一、跟蹤式支架的種類
光伏電站的安裝方式大致有五種：
1）最佳傾角固定式（目前應(yīng)用最廣泛）；
2）平單軸跟蹤式；
3）斜單軸跟蹤式；
4）雙軸跟蹤式；
5）固定可調(diào)式。
不同的安裝方式，最根本的區(qū)別就在于它們帶來的發(fā)電量差異。當(dāng)然，初始投資和運行維護成本也會有差別。
一、不同跟蹤式支架帶來的發(fā)電量提高
2010年的時候，我開始關(guān)注不同運行方式的比較，從某個支架廠家那里獲得了一些實測的數(shù)據(jù)，完成下圖。
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，各種運行方式的發(fā)電量提高率顯然是不一樣的。大致有幾個規(guī)律：
1）最佳傾角固定式（以下簡稱“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，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，提高了約25%）。
2）平單軸跟蹤式（以下簡稱“方式二”）
這種運行方式跟蹤了太陽一天之內(nèi)入射角的變化，其對發(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，這種運行方式更適合在緯度低于30°的地區(qū)使用，相對于“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“方式一”也能提高接近20%。
3）斜單軸跟蹤式（以下簡稱“方式三”）
這種運行方式顯然是結(jié)合了“方式一”和“方式二”的優(yōu)點。如同“方式一”不適合低緯度地區(qū)一樣，這種運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)受力不均衡就會很大。因此，工程中一般會采用一個較小的傾角。
4）雙軸跟蹤式（以下簡稱“方式四”）
由于跟蹤了太陽一天之內(nèi)、一年之內(nèi)的入射角的變化，這種方式對發(fā)電量的提高顯然是最高的。
5）固定可調(diào)式（以下簡稱“方式五”）
這種運行方式是根據(jù)太陽一年之內(nèi)入射角的變化調(diào)整支架傾角，從而實現(xiàn)發(fā)電量的提高。從去年開始比較流行，下文會著重說明。
那不同運行方式是如何提高發(fā)電量的呢？來兩個實際數(shù)據(jù)做的圖（說明：圖片來自于王斯成老師ppt）。
各種運行方式一年之內(nèi)各月發(fā)電量差異
從上圖可見，相對于水平面輻射：
- 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提高的；
- 雙軸跟蹤相對與單軸跟蹤，提高了春、秋、冬三季的發(fā)電量。
各種運行方式一天之內(nèi)各時刻發(fā)電量差異（武威、5月中旬）
從上圖可以看出：
- 跟蹤式（單軸、雙軸）相對與固定式，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。
二、不同跟蹤式支架的應(yīng)用
從前文來看，無論怎么比，跟蹤式的都比固定式的發(fā)電量好，那為什么固定式仍是大家最喜歡的運行方式呢？
其一，初始投資、占地、運維成本
無論是支架投資還是相同裝機容量的占地，還是運行維護成本，都遵循如下規(guī)律：
雙軸跟蹤式＞斜單軸跟蹤式＞平單軸跟蹤式＞固定可調(diào)式＞最佳傾角固定式
如一個10MW的項目，按25年平均滿發(fā)小時數(shù)1300h來考慮，投資增加0.1元/W，則需要增加凈收益（年發(fā)電量提高增加的收入-運維成本）約10萬元才劃算（按0.95元/kWh的電價，發(fā)電量大約提高0.81%可獲得10萬元收入）。
如，平單軸跟蹤投資大約增加1元/W，需要未來每年凈收入增加100萬可以持平；而發(fā)電量大約提高20%，大約能提高240萬的收入！就算考慮一年多幾十萬的運維費用，也是劃算的。那為什么大家不用呢？
其二，故障率與跟蹤精度
跟蹤式故障率高是大家普遍反饋的問題。我國現(xiàn)有的光伏電站主要在西北，風(fēng)沙大，對跟蹤軸的損害特別大。一旦出現(xiàn)鼓掌，別說發(fā)電量提高了，就連基本的發(fā)電量都保障不了！我并沒有拿到具體的統(tǒng)計數(shù)字，但了解的幾個電站，大家都覺得跟蹤式的容易壞。
除了故障率，跟蹤精度也達(dá)不到理想值，尤其是雙軸跟蹤。因此，發(fā)電量的提高也就會低于當(dāng)初的預(yù)期。
三、固定可調(diào)式支架
之所以把“固定可調(diào)式”單拎出來說，純粹因為去年以來，這種方式比較火。
下圖是青海某地一年采用3種角度和2種傾角的發(fā)電量情況。
采用三種不同角度時，各月發(fā)電量
不同角度調(diào)節(jié)方案時，擬合值后各月發(fā)電量
相對于最佳傾角：
三種角度（每年調(diào)節(jié)3次），可提高發(fā)電量6.2%，前后間距要增加，占地面積會增大；
15°和36°（每年調(diào)節(jié)2次），可提高發(fā)電量2.9%，前后間距不變，占地面積不變；
55°和36°（每年調(diào)節(jié)2次），可提高發(fā)電量1.6%，前后間距要增加，占地面積會增大。
因此，采用固定式最佳傾角和一個較小的角度是比較合適的。
目前，市場上固定可調(diào)式的支架大概有4種。
千斤頂式
液壓桿式
?? ? ? ? ??推桿式
圓弧式
