不同结构形式平单轴跟踪系统对比分析

0 引言

近年来，随着光伏行业迅速发展，达到度电成本最低、实现平价上网已成为行业的共同目标。与此同时，提高发电效率，进而提高光伏电站投资收益率就成为业界企业的突破口。平单轴跟踪系统在中、低纬度地区的应用不仅能提高发电量、确保电站收益率，而且在众多形式的跟踪系统中可靠性最好，所以其在光伏电站建设中的使用量逐步上升[1]。

1 平单轴跟踪系统介绍

平单轴跟踪系统是一种广泛应用于中、低纬度地区的光伏支架。该支架南北排布，旋转轴水平布置，自东向西跟踪太阳角度变化，通过单一的旋转轴不断调节光伏组件倾角，确保太阳光线始终垂直照射到光伏组件表面(北回归线以北地区除外)，从而提高光伏组件的转换效率。该系统跟踪部分按照天文算法，驱动电机带动支架，使组件跟踪太阳的方位角，增加阳光在光伏组件表面的直射分量，进而提高发电量。在地势比较平缓的区域，平单轴跟踪系统通常采用多排支架联动的工作形式，只需要一套驱动装置和控制器，就可以使整个阵列的多排支架自动跟踪太阳方位角变化，但此种形式的支架对地形平整度有较高要求。

2 不同厂家的平单轴跟踪系统结构形式对比分析

2.1 A厂家平单轴跟踪系统结构特点

A厂家平单轴跟踪系统支架结构主要由立柱、单根转动梁、组件支架、旋转轴、支臂、从动轮、联杆和配重块等组成。该系统采用自主研发的柔性回转驱动技术、联动系统优化技术和跟踪控制闭环技术，克服了传统跟踪系统故障率高、使用寿命短、抗风能力差、控制水平低、维护工作量大等诸多缺陷，系统的整体性能大幅提高，经济效益性更加显著[2]。该跟踪系统结构形式图如图1所示。

此系统的结构形式主要有以下特点：

1)采用柔性回转驱动技术。与传统机械硬联接方式相比，本跟踪系统采用绷紧的钢丝绳来联接驱动装置与从动轮，在系统受大风冲击的情况下，通过钢丝绳的张力来吸收过大的冲击力，有效保护驱动装置。

图1 A厂家的平单轴跟踪系统结构形式图

2)自润滑免维护转轴。采用全金属的转轴，可以实现防风沙、自润滑功能，25年寿命周期内完全免维护。

3)无极调节结构形式。采用无极调节的结构形式，可以让每一根转轴上安装的光伏组件转动角度一致，精度可达1°，甚至精度更高。

4)联动式结构。通过采用联杆方式，1个驱动与控制单元可以带动170 kW的光伏组件，1 MW的光伏组件平单轴跟踪系统仅需6个驱动与控制单元，在降低故障率与维护工作量的同时，有效降低了系统造价。

5)闭环控制方式。采用角度传感器实时监测光伏组件角度，并与目标角度进行对比，进行跟踪控制，有效保证了光伏组件实时对准太阳，实现发电量最大化。

2.2 B厂家平单轴跟踪系统结构特点

B厂家平单轴跟踪系统的支架结构部分主要由檩条、主梁、立柱、弧形梁支架、弧形梁 、手动摇杆、蜗杆支架等组成。该跟踪系统结构形式图如图2所示。

图2 B厂家的平单轴跟踪系统结构形式图

此跟踪系统的结构形式主要有以下特点：

1)手摇转动，操作方式简单。蜗杆支架可实现拆卸；当支架转动到合适角度后，将插销穿过立柱、弧形梁，从而实现支架的角度定位。

2)蜗轮蜗杆啮合自锁。当手动摇杆驱动蜗杆转动时，蜗杆与齿条啮合传动，从而使弧形梁带动光伏支架转动，防止回转。

3)稳定的支架角度调整。在调节光伏支架角度时，弧形梁的转动在蜗杆支架与限位滚子的作用下实现整排支架平稳转动。

4)无需润滑。特殊化工材料制作的涡轮齿，终生无需润滑剂。

5)稳固的结构设计，平整度高。结构采用双横梁，平整度高、整体性好，减少了对组件的重复应力作用，可更好地防止隐裂。

6)场平要求低，通用性强，适用于最大10%的坡度地形。

2.3 C厂家平单轴跟踪系统结构特点

C厂家平单轴跟踪系统的支架结构部分主要由立柱、桁架梁、组件支架、旋转轴、斜支撑、联杆等组成。该跟踪系统结构形式图如图3所示。

图3 C 厂家的平单轴跟踪系统结构形式图

此跟踪系统的结构形式主要有以下特点：

1)采用柔性软连接、减少风的震荡；组件单片安装，降低风阻，抗风能力强，可以适应10 cm以内的沉降；支架采用框架结构，强度高。

2) 采用“H”型立柱，桩基跨度可根据现场情况灵活调整，不用考虑结构的限制，更适用于大部分位于采煤沉陷区等复杂地形的“领跑者”项目。

3)采用单一的推杆结构，无需与传动主轴平行，推杆安装位置及长度根据项目地形因地制宜地进行调整；结构形式简单，便于安装，总体工作量与固定式支架相当，可大幅减少施工成本。

3 平单轴跟踪系统的应用

平单轴跟踪系统一般应用于纬度低于30°的地区，发电量提升效果明显。此种类型支架对地形平整度要求较高，一般适用于地形坡度小于10°的区域，坡度较大的区域需要进行场平，成本较高。

平单轴跟踪系统与其他形式跟踪系统相比，结构形式简单、性价比高、可靠性高、运行维护方便、发电量提升比例显著，将逐步在国内外电站中得到广泛应用。

4 结束语

随着国家光伏电价的持续下调，跟踪支架作为一种能提高光伏电站综合效益的有效手段，越来越受到人们的重视和应用。太阳跟踪系统能使光伏组件在其生命周期内发出更多的电量，也就意味着整个光伏产业链，在相同能耗条件下，能获得更多的发电量。在通常情况下，平单轴跟踪支架能使光伏电站全年发电量提高15%～20%，财务收益率可提高3%～6%[1]。

[1]余雷,王军,王新,等.关于不同单轴跟踪方式的对比分析[J].太阳能学报, 2011, 32 (3)： 426－432.

[2]沈剑峰,翟滨滨.一种新型高效率、低成本太阳能光伏跟踪装置平单轴[J].中国科技纵横, 2016, (5)： 43.