小树洞2025年度光伏跟踪器盘点 | 第一回：乾坤的咆哮，极端气候带来的全新挑战

2025-12-01 11:16 小树洞谈光伏支架

引导语


随着全球变暖加剧，厄尔尼诺现象对光伏电站带来了越来越严峻的挑战。许多在之前从没有出现的极端气候，正在影响着我们现在的行业设计标准。


目录：

第一章：祸从天降

第二章：下击暴流

第三章：风速激增

第四章：风向突变

第五章：行业觉醒

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*全文共3046字28图

预计阅读时间8分钟



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祸从天降


2025年3月17日，美国德州，凌晨4点。窗外的雨已经淅淅沥沥了一整夜，突然，一道耀眼的惊雷，如利剑般划破了漆黑的天空。紧接着，狂风好似挣脱了无形枷锁的凶猛野兽，肆意狂啸着在地面上横冲直撞，随之而来的一阵阵奇怪的噼噼啪啪声音，逐渐打破了小镇的宁静。

“我当时睡的正香，突然被一阵巨大的声音给惊醒，好像有人在朝我的房子猛扔石头；”家庭主妇Luna接受采访时还心有余悸，“但是石头来自于四面八方，没有任何规律，我吓坏了，马栏里的马也在不停地嘶鸣，那声音让人心慌。”

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▵雷暴天气


没过多久，天亮了，雨也停了。清晨，老警员Frank开着车正在36号公路上行驶。过去在前方路口右转，就能经过一个光伏电站。然而今天，在他眼前出现的景象让人不寒而栗。那是一片东倒西歪的跟踪系统，原本黑色调的组件上出现了大小不一的各种破洞，就像雪花一样覆盖在组件上。

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▵组件被冰雹砸坏


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▵跟踪器被冰雹砸坏


近年来，受全球变暖这一大背景的深刻影响，厄尔尼诺现象愈发显著。曾经被视为极为罕见的百年一遇、甚至千年一遇的极端气候事件，如今却频繁登场。传统的设计手段往往会提前规划，做到万无一失。然而，极端天气的发生却越来越没有规律，让人无法预测。

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▵跟踪器被龙卷风破坏


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▵光伏电站火灾频发


在众多极端天气中，有一种令人格外头疼，它的出现不受时间限制，不受地理限制。像一个无形的幽灵，悄无声息地笼罩在可能发生危机的区域上空，给光伏电站带来巨大威胁。

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下击暴流


雷暴是一种常见的气象条件，其出现的时间通常集中在黄昏或者夜晚。在雷暴发生的过程中，往往会伴随着大量水汽的聚集，从而形成了一个个具有动态特征的“移动堡垒”，在大地上快速移动。

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▵雷暴天气云图


这些移动堡垒通常携带着许多强大的武器，一旦条件合适，堡垒就会对地面发起攻击，造成暴雨、冰雹、狂风等等恶劣的气候现象。而对光伏跟踪器影响最大的，是雷暴产生的一种局部性气候：下击暴流。

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▵下击暴流


下击暴流，英文称为 Downburst，是一种局部性、小范围的强下沉气流。当这股强烈的气流撞击地面时，会产生具有破坏性的直线型大风。宛如一颗“空气炸弹”。

这枚“空气炸弹”对光伏跟踪器的威胁主要来自于两方面：
  • 风速激增，风速在短时间内快速上升；
  • 风向突变，风向在短时间内快速转变。

3

风速激增


熟悉光伏跟踪器的朋友们应该知道，当风速超过某个阈值后，跟踪器会进入大风保护模式，该模式要求跟踪器转动到对自身最有利的一个角度，并停在这个角度来抵抗极端风速。

从这里我们可以发现，对于跟踪器而言，有两个关键的风速参数：
  • 运行风速：触发大风模式的最小风速
  • 极端风速：在停靠角度能承受的最大风速

我们不禁要思考，若跟踪器触发大风模式后，在其旋转过程中风速持续攀升，这会对跟踪器结构产生何种影响？为了讨论这个问题，我们需要引入一个气象术语：“风速激增”。

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▵两种下击暴流导致风速激增

Microburst（上）

Derecho（下）


风速激增，即风速在短时间内突然增大，这种情况会使跟踪器来不及调整至大风角度，便可能被大风摧毁。对于采用迎风停靠方式的单点驱动跟踪器而言，这一现象尤为危险。

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▵中东某地区历年风速激增图

(15m/s基准，3s@10m)

