【收藏】光伏电站跟踪支架介绍

一、跟踪式支架的种类

光伏电站的安装方式大致有五种：

1)最佳倾角固定式(目前应用最广泛);

2)平单轴跟踪式;

3)斜单轴跟踪式;

4)双轴跟踪式;

5)固定可调式。

不同的安装方式，最根本的区别就在于它们带来的发电量差异。当然，初始投资和运行维护成本也会有差别。

一、不同跟踪式支架带来的发电量提高

2010年的时候，我开始关注不同运行方式的比较，从某个支架厂家那里获得了一些实测的数据，完成下图。

从上图可以看出，与最佳倾角的固定式安装相比，水平单轴跟踪的发电量提升了17%~30%，倾斜5°单轴跟踪的发电量提升了21%~35%，双轴跟踪的发电量提升了35%~43%。但不同纬度下，各种运行方式的发电量提高率显然是不一样的。大致有几个规律：

1)最佳倾角固定式(以下简称“方式一”)

在低纬度地区，由于最佳倾角较小，所以发电量提高很少(如在8°时，几乎是不变的);在高纬度地区，最佳倾角大，发电量提高明显(如在50°时，提高了约25%)。

2)平单轴跟踪式(以下简称“方式二”)这种运行方式跟踪了太阳一天之内入射角的变化，其对发电量的提高率，在低纬度地区要明显优于高纬度地区。一般认为，这种运行方式更适合在纬度低于30°的地区使用，相对于“方式一”，可以提高20%-30%的发电。当然在高纬度地区，相对“方式一”也能提高接近20%。

3)斜单轴跟踪式(以下简称“方式三”)这种运行方式显然是结合了“方式一”和“方式二”的优点。如同“方式一”不适合低纬度地区一样，这种运行方式在低纬度地区的表现并不比“方式二”好多少。因此，更适合高纬度地区。

这种方式下，阵列两侧的支撑结构(支架、转动轴)受力肯定是不一样的。由于高纬度地区的最佳倾角较大，如果采用“最佳倾角斜单轴”，则两侧受力不均衡就会很大。因此，工程中一般会采用一个较小的倾角。

4)双轴跟踪式(以下简称“方式四”)由于跟踪了太阳一天之内、一年之内的入射角的变化，这种方式对发电量的提高显然是最高的。

5)固定可调式(以下简称“方式五”)这种运行方式是根据太阳一年之内入射角的变化调整支架倾角，从而实现发电量的提高。从去年开始比较流行，下文会着重说明。

那不同运行方式是如何提高发电量的呢?来两个实际数据做的图(说明：图片来自于王斯成老师ppt)。

各种运行方式一年之内各月发电量差异

从上图可见，相对于水平面辐射：

固定式提高了春、秋、冬三季的发电量，而牺牲了夏季的发电量;

单轴跟踪的曲线与水平面曲线几乎是完全平行提高的;

双轴跟踪相对与单轴跟踪，提高了春、秋、冬三季的发电量。

各种运行方式一天之内各时刻发电量差异(武威、5月中旬)

从上图可以看出：

跟踪式(单轴、双轴)相对与固定式，提高了早晚的发电量;

由于是春季的数据，所以中午的发电量，双轴与固定式相当，高于单轴。

二、不同跟踪式支架的应用

从前文来看，无论怎么比，跟踪式的都比固定式的发电量好，那为什么固定式仍是大家最喜欢的运行方式呢?

其一，初始投资、占地、运维成本无论是支架投资还是相同装机容量的占地，还是运行维护成本，都遵循如下规律：

双轴跟踪式>斜单轴跟踪式>平单轴跟踪式>固定可调式>最佳倾角固定式

如一个10MW的项目，按25年平均满发小时数1300h来考虑，投资增加0.1元/W，则需要增加净收益(年发电量提高增加的收入-运维成本)约10万元才划算(按0.95元/kWh的电价，发电量大约提高0.81%可获得10万元收入)。

如，平单轴跟踪投资大约增加1元/W，需要未来每年净收入增加100万可以持平;而发电量大约提高20%，大约能提高240万的收入!就算考虑一年多几十万的运维费用，也是划算的。那为什么大家不用呢?

其二，故障率与跟踪精度跟踪式故障率高是大家普遍反馈的问题。我国现有的光伏电站主要在西北，风沙大，对跟踪轴的损害特别大。一旦出现鼓掌，别说发电量提高了，就连基本的发电量都保障不了!我并没有拿到具体的统计数字，但了解的几个电站，大家都觉得跟踪式的容易坏。

除了故障率，跟踪精度也达不到理想值，尤其是双轴跟踪。因此，发电量的提高也就会低于当初的预期。

三、固定可调式支架

之所以把“固定可调式”单拎出来说，纯粹因为去年以来，这种方式比较火。

下图是青海某地一年采用3种角度和2种倾角的发电量情况。

采用三种不同角度时，各月发电量

不同角度调节方案时，拟合值后各月发电量

相对于最佳倾角：

三种角度(每年调节3次)，可提高发电量6.2%，前后间距要增加，占地面积会增大;

15°和36°(每年调节2次)，可提高发电量2.9%，前后间距不变，占地面积不变;

55°和36°(每年调节2次)，可提高发电量1.6%，前后间距要增加，占地面积会增大。

因此，采用固定式最佳倾角和一个较小的角度是比较合适的。

目前，市场上固定可调式的支架大概有4种。

千斤顶式

液压杆式

推杆式

圆弧式

根据电站运维人员反馈：倾角调节是件非常累人的事情，大家都不愿意去调，导致发电量低于预期值。但固定可调式的故障率如何尚未收到反馈。

二、适合采用跟踪式支架的场址条件

跟踪式安装方式确实能提高发电量。然而，并不是所有的地方，跟踪式支架都能有很好的效果。那什么样的条件，适合采用跟踪式支架呢?

