介绍

随着全球变暖加剧，厄尔尼诺现象对地球环境构成了日益严峻的挑战。 光伏电站许多前所未有的极端气候现在正在影响我们当前的行业设计标准。

内容

第一章： 灾难从天而降

第二章： 下击爆发

第三章： 风速突然增加

第四章： 风向突变

第五章： 行业觉醒

第一章： 灾难从天而降

2025年3月17日凌晨4点，美国德克萨斯州。窗外的雨整夜淅淅沥沥地下着。突然，一声震耳欲聋的雷鸣，如同利剑划破漆黑的夜空。紧接着，狂风怒吼，如同挣脱无形束缚的野兽，肆虐大地。 随后传来的奇怪噼啪声逐渐打破了小镇的宁静。

“我当时睡得很沉，突然被一声巨响惊醒，感觉就像有人在朝我家扔石头。”接受采访时，家庭主妇露娜仍然惊魂未定。“石头从四面八方飞来，毫无规律可循。我吓坏了。马厩里的马不停地嘶鸣。那声音太吓人了。”

▽ 雷暴天气

天刚蒙蒙亮，雨也停了。清晨，资深警官弗兰克正驾车行驶在36号公路上。过去，如果在前方路口右转，就能看到一座光伏发电站。然而今天，他眼前的景象却令人不寒而栗。那是一个庞大的追踪系统。 在原本呈黑色的元件上，出现了大小不一的各种孔洞，像雪花一样覆盖着元件。

▽ 组件被冰雹砸碎

▽ 追踪器被冰雹损坏了

近年来，在全球变暖的深刻影响下，厄尔尼诺现象日益突出。曾经被认为极其罕见、百年一遇甚至千年一遇的极端气候事件，如今却频繁出现。传统设计方法通常会提前做好周密计划，以确保万无一失。然而，极端天气的发生正变得越来越不规律且难以预测。

▽ 追踪器被龙卷风损坏了

▽ 光伏电站火灾频发

在众多极端天气现象中，有一种尤其令人头疼。它的发生不受时间和地域的限制。它像无形的幽灵一样，悄无声息地笼罩着可能发生危机的区域，对光伏电站构成巨大威胁。

第二章： 下击爆发

雷暴是一种常见的气象现象，通常发生在黄昏或夜间。雷暴发生时，大量水汽会聚集，形成一系列具有动态特征的“移动堡垒”，在地面上快速移动。

▽ 雷暴天气云图

这些移动堡垒通常携带许多威力强大的武器。一旦条件合适，这些堡垒就会对地面发动攻击，引发暴雨、冰雹和强风等极端天气现象。对光伏跟踪器影响最大的因素是雷暴引起的局部气候：下击暴流。

▽ 下击爆发

下击暴流（也称下击暴流）是指局部小范围的强劲下沉气流。当这种强气流冲击地面时，会产生破坏性的线性强风。它就像一枚“空气炸弹”。

这种“空中炸弹”对光伏跟踪器的威胁主要来自两个方面：

• 风速突然增大，风速在短时间内迅速上升；

• 风向在短时间内突然、迅速地发生变化。

第三章： 风速突然增加

熟悉光伏跟踪器的朋友应该知道，当风速超过一定阈值时，跟踪器会进入强风保护模式。在此模式下，跟踪器会旋转到最有利的角度并保持在该角度，以抵御极端风速。

由此我们可以看出，对于风速跟踪器而言，有两个关键的风速参数：

• 运行风速：触发强风模式的最低风速

• 极限风速：停靠角度下可承受的最大风速

我们不禁想知道：如果跟踪器触发强风模式，并且在旋转过程中风速不断增加，这将对跟踪器的结构产生什么样的影响？要讨论这个问题，我们需要引入一个气象术语：“风速突然增加”。

▽ 两种类型的下击暴流会导致风速急剧增加

微爆流（第一部分）

德雷乔（第二部分）

风速突然增大，即短时间内风速突然上升，会导致跟踪器无法及时调整以适应强风的角度，并可能因此而损坏。 对于采用迎风停靠模式的单点驱动跟踪器而言，这种现象尤其危险。

▽ 一张图表显示了中东某地区多年来风速急剧增加的情况

（参考速度 15 米/秒，3 秒@10 米）

风速最快可在2分钟内从15米/秒上升到33米/秒。

风速飙升至每分钟每秒9米。

对于单点驱动跟踪器而言，0°是最不利的角度。角度越接近0°，跟踪器的稳定性越差。如果跟踪器此时迎风停放，但处于背风状态，则在进入防风模式后，跟踪器需要向相反方向旋转，俗称“掉头”。