风速最快可在2分钟内从15m/s上升至33m/s

风速激增为9m/s每分钟


对于单点驱动跟踪器而言，0°为其最不利角度，越靠近0°，跟踪器稳定性最差。若跟踪器采用迎风停靠方式，而此时又在背风状态，则在进入大风保护模式后，跟踪器需要反向旋转，俗称“掉头”。

这种掉头跟踪，必然会使系统“经过”0°，那么跟踪器就越转越不稳定，越转临界风速Ucr就越低，跟踪器一步一步进入“危险区”。若此时风速迅速上升，那么所谓的大风保护模式，则可能变为“大风自杀模式”，“掉头”跟踪就真的是要掉头了。

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▵单点驱动“迎风停靠”

无法规避风速激增带来的风险


风速激增问题日益严峻，尤其在戈壁沙漠地区。由于昼夜温差大，许多跟踪器均出现不同程度的损坏，原因大多与风速激增有关。然而，除风速激增外，风向突变也是另一个潜在威胁。

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▵风速激增导致中东某地跟踪器损坏


4

风向突变


传统光伏跟踪系统为了降低组件所受风压、增强自身结构稳定性，通常采用“迎风停靠”的保护策略，即让组件朝向风的来向。然而，风的方向并非固定不变，在某些极端气象条件下，例如下击暴流发生时，风向会突然发生改变。此时，跟踪器需即时调整角度，以避免风从组件背面吹袭而造成破坏。

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▵采用快速电机减少跟踪器转动时间


下击暴流引发的风向突变具有时间短、速度快的特征，甚至能在5分钟内实现180度的转向。这意味着，跟踪器仅有5分钟的时间来完成角度调整。许多跟踪器厂商已意识到这一问题，并采用快速电机来提升跟踪器的转动速度。

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▵风向在5分钟内转变了180度


遗憾的是，大部分跟踪器厂家采用大角度60°迎风停靠策略，在最恶劣的情况下，为了从正东60°转向正西60°，跟踪器需要转动120°范围。由于风向转变速度过快，即便采用快速电机，留给跟踪器的时间也仅仅只有5分钟，很难在风向转变前即时达到指定位置。

为此，跟踪器厂商又提出了“全角度”大风停靠策略，即无论风向如何变化，跟踪器均停在离当前跟踪角度最近的最大角度位置。

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▵许多跟踪厂家不得不放弃迎风停靠

变为“无风向大角度”停靠策略

上图：PVH

下图：GameChange


这一设计打破了传统的“迎风停靠”模式，因为在这种情况下，跟踪器需在背风面的最大角度位置承受最大风速。这对整个跟踪器的结构可靠性提出了极高要求，同时也对组件的承压能力构成了严峻挑战。

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▵背风时组件风压（Uplift）普遍过大


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行业觉醒


2018年约旦风灾事件之后，带动了跟踪器的第一次行业觉醒，大家在风工程领域里面投入了大量财力和人力，风工程的重要性已经深入人心，许多优秀的工程师们都掌握了一定的风工程知识，甚至可以媲美资深的风工程学者。

如今，极端天气对光伏电站的破坏，又一次敲响了跟踪器行业的警钟。大量的项目正在面对从未有出现过的情况。大部分极端天气，都没有在设计前期经过论证和分析。

因此，我们可以预见到，未来“大气科学”将会成为跟踪器设计的重要考量，也势必会带动跟踪器行业的第二次觉醒。

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▵大气科学为地球科学的一个分支


与此同时，诸多第三方也察觉到极端天气对光伏支架构成的严峻挑战。比如在抗冰雹研究领域表现突出的VDE、RETC等机构。

以美国独立非营利组织RMI为例，该机构已出版并发布了三份关于极端天气对光伏支架影响的分析报告，报告内容详实、专业性强，为行业提供了重要参考。

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▵RMI撰写的三份第三方报告

公众号内留言“RMI”即可下载


除了第三方机构的助力，跟踪器厂商自身也在积极探索获取真实气象数据的方法，通过与风洞测试结果进行对比分析，从而优化跟踪器的设计，提升其应对极端天气的能力。

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▵NREL Flatirons Campus

NX和ATI的户外风场测试基地


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▵西班牙Puertollano综合微电网项目

Arctech户外风场测试基地


光伏跟踪器行业跌跌撞撞一路走来，历经了太多的困难与挑战。极端天气现象固然可怕，但也并不是无法战胜。然而，当我们处在行业变革的十字路口时，更大的危机却悄然登场。


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