平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，促使投資企業(yè)采用各種新技術(shù)實(shí)現(xiàn)降低度電成本(LCOE)。跟蹤支架，就是近一兩年備受青睞的、能降低度電成本的新技術(shù)。

一、光伏跟蹤支架的類(lèi)型

光伏電站支架的類(lèi)型大致有五種：

1)最佳傾角固定式(之前應(yīng)用最廣泛);

2)平單軸跟蹤式(目前應(yīng)用最廣泛的跟蹤支架);

3)斜單軸跟蹤式;

4)雙軸跟蹤式;

5)固定可調(diào)式(應(yīng)用量?jī)H次于固定支架，也分多種形式)。

不同的運(yùn)行方式，最根本的區(qū)別就在于它們的發(fā)電量差異。當(dāng)然，初始投資和運(yùn)行維護(hù)成本也會(huì)有差別。

幾種支架的現(xiàn)場(chǎng)圖片如下。

說(shuō)明：上圖僅為個(gè)別項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)圖片，實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，每種類(lèi)型支架都有多種形式。

以固定可調(diào)支架為例，實(shí)際應(yīng)用中就有多種形式，如下圖所示。

1、跟蹤支架對(duì)年發(fā)電量的影響

下圖為2010年從某個(gè)支架廠家那里獲得的、在不同地點(diǎn)、不同支架對(duì)發(fā)電量影響的一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

從上圖可以看出，與最佳傾角的固定式安裝相比，水平單軸跟蹤的發(fā)電量提升了17%~30%，傾斜5°單軸跟蹤的發(fā)電量提升了21%~35%，雙軸跟蹤的發(fā)電量提升了35%~43%。但不同緯度下，各種運(yùn)行方式的發(fā)電量提高率顯然是不一樣的。大致有幾個(gè)規(guī)律：1)最佳傾角固定式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“方式一”)在低緯度地區(qū)，由于最佳傾角較小，所以發(fā)電量提高很少(如在8°時(shí)，幾乎是不變的);在高緯度地區(qū)，最佳傾角大，發(fā)電量提高明顯(如在50°時(shí)，提高了約25%)。2)平單軸跟蹤式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“方式二”)這種運(yùn)行方式跟蹤了太陽(yáng)一天之內(nèi)入射角的變化，其對(duì)發(fā)電量的提高率，在低緯度地區(qū)要明顯優(yōu)于高緯度地區(qū)。一般認(rèn)為，這種運(yùn)行方式更適合在緯度低于30°的地區(qū)使用，相對(duì)于“方式一”，可以提高20%-30%的發(fā)電。當(dāng)然在高緯度地區(qū)，相對(duì)“方式一”也能提高接近20%。3)斜單軸跟蹤式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“方式三”)這種運(yùn)行方式顯然是結(jié)合了“方式一”和“方式二”的優(yōu)點(diǎn)。如同“方式一”不適合低緯度地區(qū)一樣，這種運(yùn)行方式在低緯度地區(qū)的表現(xiàn)并不比“方式二”好多少。因此，更適合高緯度地區(qū)。這種方式下，陣列兩側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)(支架、轉(zhuǎn)動(dòng)軸)受力肯定是不一樣的。由于高緯度地區(qū)的最佳傾角較大，如果采用“最佳傾角斜單軸”，則兩側(cè)受力不均衡就會(huì)很大。因此，工程中一般會(huì)采用一個(gè)較小的傾角。4)雙軸跟蹤式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“方式四”)由于跟蹤了太陽(yáng)一天之內(nèi)、一年之內(nèi)的入射角的變化，這種方式對(duì)發(fā)電量的提高顯然是最高的。5)固定可調(diào)式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“方式五”)這種運(yùn)行方式是根據(jù)太陽(yáng)一年之內(nèi)入射角的變化調(diào)整支架傾角，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的提高。從去年開(kāi)始比較流行，下文會(huì)著重說(shuō)明。

2、跟蹤支架對(duì)各月發(fā)電量的影響

下圖為甘肅某光伏電站、各種運(yùn)行方式一年之內(nèi)各月發(fā)電量情況。

說(shuō)明：圖片來(lái)自于王斯成老師ppt

從上圖可見(jiàn)，相對(duì)于水平面輻射：固定式提高了春、秋、冬三季的發(fā)電量，而犧牲了夏季的發(fā)電量;單軸跟蹤的曲線與水平面曲線幾乎是完全平行的;雙軸跟蹤相對(duì)與單軸跟蹤，提高了春、秋、冬三季的發(fā)電量。

3、跟蹤支架對(duì)日月發(fā)電量的影響

下圖為甘肅武威某光伏電站、5月中旬的一天，各種運(yùn)行方式一天之內(nèi)各時(shí)刻發(fā)電量差異。

從上圖可以看出：跟蹤式(單軸、雙軸)相對(duì)于固定式，提高了早晚的發(fā)電量;由于是春季的數(shù)據(jù)，所以中午的發(fā)電量，雙軸與固定式相當(dāng)，高于單軸。

從上文可以看出，跟蹤式安裝確實(shí)能提高發(fā)電量。然而，并不是所有的地方，跟蹤式支架都能有很好的效果。那什么樣的條件，適合采用跟蹤式支架呢?

