【详析】光伏系统集成之平单轴的春天

清晨的昆山，紧邻沪宁高速和京沪高铁的一个开发区内，一条小河环绕着一座工厂的东、南两面。工厂的大门旁，一座高约五、六米的双轴跟踪光伏发电系统倒影在清澈的河水中，随着晨曦粼粼起舞，给宁静的工厂平添了几许舒适与安详。

大门口，常常有几辆满载卷扎钢板的重型汽车，在排着队等候卸货。

越过汽车，很容易就被大门对面楼房上那幅巨大的广告牌吸引，广告牌上两行醒目的大字——“我们为您解决精确跟踪太阳的问题。我们可以让平单轴的成本与固定支架一样，甚至更低！”——则与地面上矗立的几组单轴跟踪的光伏系统彼此注解，竞相述说着这个工厂的故事。

站在那几组平单轴跟踪光伏系统跟前，这座工厂的主人——中信博新能源科技（苏州）有限公司（以下简称“中信博）董事长蔡浩，毫不掩饰地表达了他对于平单轴跟踪系统市场前景的自信。

蔡浩相信，包括单轴和双轴在内的跟踪光伏支架，正在成为改变光伏发电系统赢利能力与竞争力的重要手段。他对记者表示，平单轴跟踪系统必然将大量运用，并将对传统的固定支架光伏系统集成模式形成颠覆性的冲击。

随着国内光伏发电市场的政策环境和市场环境逐渐变化，蔡浩的自信，看起来是比较理性的。

度电补贴的刺激

近期国内光伏发电市场政策的渐趋明朗，正在佐证蔡浩对于跟踪系统市场前景的判断。

现阶段光伏发电广泛推广的最大难题，无疑主要是较高的成本与有限的补贴之间的矛盾。因此，只要是能够对降低成本有所帮助的办法，几乎都会被业界竞相采用。

由于具有通过提高发电效率来综合降低系统成本的可能性，太阳跟踪系统正是其中的选项之一，并曾一度被业界广为尝试。

但由于前期国内市场主要采用初投资的补贴模式，造成光伏电站投资者事实上对系统的发电效率并不足够重视。加之一些观念认为，没有机械系统原本就是光伏发电系统相对于其他发电模式的一个优势。而跟踪系统——无论是单轴跟踪还是双轴跟踪，都有机械运动部分。这对需要在野外露天环境下运行20年以上的光伏发电系统而言，无疑增加了新的考验，有可能会带来后期运维成本的大幅增加。

同时，此前的跟踪技术在实践中也的确存在着一些问题，因此使得电站投资者对于光伏跟踪系统顾虑较多。

正是这些原因，导致太阳跟踪技术在国内市场的推广并不顺利。

据蔡浩介绍，其实很多专业投资者都了解太阳跟踪系统可以通过提升发电量的方式来综合降低光伏系统的成本，只是由于对跟踪技术的稳定性缺乏信心，因此尽管尝试者不少，但较大规模的使用者并不多。

他认为，其中的原因，除了政策的引导外，与此前的跟踪系统在技术上不够成熟也有很大的关系。

首先，传统的跟踪系统基本上都是采用螺纹推杆来实现传动，由于传动部分需要承重，磨损和消耗很大，因此非常容易出现系统不稳定、跟踪精确度不高等问题，不仅造成后期维护成本较高，发电量的提升也有限。

其次，此前的跟踪系统的结构设计，不仅钢材使用量大，成本也较高。而且由于中心矩梁和鱼刺网状支架整体焊接在一起，其整体重量较大，加上电池板的重量，因此在安装与施工时对地基的要求比较高，而且还需要机械吊装。

“这样的跟踪系统，动辄数吨重，推杆怎么推得动？又怎么可能不容易坏呢？”蔡浩介绍说，这种跟踪系统除了对场地环境方面有较高的要求外，施工工期也较长，还要求安装工人具有一定的技术能力，因此大大增加了光伏系统的安装成本，在实际运行过程中还极易出现故障。

“这种跟踪系统，如果安装基础不牢固，整个系统很容易被大风掀翻，因此需要像建房子那样采用较复杂的基础设计，才能保持系统的基本稳定性和抗风载能力。”他表示，这样的设计，很有可能造成电池板安装的高低不平，不仅电池阵列看起来不美观，实际发电效率业可能也有所损失。

