10MW光伏固定支架和跟踪支架发电量比较
光伏系统跟踪型支架和固定倾角支架的发电性能与可靠性分析
光伏系统跟踪型支架和固定倾角支架的发电性能与可靠性分析【摘要】本文介绍了光伏系统的固定倾角支架、单轴跟踪支架以及双轴跟踪支架的特点，并就中国青海省某地面光伏电站的发电情况进行统计分析。
数据表明单轴跟踪支架的单位发电量最高，而双轴跟踪支架反而略低于单轴跟踪支架。
经查明原因是该项目所使用的双轴跟踪支架实际故障率相对较高，降低了全年单位发电量，而单轴跟踪支架在发电量和可靠性的表现上均较好。
故建议若在西部环境较为恶劣的地区部署跟踪支架的光伏系统，推荐采用单轴跟踪支架的方案。
【关键词】光伏系统；跟踪支架；发电性能；可靠性1．光伏系统的支架通常有三大类光伏支架应用于地面光伏系统：固定倾角支架、单轴跟踪支架、双轴跟踪支架。
固定倾角支架在光伏系统项目中应用最广泛，其成本低廉、结构简单、安装方便。
无论是在在风载荷较高的情况下还是在地震多发地区，品质合格的固定倾角支架都能承受较大的机械应力而不必担心结构部件受损的问题。
在整个电站寿命期间所需要的运行维护费用也是最少的。
但在高纬度地区，不同季节太阳运行高度角以及方位角的变化范围较大，使用固定倾角支架的光伏系统在部分季节的发电效率相对较低。
单轴跟踪支架相比于固定倾角支架能获得较为明显的发电量提升，其主要分为两种类型：平单轴跟踪支架和斜单轴跟踪支架。
一般采用平单轴跟踪系统居多。
通常在平单轴跟踪系统里组件呈水平安装，跟踪方向从向东倾斜到向西倾斜，单个电机和控制器可控制多个跟踪阵列[1]。
单轴跟踪系统的传动齿轮和轴承均需要定期检修维护。
双轴跟踪系统可提供最高的发电量[2]。
双轴跟踪系统通常采用历史数据和传感器互补的跟踪控制方式以获得最高的精度，每个双轴跟踪支架均有2台电机以调整方位角和倾角。
但复杂的控制传动机构使得双轴跟踪系统具有相对更高的造价和故障率。
2．样本项目信息本项目位于青海省，纬度36.3度，项目地区域具有丰富的辐照资源。
根据Meteonorm version7.0的气象数据，在35度最佳倾角斜面上的年辐照量超过1800kWh/m2/year，并且超过60%为直射光。
光伏系统跟踪型支架和固定倾角支架的发电性能与可靠性分析
光伏系统跟踪型支架和固定倾角支架的发电性能与可靠性分析【摘要】本文介绍了光伏系统的固定倾角支架、单轴跟踪支架以及双轴跟踪支架的特点，并就中国青海省某地面光伏电站的发电情况进行统计分析。
数据表明单轴跟踪支架的单位发电量最高，而双轴跟踪支架反而略低于单轴跟踪支架。
经查明原因是该项目所使用的双轴跟踪支架实际故障率相对较高，降低了全年单位发电量，而单轴跟踪支架在发电量和可靠性的表现上均较好。
故建议若在西部环境较为恶劣的地区部署跟踪支架的光伏系统，推荐采用单轴跟踪支架的方案。
【关键词】光伏系统；跟踪支架；发电性能；可靠性1．光伏系统的支架通常有三大类光伏支架应用于地面光伏系统：固定倾角支架、单轴跟踪支架、双轴跟踪支架。
固定倾角支架在光伏系统项目中应用最广泛，其成本低廉、结构简单、安装方便。
无论是在在风载荷较高的情况下还是在地震多发地区，品质合格的固定倾角支架都能承受较大的机械应力而不必担心结构部件受损的问题。
在整个电站寿命期间所需要的运行维护费用也是最少的。
但在高纬度地区，不同季节太阳运行高度角以及方位角的变化范围较大，使用固定倾角支架的光伏系统在部分季节的发电效率相对较低。
单轴跟踪支架相比于固定倾角支架能获得较为明显的发电量提升，其主要分为两种类型：平单轴跟踪支架和斜单轴跟踪支架。
一般采用平单轴跟踪系统居多。
通常在平单轴跟踪系统里组件呈水平安装，跟踪方向从向东倾斜到向西倾斜，单个电机和控制器可控制多个跟踪阵列[1]。
单轴跟踪系统的传动齿轮和轴承均需要定期检修维护。
双轴跟踪系统可提供最高的发电量[2]。
双轴跟踪系统通常采用历史数据和传感器互补的跟踪控制方式以获得最高的精度，每个双轴跟踪支架均有2台电机以调整方位角和倾角。
但复杂的控制传动机构使得双轴跟踪系统具有相对更高的造价和故障率。
