阳能光伏组件距离为组件高度的3倍，则应适镜安装于前一列组件背面位置，朝向正北，面对后一列太阳能发电板，安装角度依据组件角度适应。依图所示 (参见专利说明图5)：补偿应适镜的尺寸应等于太阳能发电板尺寸，最高点略低于前面的光伏组件的最高位置，两者间的距离为前后两块光伏组件距离的7.5％左右。

2、补偿效果分析(参见专利说明图6)夏至正午补偿值约为30％加反射损失的光照，冬至正午补偿值约为10％加反射损失的光照；这样全年正午时分太阳能发电板就能获得近百分之百的光照。

3、应适镜镜面绘制

“应适镜”应适曲线的绘制：

(1)预设技术数据：首先确定直角坐标系的原点为该‘应适曲线’绘制起点；输入光线为太阳光；输出光线是经该‘应适镜’反射到太阳能电池(或组件)上的点；把上述点和线放到直角坐标系中，得到相应点坐标和直线斜率；

(2)明确入射线和输出线数据、中间数据、 待定数据；

(3)全程按30％～10％补偿，并按太阳正午时分高度角的余弦取值。

(4)首先是要得到相应的应适曲线，然后平移得到槽型应适曲面反射镜，反射镜可以用反射材料制造，亦可以是镜面贴反射膜或镀反射膜。该“应适曲线”是按照本发明内容当中提供的方法绘制的，具体按专利图9进行：

①已知和设定数据：光伏电池板(1902)长10,000单位(作为全图的比 例基数)，光伏电池板安装倾角37.5°，前后光伏电池板的距离为光伏电池板安装高度的3倍，光伏电池板朝南(正南)，(这是安装现场在北纬25°时一般常用的安装数据)，正午时刻太阳在这个纬度上的，一年内高度角的变化为41.5°～88.5°，设定定为35°～90°(包含设计 余量等)，其他设定值定为：按照太阳光直射为100％，在太阳高度角设定值为35°～90°的范围，补偿到100％，并考虑反射损耗，补偿量再增加该补偿量的5％，全程另外增加补偿值为 太阳直射时的5％，该“应适镜”的起点与被补偿太阳能光伏电池板最低点的水平距离为10, 000单位，垂直距离为0单位，该起点位置为估值，经初步绘制，如果终点位置超出范围，比如超过前面电池板最高点和后面电池板最低点的连线，则要调整，或可能重新绘制；

②开始绘制：90°入射光照射到起点，反射到太阳能电池板的最低点，入射线和反射线的角平分线为 该点法线，

③这样即得到一个凸面应适反射镜产品，作为太阳能光伏电池补偿镜，它的工作纬度为25°-1°～ 65°；反射点的坐标，以及这些点的法线，可以由方程组(1)求解逐一得到。 其中的各元素和字符参见专利图9计算得到：如同前述，亦设“当前应适点”M的法线倾斜角为z， 并求得：kf＝tan(π/2 q/2 z/2)，z＝jr/2 jc/2，jr和jc分别是入射线和输出线的倾斜角，kc 是z的函数代表输出线的斜率，这里反射线为输出线。

应用特点概述：

“应适镜”组合的组件装置具有如下显著特点：

1、 不必使用机电跟踪系统，太阳能电池板依靠“应适镜”聚光补偿，全天、全年基本能得到均匀的最大光照，有效提升弱光响应，组件系统发挥到最大效能。不另增加土地和组件数量提升光伏电站全年发电量，光伏电站投资综合收益性价比提大大高。

2、 “应适镜”镜面‘凸’面设计，聚光形成热区，不会因聚光引发事故，安全性好。

3、 “应适镜”可以轻松与支架相结合，有效提高光伏阵列抗风抗灾能力，光伏阵列下方地面或水面光照基本无死角，如在补偿“应适镜”背面与支架刷漫反射涂料，环境亲和度高，有利地面、水面生态（效果见专利说明图11）。

在光热应用中，“应适镜”聚光原理能使工质温度在全年每一天中保持较高值。此外“应适镜”工作原理还可应用于农业多层栽培温室低层的部分直接补光。使实际聚光更均匀，利于喜光作物生长，能更好的达到农光，渔光互补效果。

本补偿“应适镜”适用于目前市场上各型号太阳能发电板，根据太阳能发电板尺寸相应设计后可轻易安装组合使用，且无需改变发太阳能发电板尺寸，而选材均为市场上廉价工程材料，易于加工制造。应用于旧光伏电站提升改造，成本低廉。新光伏电站建设可减少占地，大幅提升电站发电效率，提高收益，缩短成本回收周期。让整个光伏发电综合经济性价比全面提升。

本补偿“应适镜”的曲线设计同时也能较好的适应“光伏 建筑”需求，通过设计规划应用于工业厂房屋顶分布式电站、光伏车棚、农业大棚、屋檐雨遮等领域，不仅能提升发电效率，降低投资成本，且有利于建筑结构和外观美观度。

诚挚欢迎光伏业内专家学者探讨指正，以求为中国光伏事业发展共谋佳策，为实现“碳达峰、碳中和”的国家战略携手共进。

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