蔡浩进一步介绍，这种跟踪系统设计，虽然能够基本实现将电池板安装在一条线上，但其鱼刺状的结构却存在着正常的机械加工误差，加上主梁自重存在挠度弯曲，因此很难保证所有电池板在一个平面上，极易出现安装好的电池板高低不平、东倒西歪的现象，不仅平整度及美观度较差，跟踪效果也会差一些；另外，由于每个电池板都是独立支撑，还带来系统的抗风载能力不强的问题。

蔡浩认为，传统的平单轴光伏跟踪系统的设计，如果要满足对同心度、同轴度与平行度方面的要求，则对地基基础的要求非常严苛。

他介绍说，跟踪系统的结构表面上看来很简单，但实际上要求很高，不仅要等高，还要具有一定的抗压强度。“虽然推杆的推力在上面，但力量的基础还是在地基上，因此一般要求地基采用框架结构设计来实现系统的稳定，这就要求地面基础采用浇筑预制件，整个过程就跟建房子一样，地面下全是井字架结构。这样一来，除了成本增加，工期也会增加，但同心度、同轴度的控制效果实际上还不好。”他说。

这种结构设计上的先天不足，很难通过后期的安装和维护来解决。“一两公分的误差，在建筑领域是很正常的范围，但对机械系统而言，则就不可思议了。”蔡浩表示，此前的跟踪系统技术，不仅成本更高，在实际使用中还存在风险，事实上降低了跟踪的效果和意义，因此不少投资者对跟踪技术缺乏信心。

不过，尽管投资者对于跟踪系统存在一定的疑虑，但从多数投资者都在试用跟踪系统的情况来看，跟踪技术的前景无疑值得期待。毕竟，谁都不愿意舍弃这种有可能大幅提高光伏系统发电效率的技术。

特别是在当前光伏电池板和逆变器效率提升速度越来越慢的背景下，如何提升系统发电效率进而实现投资回报收益的增长，已是光伏电站投资者必须面对的现实课题。

随着金太阳等初投资补贴模式退出市场，针对发电量补贴的模式即将粉墨登场，这必然会倒逼电站投资者向终端产出要效益，会想尽办法提高单位系统的发电量，因为这直接关系到投资回报效益。

“谁提高的发电量多，谁的收益也就越高，这是明摆着的事。”在蔡浩看来，更现实的办法，就是通过对系统设计的优化，来实现更大化地利用太阳光照资源以激发系统的现有发电效率。

蔡浩认为，太阳跟踪系统就是要起到这样一个作用。在光伏系统其它部件效率提升越来越有限的当下，采用太阳跟踪系统，不仅是最有潜力可挖的光伏系统发电量提升方向，同时也是降低系统成本最有效的办法。

平单轴的春天

近期，在李克强总理主持下召开的国务院常务会议，明确表示“必须支持光伏产业走出困境并健康发展”。

此次会议提出的扶持光伏行业六项措施，被业界传称为光伏“国六条”。其中，明确要求电网企业“优先安排光伏发电计划，全额收购所发电量”。

此前，发电量收购比例的未知，正是国内光伏电站投资者最大的心病之一。最高决策层的明确表态，无疑给予了市场最大的定心丸。

国内市场此前普遍不重视系统集成技术的现象，必然将因此得到极大地改变。

在蔡浩看来，此前业界针对光伏支架及跟踪系统的看法，可能是光伏系统集成技术中最需要改变的一个观念。他认为，无论是固定支架还是太阳跟踪系统，都不仅仅只是光伏发电系统的一个支撑部件，而是其非常重要的有机组成部分，是光伏系统集成技术中具有发挥空间的环节，甚至还是现有技术条件下能够为提升系统效率作出更大贡献的首选办法。

就当前的主流光伏发电技术——晶体硅光伏发电而言，能够进一步提高其发电量的各个方面，短期内似乎都已经遭遇了瓶颈，在巨大的投资回报压力面前，如何进一步降低成本和提升发电量，是光伏电站投资者们不得不面对的现实问题。