三、跟蹤支架的適用條件

1、高“直射比”地區(qū)

在進(jìn)行太陽(yáng)能資源分析時(shí)，“直射比”是一個(gè)非常重要的參數(shù)。直射比= 水平面直接輻射：水平面直接輻射跟蹤式支架，顧名思義，就是通過(guò)支架跟蹤太陽(yáng)光的入射角度，盡量讓太陽(yáng)光垂直于光伏組件。只有直接輻射比例大的地方，跟蹤才有意義。與直射比相關(guān)的另外一個(gè)參數(shù)就是“法向直接輻射”，簡(jiǎn)稱(chēng)DNI，即一直垂直于太陽(yáng)能入射方向的直接輻射。直射比大的地方，DNI也會(huì)相對(duì)偏大。下表為8個(gè)領(lǐng)跑者基地的直射比與DNI情況。表1：第二批領(lǐng)跑者8個(gè)基地的直射比與DNI情況

從上表可以看出，在直射比高的地區(qū)(包頭、烏海、張家口)，DNI數(shù)值高于水平面總輻射，采用雙軸跟蹤，發(fā)電量會(huì)有較高的提升;在直射比較低的地方(淮南、淮北、濟(jì)寧)，雙軸跟蹤則效果不會(huì)很好。

下表為15個(gè)不同地點(diǎn)，采用雙軸跟蹤式安裝方式，與采用最佳傾角固定式相比，發(fā)電量提高比例的理論測(cè)算值。表2：不同地點(diǎn)雙軸跟蹤式比固定式發(fā)電量提高理論測(cè)算值

從圖1可以看出，雙軸跟蹤式相對(duì)于固定式發(fā)電量的提高比例，與項(xiàng)目場(chǎng)址的直射比有較好的相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.96。因此，在決定項(xiàng)目是否采用跟蹤式之前，一定要關(guān)注項(xiàng)目場(chǎng)址的直射比。

2、低緯度地區(qū)

1)發(fā)電量的提升效果

緯度對(duì)跟蹤式的發(fā)電量提高影響很大。低緯度地區(qū)，平單軸會(huì)有較好的效果;高緯度地區(qū)，平單軸效果不明顯，需要斜單軸或雙軸跟蹤。

為了排除直射比的影響，從表2的15個(gè)樣本數(shù)據(jù)中，抽取了6個(gè)樣本，組成3組進(jìn)行對(duì)比

表3：緯度對(duì)跟蹤效果的影響

注：斜單軸為最佳傾角斜單軸，下同。

上表3組數(shù)據(jù)中，每組的兩個(gè)場(chǎng)址的直射比基本相同。從平單軸相對(duì)于固定式增加的發(fā)電量來(lái)看，低緯度點(diǎn)的增加比例明顯高于高緯度點(diǎn)。從斜單軸相對(duì)于固定式增加的發(fā)電量來(lái)看，基本與直射比成正比;但從斜單軸相對(duì)于平單軸的增加量(差值一欄)，可明顯看出，差值大，即斜單軸相對(duì)于平單軸的效果更好。綜上所述，僅從發(fā)電量提高來(lái)看，低緯度地區(qū)，適合用平單軸;高緯度地區(qū)，適合用斜單軸或雙軸跟蹤。

2)占地面積差異

以轉(zhuǎn)換效率為16%的光伏組件為例，不同形式、不同緯度下，1萬(wàn)kW光伏方陣的占地面積如下表所示。

表4：不同安裝方式下，光伏方陣占地面積的理論測(cè)算值(單位：hm2/萬(wàn)kW)

在用地比較緊張、土地成本高的高緯度地區(qū)，不大適合用斜單軸、雙軸跟蹤式。

對(duì)于高緯度地區(qū)的項(xiàng)目，從提高發(fā)電量角度，宜采用斜單軸、雙軸跟蹤;但從占地面積的角度，斜單軸、雙軸跟蹤式會(huì)大大增加占地面積。

鑒于上述原因，在低緯度地區(qū)采用平單軸跟蹤，是相對(duì)不錯(cuò)的方案;在高緯度地區(qū)，在土地成本比較便宜的情況下，可考慮采用斜單軸、雙軸跟蹤。