2．样本项目信息本项目位于青海省，纬度36.3度，项目地区域具有丰富的辐照资源。
根据Meteonorm version7.0的气象数据，在35度最佳倾角斜面上的年辐照量超过1800kWh/m2/year，并且超过60%为直射光。
光伏电站跟踪系统与固定系统的经济性能比较
表 ２
容量 Ｍ Ｗ ｐ １ — ４月份 发 电量 （ 万度） ０ ． ２ ５ １ ２ ， ３ ６ ６ ８ ６ ０ ． ７ ５ ４ ３ ２ ３ ５ １ ９ １ ０ ８ ８ ． ５ ５ ９ 同容ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量 （ ５ Ｍ Ｗ ｐ）下 单 轴 比固定 少发 ４ ， ６ ４ １ ８ ９万度 ，双 轴 比固定 超发 ５ ． ９ ％ 。
因为光伏 电站一旦建成 ，投 资成本 已经固定，但 电站发 电量的 大小及运 行维护费用的多少直接影响投资成本的回收率 ， 为此 ｘ ｘ光 伏 电站进 行了跟 踪系统与固定系统的经济性能情况分析 。 １情 况 介 绍 ｘ ｘ光 伏电站装机 容量 为 ２ ０ Ｍ Ｗ Ｐ ， 其中 ０ ． ２ ５ ｈ ｌ ｗ Ｐ 斜 单轴系统 ， ０ ． ７ ５ Ｍ Ｗ Ｐ双轴系统 ，１ ９ Ｍ Ｗ Ｐ的固定式 。 ２光伏 阵列 运行方 式设计 ２ ． １电池板阵列运行方式分类 光伏组件 的安装 方式有固定安装式和 自动跟踪式两种型 式， 自 动跟踪式包括单轴跟 踪系 统和双轴跟踪系统 。固定式是将太 阳能电 池方阵按照一个 固定 的对 地角度和固定的方 向的安装 ；单轴跟踪 系 统又分为水平单轴跟 踪和 斜单轴跟踪，水平单轴跟踪是单轴 的转轴 与地面所成角度为 Ｏ 。，斜单轴跟踪是单轴 的转轴与地面成 一定的 倾角 ；双轴跟踪 系统是方 位角和倾角都可 以远动 的工作方 式，可以 最大 限度 的提 高太 阳能电池对太 阳光的利用率。 ２ ． ２电池阵列运 行方式的选择 ． ２ ． ２ ． １固定式 光伏组件的安装，考虑其经济性和 安全 性，固定式安装应用最 广 泛 、技 术 最 为 成 熟 、成 本 相 对 最 低 ， 、安 装 简 单 、 维 护量 最 小 ，但 发 电量 相 对 较 低 。 ２ ． ２ ． ２单轴跟踪 对于水平单轴跟踪 ，理论发 电量 可提高 １ ５ ％ 一 ２ ０ ％ ，若采用斜单 轴跟 踪系统，发电量 可提 高 ２ ５ ％ ￣３ ０ ％ ，但实际因为种种原 因，发 电 量可提高 １ ８ ％ 左右。且支架成本较高，抗风性相对较差
太阳能光伏组件在不同跟踪方式下的发电量比较
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。
也是清洁能源，不产生任何的环境污染。
在全球环境污染和能源危机日益严重的今天，太阳能的充分利用对缓解能源危机、保护生态环境和保证经济的可持续发展具有重要意义。
在太阳能的有效利用当中，大阳能光伏利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。
太阳能电池以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电子转换而产生电能。
目前，太阳能光伏电站的安装分为固定式与跟踪式两种；跟踪式又分为地平坐标全跟踪、地平坐标方位角跟踪、赤道坐标全跟踪、赤道坐标极轴跟踪、赤道坐标水平轴跟踪等多种形式。
本文将介绍固定安装系统与地平坐标全跟踪系统、赤道坐标极轴跟踪系统及这些系统在相同条件下太阳能光伏组件的发电量的对比差异。
一、安装方式简介（一）固定安装固定安装方式直接将太阳能光伏电池组件朝向低纬度地区放置（与地面成一定角度），以串并联的方式组成太阳能光伏阵列从而达到使用太阳能发电的目的，如图１所示：图１固定安装示意图（二）跟踪安装当太阳光垂直于光伏电池组件平面时太阳电池接收到的太阳能为最大，发出的电功率也最高；但地球每时每刻都在自转和绕太阳公转，因此太阳光到达光伏组件的入射角度每时每刻都在变化，而固定安装系统的组件阵列均为固定放置，并不能实时保证太阳光垂直入射到光伏组件上，所以固定的平板电池组件并未完全发挥其潜力，如图２所示：图２同样光密度下，入射角越大，接受等量的太阳能所需的太阳电池越多跟踪系统可以使太阳电池尽量对准太阳，使太阳光线尽可能垂直入射到太阳电池组件上，从而提高总体发电量，进而降低输出电能的成本。