根據(jù)電站運維人員反饋：傾角調(diào)節(jié)是件非常累人的事情，大家都不愿意去調(diào)，導(dǎo)致發(fā)電量低于預(yù)期值。但固定可調(diào)式的故障率如何尚未收到反饋。
跟蹤式安裝方式確實能提高發(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？
一、高“直射比“的地區(qū)
在進(jìn)行太陽能資源分析時，“直射比”是一個非常重要的參數(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，就是通過支架跟蹤太陽光的入射角度，盡量讓太陽光垂直于光伏組件。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)的另外一個參數(shù)就是“法向直接輻射”，簡稱DNI，即一直垂直于太陽能入射方向的直接輻射。直射比大的地方，DNI也會相對偏大。下表為8個領(lǐng)跑者基地的直射比與DNI情況。
表1：8個領(lǐng)跑者基地的直射比與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)電量會有較高的提升；在在直射比較低的地方（淮南、淮北、濟寧），雙軸跟蹤則效果不會很好。
下表為15個不同地點，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算值。
表2：不同地點雙軸跟蹤式比固定式發(fā)電量提高理論測算值
圖1：直射比與發(fā)電量提高的相關(guān)性
從圖1可以看出，雙軸跟蹤式相對于固定式發(fā)電量的提高比例，與項目場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，在決定項目是否采用跟蹤式之前，一定要關(guān)注項目場址的直射比。
二、“低緯度”地區(qū)
1發(fā)電量的提升效果
緯度對跟蹤式的發(fā)電量提高影響很大。低緯度地區(qū)，平單軸會有較好的效果；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個樣本數(shù)據(jù)中，抽取了6個樣本，組成3組進(jìn)行對比
表3：緯度對跟蹤效果的影響
注：斜單軸為最佳傾角斜單軸，下同。
上表3組數(shù)據(jù)中，每組的兩個場址的直射比基本相同。
從平單軸相對于固定式增加的發(fā)電量來看，低緯度點的增加比例明顯高于高位度點。
從斜單軸相對于固定式增加的發(fā)電量來看，基本與直射比成正比；但從斜單軸相對于平單軸的增加量（差值一欄），可明顯看出，差值大，即斜單軸相對于平單軸的效果更好。
綜上所述，僅從發(fā)電量提高來看，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
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算值（單位：hm2/萬kW）
從上表可以看出，在高緯度地區(qū)，采用平單軸跟蹤的安裝方式，占地面積略有增加；但采用斜單軸、雙軸跟蹤式，占地面積將大大增加。在北緯40°地區(qū)，斜單軸跟蹤的占地面積幾乎為固定式的2倍。
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。
3小結(jié)
根據(jù)上文的分析，對于高緯度地區(qū)的項目，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，是相對不錯的方案；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。
三、性價比分析
跟蹤式確實能提高發(fā)電量，但同時也會增加項目投資、運維成本。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）運維費用增加。
1運維成本
1）相對于固定式支架，跟蹤式支架高度較高，清洗、維修難度較高，費用會增加；
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，將提高項目的土地成本。
3性價比分析
以二類電價區(qū)（電價0.88元/kWh）1萬kW的項目為例，假設(shè)最佳傾角固定式的平均年滿發(fā)小時數(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)跟蹤式的運行維護成本不增加。
表5：跟蹤式安裝方式的經(jīng)濟性分析
從上表可以看出，在上述假設(shè)條件下，1萬kW的項目，
采用平單軸跟蹤式安裝方式，每年會增加158萬元的收入，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劃算；
采用雙軸跟蹤式安裝方式，每年會增加264萬元的收入，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劃算。
如果項目所在地的平均年滿發(fā)小時數(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格一定。因此，在發(fā)電量高的地區(qū)，跟蹤式的經(jīng)濟效益會更加明顯。
四、綜合分析
就跟蹤式安裝方式的使用條件來看：
高直射比的地方，采用跟蹤式將大大提高項目的發(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。
就性價比來看：
在太陽能資源好、發(fā)電量高的地區(qū)，即年總輻射量高的地區(qū)，跟蹤式支架的性價比會更高。