简而言之，在按照发电量补贴的市场背景下，有办法来进一步提高光伏系统发电量的投资商，必然会获得更高的投资收益。蔡浩认为，对于当前的晶体硅光伏电站而言，最好的选择，莫过于平单轴跟踪技术的利用。

按照业界比较公认的数据，单轴跟踪系统可以增加约15%-35%系统发电效率（不同纬度地区发电效果不同）。而此前平单轴跟踪系统的市场价格，约在2元/瓦左右。据蔡浩计算，与固定支架比较而言，通过跟踪系统对系统发电效率的提升，这部分成本完全可以在四年内收回，而在系统寿命的剩余年限内产生的发电量，则就成为了投资者新增的纯收益。

不过，对于醉心于平单轴跟踪技术的蔡浩来说，2元/瓦的成本，显然太高了。他透露，中信博新一代平单轴跟踪系统，通过结构设计和技术创新，目前的成本已经大幅降低到了1元/瓦以内。

超过50%的成本降幅，对于主要以钢材为原材料的跟踪系统而言，显然是一个巨大的成就。技术创新的威力，由此可见一斑。

尽管已经将跟踪系统的成本投资回收周期降低到了两年以内，但蔡浩对此仍不满意。其技术研发规划路线图显示，中信博的目标，是要让平单轴跟踪系统通过性价比竞争，逐步取代固定支架。

除了在大幅提升系统效率方面的良好表现外，蔡浩表示，平单轴跟踪系统的利用，还能提高土地的利用效率，让土地及屋面资源得到更合理有效的应用。

而对于此前市场上跟踪系统出现的问题，作为专业的光伏系统支架和跟踪系统供应商，中信博显然也非常了解。在对记者归纳此前平单轴跟踪技术实际应用中出现的问题的同时，蔡浩也一一列举了中信博针对这些问题的改善和研发创新。

据他介绍，中信博新一代平单轴跟踪系统至少有两个突出的技术创新。

首先，针对此前平单轴跟踪技术在解决系统同心度、同轴度和平整度要求上的不足，中信博通过结构设计的创新，不仅大幅减少了钢材的使用量和系统重量，还大幅降低了成本。同时，此前跟踪系统通过立柱承重的点受力模式，也被改为了分散多点支撑的平台受力模式，不仅降低了对地基的要求，稳定性还大大增加，且更好地实现了系统的同心度、同轴度和平整度目标。其次，则是弃用了此前普遍采用的螺纹推杆驱动技术，通过创新的力学结构设计，实现了无阻力动力系统。

“这种创新的系统设计，即使在十二级大风的情况下，对地基基础的要求也只有几百公斤的承载力，甚至要低于固定支架接对地基的要求，而且水泥桩基、螺旋桩等均可使用，大大降低了施工难度，同时还缩短了施工工期，并因此节省了大量的安装成本和桩基成本。”蔡浩介绍说，相比此前的平单轴跟踪系统，中信博新一代平单轴跟踪系统大约节省了60%-70%的材料。

仅此一项节约的成本，在蔡浩看来，就足以让平单轴跟踪技术具备了与固定支架竞争的能力，“如果再加上发电量提升所带来的系统成本的综合降低，固定支架所拥有的成本优势已所剩无几。”

不过，蔡浩也意识到，就当前的市场观念而言，投资者对于跟踪系统的接受可能还有一个过程。在他看来，多数投资者都更愿意从成本和部件效率的角度来理解光伏系统集成，而不是把光伏系统作为一个整体产品从系统产出的角度来看待。这是因为，光伏发电的诸多概念都是由系统部件生产商首先推广的，因此市场对系统集成之后的系统效率的理解有些不足。

但由于电池板价格的快速下降，平衡部件在光伏系统中的成本占比更加突出，甚至已经接近50%的比例，市场对包括支架及跟踪技术在内的支撑部件在系统中作用的认识，也正在逐渐改变。

“目前最好的系统集成技术，集成之后的系统发电效率，大约也只有系统装机容量的70%-80%。而这部分集成的损失，正好可以通过跟踪技术来补足。”蔡浩认为，随着国内光伏发电应用市场进入度电补贴模式时代，以系统产出能力为评价指标的系统等效发电能力的概念，一定会逐渐深入人心，平单轴跟踪技术将大有文章可做。