１．地平坐标全跟踪，如图３所示：图３地平坐标全跟踪该种跟踪方式通过调整方位角和高度角来拟合太阳轨迹，因为是双轴跟踪因此可以让太阳光实时垂直入射到太阳电池。
２．赤道坐标极轴跟踪，如图４所示：该种跟踪方式是单轴跟踪，光伏组件与地面成一定角度并随南北指向的轴旋转匀速转动，上午组件面向东方，下午组件面向西方；根据不同的季节可以调整旋转轴的高度角。
光伏跟踪支架产品特点及发展趋势
1 跟踪支架行业分析支架行业位于光伏产业链中游，主要包括固定支架和跟踪支架两大类。
固定支架进入门槛低、毛利率低且产品同质化严重。
在光伏平价上网的背景下，以往更关注设备投资、固定支架占主导（即“每瓦成本”）的时代，必将向更关注投资回报、跟踪支架占主导（即“每度成本”）的时代转变。
对于跟踪支架而言，由于它包括控制器、驱动及传动机构、钢结构等，属于一个自成体系的机电控制系统。
主要有单轴和双轴两种跟踪支架，其中单轴又分为平单轴和斜单轴，当前市场上主要以平单轴为主。
由于支架所处工作环境恶劣，对各部分机构的可靠性要求很高。
相对于固定支架而言，跟踪支架有不同程度的发电量增益：以平单轴为例，大约提升10%~20%（不同纬度地区有差异）。
对于光伏电站的业主或者EPC总包方而言，如果跟踪支架增加的成本低于发电收益，并且后期运行稳定可靠，就值得投资。
放眼全球，跟踪支架已经在国外大量的光伏电站中得到应用：2019年，全球光伏新增装机容量为114.9 GW，跟踪支架出货量35 GW，占比30.5%。
回到国内，由于初期补贴占据主导，市场没有发育成熟，所以跟踪支架的占比较低：2016年以前，跟踪支架占比不足2%；2019年，我国光伏新增并网容量30.1 GW，跟踪支架占比16%。
随着光伏发电的日趋成熟以及平价时代的到来，可以预测跟踪支架在国内外的占比均会继续上升，后续仍有较大的增长空间。
2 跟踪支架产品特点光伏跟踪支架由控制器（一般内部同时集成控制算法）、电机和传动机构、钢结构支架组成，其大致逻辑关系如图1所示。
其中：追踪算法完成地理坐标和气候信息到控制角度的转换；控制器实现角度信号到电机控制电流的转换，同时完成无线通讯、锂电池充电和接收传感器信号的功能；电机和传动机构是跟踪运动的执行部件；钢结构支架实现抗风和抗震的功能，同时承载光伏组件。
图1 光伏跟踪支架逻辑功能示意图2.1 总体排布目前主流支架企业中，支架总体排布主要有纵向扩展（多排联动）和横向扩展（单排独立控制）两大技术流派，如图2所示。
集中式光伏电站固定最佳倾角支架与平单轴跟踪支架
集中式光伏电站固定最佳倾角支架与平单轴跟踪支架江西大唐国际新能源有限公司，江西南昌 330038摘要：随着国内“3060”政策普及，传统以煤电为燃料的火力发电企业，因温室气体排放带来环境压力日趋严峻，为实现绿色、可持续发展总目标，新能源光伏、风电能源产业快速发展。
文章结合光伏电站发展方向，简要介绍集中式光伏支架类型及应用场景，并以江西某地区集中式光伏电站为例，对常用的两种支架选型方案进行经济性比对，得出最佳方案。
关键词：集中式光伏电站；支架选型；经济性分析引言随着国内新能源产业蓬勃发展，光伏技术得到快速提升，光伏组件、逆变器、支架、箱变等主要设备性能及技术不断突破，光伏电站系统效率不断提高，光伏电站造价已实现平价上网，具备与火电等其他能源一较高下能力，国内光伏新装机容量与日俱增。
但国内集中式光伏电站建设还面临着可用组件效率提升达到瓶颈、设备造价波动大、东部可用开发光伏土地越发贫瘠等诸多矛盾。
