阳光跟踪的重要性

辐照度（irradiance）是度量阳光功率密度的物理量，其单位为W/m²。太阳在大气层外的照度恒为1368W/m²，称之为太阳常数。在考虑大气对阳光的影响时，通常将阳光穿过大气到达地面的路径长度以大气质量（Air Mass，AM）这样一个单位来表示，因此，在大气层外的大气质量称为AM0，而将太阳垂直照射到海平面的大气质量称为AM1.0。阳光穿过大气层达到地面时其辐照度因大气的吸收而降低，其光谱能量分布也发生了改变（例如紫外线部分大多已被臭氧层过滤）。高海拔地区太阳垂直照射时的大气质量可能小于1，而低海拔地区太阳斜射时的大气质量则一定大于1，并在日出日落时因斜射导致路径长度增加使大气质量达到最大，从而导致辐照度的降低，这就是早晚光线较暗温度较低的原因之一。

另外，受光面上的辐照度还受到一个重要因素的影响，那就是受光面相对于入射光线的角度。如图8-1所示，γ为受光面法线与入射光线的夹角，受光面上的辐照度为入射阳光辐照度乘以cosγ，这是一个在斜照时小于1的数，即受光面上的辐照度因其不与入射光垂直而降低。

光伏发电系统中电池板的朝向是设计中的关键问题之一。现有系统中的电池板大多固定放置，其朝向的设置以某一时期（如一年）内获取最多电能为原则，因此需要事先综合考虑当地的地理位置、海拔高度、运行时间（冬季用、夏季用还是全年用）等因素精心选择，这是一个较为复杂的问题。

图8-1 斜射对电池板表面照度的影响(www.xing528.com)

电池板的朝向以其表面法线的方位角和高度角表示。固定式光伏发电系统的根本弱点是不能保证阳光的垂直入射，甚至在有的日子里根本不存在阳光的垂直入射。因此，不能充分利用昂贵的光伏电池受光面积是现有固定式光伏发电系统发电成本高的原因之一。

跟踪式光伏发电系统的设计目标就是控制光伏电池板的朝向，使电池板跟随太阳，在日照时间内尽可能保持与入射阳光的垂直，从而降低乃至消除cosγ对辐照度的影响。在电池板与入射光线垂直时，光伏电池表面辐照度将只受到大气质量的影响。

电池板的朝向可采用单轴式或双轴跟踪系统来控制，单轴跟踪系统只能单独控制其中的一个参数来实现不完全的跟踪，双轴跟踪系统可以同时对两个参数进行控制，能实现完全的跟踪。双轴跟踪系统可以维持电池板在日照时间内总是与入射阳光垂直，而单轴跟踪系统则只能在固定式系统的基础上有所改善。据有关文献报道，相对于同容量配置的固定式光伏发电系统，双轴跟踪式光伏发电系统的年发电量可提高37%～50%。