一、高“直射比“的地区

在进行太阳能资源分析时，“直射比”是一个非常重要的参数。

直射比= 水平面直接辐射：水平面直接辐射

跟踪式支架，顾名思义，就是通过支架跟踪太阳光的入射角度，尽量让太阳光垂直于光伏组件。只有直接辐射比例大的地方，跟踪才有意义。

与直射比相关的另外一个参数就是“法向直接辐射”，简称DNI，即一直垂直于太阳能入射方向的直接辐射。直射比大的地方，DNI也会相对偏大。下表为8个领跑者基地的直射比与DNI情况。

表1：8个领跑者基地的直射比与DNI情况

从上表可以看出，在直射比高的地区(包头、乌海、张家口)，DNI数值高于水平面总辐射，采用双轴跟踪，发电量会有较高的提升;在在直射比较低的地方(淮南、淮北、济宁)，双轴跟踪则效果不会很好。

下表为15个不同地点，采用双轴跟踪式安装方式，与采用最佳倾角固定式相比，发电量提高比例的理论测算值。

表2：不同地点双轴跟踪式比固定式发电量提高理论测算值

图1：直射比与发电量提高的相关性

从图1可以看出，双轴跟踪式相对于固定式发电量的提高比例，与项目场址的直射比有较好的相关性，相关性系数达到0.96。

因此，在决定项目是否采用跟踪式之前，一定要关注项目场址的直射比。

二、“低纬度”地区

1发电量的提升效果

纬度对跟踪式的发电量提高影响很大。低纬度地区，平单轴会有较好的效果;高纬度地区，平单轴效果不明显，需要斜单轴或双轴跟踪。

为了排除直射比的影响，从表2的15个样本数据中，抽取了6个样本，组成3组进行对比

表3：纬度对跟踪效果的影响

注：斜单轴为最佳倾角斜单轴，下同。

上表3组数据中，每组的两个场址的直射比基本相同。

从平单轴相对于固定式增加的发电量来看，低纬度点的增加比例明显高于高位度点。

从斜单轴相对于固定式增加的发电量来看，基本与直射比成正比;但从斜单轴相对于平单轴的增加量(差值一栏)，可明显看出，差值大，即斜单轴相对于平单轴的效果更好。

综上所述，仅从发电量提高来看，低纬度地区，适合用平单轴;高纬度地区，适合用斜单轴或双轴跟踪。

2占地面积

以转换效率为16%的光伏组件为例，不同形式、不同纬度下，1万kW光伏方阵的占地面积如下表所示。

表4：不同安装方式下，光伏方阵占地面积的理论测算值(单位：hm2/万kW)

从上表可以看出，在高纬度地区，采用平单轴跟踪的安装方式，占地面积略有增加;但采用斜单轴、双轴跟踪式，占地面积将大大增加。在北纬40°地区，斜单轴跟踪的占地面积几乎为固定式的2倍。

在用地比较紧张、土地成本高的高纬度地区，不大适合用斜单轴、双轴跟踪式。

3小结

根据上文的分析，对于高纬度地区的项目，从提高发电量角度，宜采用斜单轴、双轴跟踪;但从占地面积的角度，斜单轴、双轴跟踪式会大大增加占地面积。

鉴于上述原因，在低纬度地区采用平单轴跟踪，是相对不错的方案;在高纬度地区，在土地成本比较便宜的情况下，可考虑采用斜单轴、双轴跟踪。

三、性价比分析

跟踪式确实能提高发电量，但同时也会增加项目投资、运维成本。与固定式相比，跟踪式的成本增加主要体现在三方面：1)支架成本提高，2)占地面积增加，3)运维费用增加。

1运维成本

1)相对于固定式支架，跟踪式支架高度较高，清洗、维修难度较高，费用会增加;

2)跟踪系统导致自耗电较高;

3)跟踪系统故障率相对较高。

2占地面积

如前文所述，采用跟踪式的安装方式，占地面积大大增加，将提高项目的土地成本。

3性价比分析

以二类电价区(电价0.88元/kWh)1万kW的项目为例，假设最佳倾角固定式的平均年满发小时数为1200h，采用平单轴跟踪发电量提高15%，采用双轴跟踪发电量提高25%。假设跟踪式的运行维护成本不增加。

表5：跟踪式安装方式的经济性分析

从上表可以看出，在上述假设条件下，1万kW的项目，

采用平单轴跟踪式安装方式，每年会增加158万元的收入，如果初始成本(包含基础、支架、土地成本)增加低于1.55元/W，则采用平单轴跟踪式相对划算;

采用双轴跟踪式安装方式，每年会增加264万元的收入，如果初始成本增加低于2.59元/W，则采用平单轴跟踪式相对划算。

如果项目所在地的平均年满发小时数高于1200h，则上述标准可以适当增加;如果低于1200h，上述标准需适当降低。如下表所示。

表6：不同发电小时数情况下，跟踪式收益提高的折现值

由于跟踪式支架的价格一定。因此，在发电量高的地区，跟踪式的经济效益会更加明显。

四、综合分析

就跟踪式安装方式的使用条件来看：

高直射比的地方，采用跟踪式将大大提高项目的发电量;

低纬度地区适合采用平单轴跟踪，高纬度地区适合采用斜单轴或双轴跟踪。

就性价比来看：

在太阳能资源好、发电量高的地区，即年总辐射量高的地区，跟踪式支架的性价比会更高。

FR：智汇光伏(PV-perspective)