因此提升光伏电站发电效率尤为重要，光伏支架是光伏发电系统重要的组成部分，在集中式光伏电站的整体设计中，不同支架安装形式会影响组件对太阳总辐射量的接收程度，光伏电站投资方通过调整光伏组件安装方式，增加单位面积太阳辐射量，从而影响电站总发电量，不同地区的支架的选型，对光伏电站的可行性与经济效益有重大影响。
1.光伏支架分类根据安装方式不同，可分为固定式和跟踪式两种（详见表1）。
固定式支架又可分为最佳倾角式、可调倾角式、斜（屋）面平铺式。
跟踪式支架就是可以通过机械装置使得组件随着太阳的入射角变化而调整角度，从而获得更多辐射量，提高光伏阵列单位发电能力，可细分为平单轴、斜单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。
表1：主流光伏支架分类及特点2.经济性比对与选型研究在实际工程中，效益最大化是投资方关注的主要目标，因此，需要综合考虑不同支架选型带来的发电量差异和投资收益差异，选取最适用安装方式，本文选取固定最佳倾角支架与平单轴跟踪支架做对比。
跟踪支架光伏跟踪支架太阳能跟踪支架系统
跟踪支架|光伏跟踪支架|太阳能跟踪支架系统跟踪支架|光伏跟踪支架|太阳能跟踪支架系统厂家宇飞太阳能自主研发生产的轨道旋转跟踪系统，比普通光伏支架系统年提高发电量30%以上，重要的事说三遍：提高发电量30%以上，提高发电量30%以上，到底有没有这个发电量，下面我们用事实说话。
那成本是不是很高，我只能说比你用普通太阳能光伏支架还便宜。
一、跟踪支架|光伏跟踪支架|太阳能跟踪支架系统与固定支架系统发电量比较下图例为客户安装的2套光伏电站的对比，左边发电曲线是2套2.7KW（合计5.4KW）旋转跟踪方式，右边是1套10KW固定安装的发电曲线，安装位置基本处于同一位置，2个电站安装距离相距不超过500米。
通过对比可以发现，跟踪的发电曲线，在太阳升起2个小时左右即可达到满发功率的80%，而且满发时间长达9个小时，而右边，固定安装的光伏发电曲线，光伏发电输出功率明显很慢，而且功率输出下降也快，满发时间只有短短的1个小时左右，这就是跟踪与固定的巨大区别。
江西地区客户轨道跟踪光伏电站与固定安装光伏电站逆变器输出曲线比较二、跟踪支架|光伏跟踪支架|太阳能跟踪支架系统有哪些技术优势：1、除导轨其他全部为不锈钢材料生产，材料的硬度比Q235硬度强，不会生锈，材料耐磨，而且滚轮都是滚花加硬处理，可以增加与轨道面的摩擦力，耐磨性能更好，轨道与滚轮之间有冰雪覆盖也不会打滑；2、工字型钢结构，刚性好，而且采用不锈钢材质，硬度强度都够强，轨道不易变形，底盘轨道直径大（直径达3.4米），稳定性极佳；3、驱动力矩= 旋转半径1.7m * 驱动力300公斤= 500公斤•米，可以轻松驱动800公斤（旋转摩擦力32公斤）的光伏系统而电机磨损小，旋转力矩巨大无与伦比；4、圆弧轨道接口采用卡位结构，安装好圆形轨道就永远不会脱离，轨道面不锈钢板的硬度及刚性，保证了全寿命周期内不变形，运行顺滑，不会卡顿，5、本轨道旋转的跟踪结构有先天优势，驱动电机不是承重方向，拆卸方便，坏了维修方便，不会出现无法维修等问题，因此该系统没有系统风险，任何时间都可以正常旋转跟踪；6、俯仰角固定安装，可以达到与固定安装一致的抗风能力，大幅度减少了故障系统的故障率；7、本旋转结构可以保证光伏板在任何时间都可以使方位角90度垂直对准太阳，而且夏天方位角度变化范围可达220度，光伏板最大功率输出时间能够达11个小时，很多案例已经证明其提高发电量可高达40%；8、光伏板的俯仰角固定在当地纬度度数附近，太阳全年每天的高度变化范围也在其表面垂直线正负18度之间摆动，其发电量影响与双轴跟踪相差不明显，经统计本方案在俯仰角方面与双轴跟踪发电提高率的差额在5个百分点左右。
光伏电站的运行方式大致有五种
光伏电站的运行方式大致有五种：最佳倾角固定式（目前应用最广泛）；平单轴跟踪式；斜单轴跟踪式；双轴跟踪式；固定可调式。
不同的运行方式，最根本的区别就在于它们的发电量差异。
当然，初始投资和运行维护成本也会有差别。
一、不同运行方式的发电量提高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。