这种U型转弯跟踪方式必然会导致系统“越过”0°。结果，跟踪器在旋转过程中会变得越来越不稳定，临界风速Ucr会进一步下降，跟踪器将逐渐进入“危险区域”。如果此时风速迅速上升，所谓的强风防护模式可能会变成“强风自杀模式”，而“U型转弯”跟踪也将真的变成掉头。

▽ 单点驱动“逆风停靠”

风速突然增加带来的风险是无法避免的。

风速骤增的问题日益严重，尤其是在戈壁沙漠地区。由于昼夜温差巨大，许多追踪器遭受了不同程度的损坏，其中大部分与风速骤增有关。然而，除了风速骤增之外，风向突变也是另一个潜在威胁。

▽ 中东某地区风速骤增，导致追踪器受损。

第四章： 风向突变

为了降低组件上的风压并增强其结构稳定性，传统的光伏跟踪系统通常采用“迎风对接”的保护策略，即使组件面向风向。然而，风向并非固定不变。在某些极端天气条件下，例如发生下击暴流时，风向会突然改变。此时，跟踪器需要立即调整角度，以防止风从组件背面吹来造成损坏。

▽ 采用高速电机以减少跟踪器的旋转时间。

下击暴流引起的风向突变具有持续时间短、风速快的特点。 甚至可以在五分钟内完成180度转弯。这意味着追踪器只有五分钟时间完成角度调整。许多追踪器制造商已经意识到这个问题，并采用了高速电机来提高追踪器的旋转速度。

▽ 五分钟内风向改变了180度

遗憾的是，大多数追踪器制造商采用大角度60°迎风停泊策略。在最坏的情况下，追踪器从东向60°转向西向60°需要旋转120°。由于风向变化迅速，即使使用高速电机，追踪器也只有五分钟的转向时间，难以在风向改变前及时到达指定位置。

因此，跟踪器制造商提出了一种“全角度”风停策略，这意味着无论风向如何变化，跟踪器都会在最接近当前跟踪角度的最大角度位置停止。

▽ 许多跟踪器制造商不得不放弃逆风对接

改为“大角度无风向停车策略”

上图：PVH

下图：游戏规则改变

这种设计打破了传统的“迎风停靠”模式，因为在这种情况下，跟踪器需要承受背风侧最大角度位置的最大风速。 这对整个跟踪器的结构可靠性提出了极高的要求，同时也对部件的承压能力提出了严峻的挑战。

▽ 当部件处于避风状态时，其上拔压力通常过高

第五章： 行业觉醒

2018年约旦台风灾害后，风力发电机组行业迎来了第一次觉醒。大量财力和人力资源被投入到风工程领域，风工程的重要性也深深扎根于人们心中。许多优秀工程师掌握了风工程的某些知识，甚至可以与资深风工程学者相媲美。

如今，极端天气对光伏电站造成的损害再次给跟踪器行业敲响了警钟。大量项目正面临着前所未有的局面。大多数极端天气条件在设计初期并未经过验证和分析。

因此，我们可以预测，未来“大气科学”将成为跟踪器设计中的一个重要考虑因素，并必将推动跟踪器行业的第二次觉醒。

大气科学是地球科学的一个分支。

与此同时，许多第三方机构也注意到极端天气对光伏支架带来的严峻挑战。例如，VDE 和 RETC 等机构在抗冰雹研究领域取得了卓越的成就。

以美国独立非营利组织RMI为例，该组织已发布三份关于极端天气对光伏支架影响的分析报告。这些报告内容详实、专业性强，为行业提供了重要的参考资料。

除了第三方机构的协助外，跟踪器制造商自身也在积极探索获取真实气象数据的方法。通过与风洞试验结果进行对比分析，他们旨在优化跟踪器的设计，并提高其应对极端天气的能力。

▽ NREL Flatirons园区

NX和ATI的室外风电场测试基地

▽ 西班牙普埃托利亚诺综合微电网项目

Arctech户外风电场试验基地

光伏跟踪器行业一路走来步履维艰，遭遇了诸多困难和挑战。极端天气固然可怕，但并非不可克服。然而，当我们站在行业转型的十字路口时，一场更大的危机却悄然浮现。

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