四、性?xún)r(jià)比分析

跟蹤式確實(shí)能提高發(fā)電量，但同時(shí)也會(huì)增加項(xiàng)目投資、運(yùn)維成本。與固定式相比，跟蹤式的成本增加主要體現(xiàn)在三方面：

1)支架成本提高，

2)占地面積增加，

3)運(yùn)維費(fèi)用增加。

1運(yùn)維成本

1)相對(duì)于固定式支架，跟蹤式支架高度較高，清洗、維修難度較高，費(fèi)用會(huì)增加;

2)跟蹤系統(tǒng)導(dǎo)致自耗電較高;

3)跟蹤系統(tǒng)故障率相對(duì)較高。

2占地面積

如前文所述，采用跟蹤式的安裝方式，占地面積大大增加，將提高項(xiàng)目的土地成本。

3性?xún)r(jià)比分析

以某1萬(wàn)kW光伏電站(電價(jià)0.88元/kWh)為例，假設(shè)最佳傾角固定式的平均年滿(mǎn)發(fā)小時(shí)數(shù)為1200h，采用平單軸跟蹤發(fā)電量提高15%，采用雙軸跟蹤發(fā)電量提高25%。假設(shè)跟蹤式的運(yùn)行維護(hù)成本不增加。

表5：跟蹤式安裝方式的經(jīng)濟(jì)性分析

從上表可以看出，在上述假設(shè)條件下，1萬(wàn)kW的項(xiàng)目，采用平單軸跟蹤式安裝方式，每年會(huì)增加158萬(wàn)元的收入，如果初始成本(包含基礎(chǔ)、支架、土地成本)增加低于1.55元/W，則采用平單軸跟蹤式相對(duì)劃算;采用雙軸跟蹤式安裝方式，每年會(huì)增加264萬(wàn)元的收入，如果初始成本增加低于2.59元/W，則采用平單軸跟蹤式相對(duì)劃算。如果項(xiàng)目所在地的平均年滿(mǎn)發(fā)小時(shí)數(shù)高于1200h，則上述標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)增加;如果低于1200h，上述標(biāo)準(zhǔn)需適當(dāng)降低。如下表所示。

表6：不同發(fā)電小時(shí)數(shù)情況下，跟蹤式收益提高的折現(xiàn)值

由于跟蹤式支架的價(jià)格一定。因此，在發(fā)電量高的地區(qū)，跟蹤式的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更加明顯。

五、典型應(yīng)用案例

從前文的分析可以看出：

就跟蹤式安裝方式的使用條件來(lái)看：

高直射比的地方，采用跟蹤式將大大提高項(xiàng)目的發(fā)電量;

低緯度地區(qū)適合采用平單軸跟蹤，高緯度地區(qū)適合采用斜單軸或雙軸跟蹤。

就性?xún)r(jià)比來(lái)看：

在太陽(yáng)能資源好、發(fā)電量高的地區(qū)，即年總輻射量高的地區(qū)，跟蹤式支架的性?xún)r(jià)比會(huì)更高。

在風(fēng)大的地區(qū)，跟蹤式支架曾經(jīng)發(fā)生過(guò)被吹翻的問(wèn)題。下圖為某領(lǐng)跑者項(xiàng)目，跟蹤支架被大風(fēng)掀翻的案例。

針對(duì)這一問(wèn)題，在實(shí)踐中可以采取靈活的設(shè)計(jì)方案!青海海南州特高壓基地項(xiàng)目，黃河上游集團(tuán)水電開(kāi)發(fā)有限公司中標(biāo)2.4GW，就采用了多種安裝方式相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)黃河水電之前實(shí)證基地的數(shù)據(jù)，光伏電站建成后，場(chǎng)區(qū)內(nèi)風(fēng)速、風(fēng)向會(huì)發(fā)生明顯變化，13m/s以上的極大風(fēng)速將明顯降低。根據(jù)風(fēng)載分布的不同，對(duì)光伏電站的發(fā)電單元進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

發(fā)電單元布置主要有以下改進(jìn)：

按風(fēng)向優(yōu)化布置，光伏電站受風(fēng)力影響，承受的載荷由外圍到內(nèi)部逐漸減少。在不同地方，在不影響支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，布置不同強(qiáng)度材料的支架，節(jié)省了材料。

固定支架的抗風(fēng)能力比較強(qiáng)，支架的投資相對(duì)比較低。因此，電站由外到內(nèi)分別布置固定支架、普通平單軸、優(yōu)化平單軸。

因此，在實(shí)踐中根據(jù)跟蹤支架的優(yōu)缺點(diǎn)，采用靈活的布置方案，一定會(huì)獲得更好的經(jīng)濟(jì)收益!