一种新型高效率、低成本太阳能光伏跟踪装置平单轴

沈剑峰 翟滨滨

【摘 要】随着全球太阳能光伏产业规模逐步扩大、未来光伏容量将大幅增加，显然如何提高太阳能光伏发电量、降低成本将会是大家共同探讨的话题。太阳能光伏装置自动跟踪控制系统是提高太阳能接受利用率的最直接有效的方法之一。在跟踪装置的基础上，研制了一种性价比较高的平单轴跟踪装置，其发电效率比固定式提高22%-26%左右。

【关键词】太阳能 光伏发电 平单轴跟踪装置

1 技术背景

太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这对太阳能的收集和利用提出了更高的技术要求，也成为太阳能技术发展的瓶颈。在太阳能利用设备中，如果能量接收平面垂直于太阳入射光线，这样就可以在单位面积内聚集更多的太阳能量。香港大学建筑系专家研究了太阳光照角度与太阳能接收率的关系，理论分析表明对太阳能的跟踪与非跟踪，太阳能设备能量的接收率相差近38%，可见精确的跟踪可使太阳能光伏设备的能量利用率大大提高。因此相关科研人员分别研制了跟踪设备，主要为双轴跟踪和斜单轴跟踪，但是其成本很高，相应的性价比大打折扣，因此在目前光伏发电领域的应用也受到了很大的限制。

2 平单轴太阳能跟踪装置

一种新型高效率、低成本太阳能光伏跟踪装置与双轴跟踪、斜单轴跟踪、固定式相比，平单轴跟踪装置在成本、效率综合评分上性价比最高。平单轴太阳能跟踪装置采用光电式跟踪与GPS定位跟踪结合的控制方式，如图1所示。

图1 平单轴太阳能跟踪装置示意图

原理：光电管安装在采光板上，通过调整采光板的位置使得其对准太阳；随着太阳的运动，太阳的方位角发生变化，使得采光板上面受到的太阳辐射不均匀，从而造成光电管会输出偏差信号，电流偏差信号通过放大电路后进入控制器，进而控制电机调整跟踪装置的角度，使得采光板对准太阳。光电式跟踪结构方便，灵敏度高。但是容易受到天气变化的影响，假如阴雨天气持续时间较长，太阳光就不能直射硅光管，有可能导致跟踪装置的运行出现错误。因此我们在设计上又增加了GPS定位装置，光电式跟踪与GPS定位跟踪相结合的控制跟踪，即可避免此问题的发生。

针对3种不同形式的光伏支架装置进行性价比较，如图2所示；（此处双轴跟踪成本太大，不作比较）。

图2 固定支架示意图 斜单轴跟踪示意图

试验结果数据表明：斜单轴跟踪最大每天功率比固定式增加发电量27%左右；平单轴跟踪最大每天功率比固定式增加发电量22%左右，如图3所示。

图3 发电量示意图

从成本角度来算，目前市场上固定支架的结构的成本在0.35元/每瓦左右，斜单轴跟踪装置成本为1.6元/每瓦左右，平单轴跟踪装置成本为0.9元/每瓦左右。我们作个比较，一个1MW地面电站，每天发电量8小时，一年发电时间300天，每度电补贴1.2元，如表1所示。

表1 1MW成本差异对比表

形式

装置成本（万元）

每年发电量（度）

增加成本（万元）

每年增加发电量（度）

增加费用回收年限

固定式

35

1440000

斜单轴跟踪

160

1828800

125

388800

2.7

平单轴跟踪

90

1756800

55

316800

1.4

从数据明显看出，平单轴跟踪的性价比相当可观，另外加上平常保养费用，一般在2年左右时间内即可回收增加的成本费用。相信平单轴肯定会在太阳能光伏行业领域引起很大关注。

3 结语

平单轴跟踪装置，能够实现对太阳光线的连续跟踪，采用对比试验证明，其发电效率比固定式提高22%-26%左右。此平单轴跟踪装置能够显著提高发电量，由于它的成本低，非常有助于在光伏发电领域的推广。

作者简介：沈剑峰（1987—），男，汉族，浙江人，本科，工程师，浙江科技学院，机械设计；主要从事太阳能光伏技术的研究和实践；翟滨滨（1987—），男，汉族，江苏人，本科，工程师，江苏科技大学，计算机，主要从事太阳能光伏技术的研究和实践。