蓄势待发的跟踪器

自从2009年中广核太阳能的敦煌10MW特许权全部采用了来自无锡昊阳的平单轴系统后，跟踪系统已经被很多电站投资商尝试使用，但由于各种原因这种能提升组件发电量的机械设备并未发展至应有的规模。随着电站装机量的不断提升以及电价的下调，跟踪系统能否重新的某些区域发挥作用值得探讨。

受伤的跟踪器

四年来丁致和在甘肃敦煌中广核电站上为上百套套跟踪系统花费了不少心思，这些跟踪系统总是不定时出一些问题。“最早出问题是在2010年，当时大规模的出现过电机故障。”经历了这次故障后，中广核太阳能与昊阳签署了一份20年的质保协议。昊阳通过中广核项目获得了名气和订单，但接踵而来的是跟踪器的各种故障信息。2013年初，一场10级以上的大风伴随着特大沙尘天气过后，中广核敦煌特许权项目在巡检时发现两个方阵中的组串出现跟踪系统轴承打滑及支架变形导致无法正常工作的情况。即使没有这种极端天气的影响，轴承故障也不时出现在丁致和团队的运维报告中，仅在2013年2月份就出现了7次故障。

中广核在敦煌项目上选择跟踪系统是有充足的理论依据。在一份《1977年-2007年平均辐射值测算系统首年发电量》的文件中，全年水平辐射为1772.67kwh/m2，平单轴跟踪系统辐射值为2500.63kwh/m2；固定42度倾角测算的发电量为16739.4MWh，平单轴跟踪系统则为
20050.8MWh，全年提升了近20%发电量。丁致和说，“虽然在1、2、11和12月平单轴跟踪发电量要少于固定系统，但从全年看还是正向收益。”

表一：中广核根据敦煌地区1977-2007年平均辐射值测算的首年发电量(单位：万千瓦时)

表二：敦煌国投10MW特许权电站与中广核10MW特许权电站发电量对比(单位：万千瓦时)

图一：甘肃金昌中华电力中来振发新能源的跟踪器
表一是中广核测算的平单轴跟踪系统和42度倾角的理论年发电量，可以看出理论上平单轴跟踪器能带来近20%的发电量提升。表二是在某年1-10月份的相邻两座光伏电站的发电量对比，事实上中广核的平单轴跟踪器比国投的固定安装发电量提升10%左右(国投的电站中有0.5MW薄膜组件，这部分发电量偏低)。

表三：国电龙源格尔木电站发电量数据，注：A逆变器子阵采用双轴跟踪器；B逆变器子阵采用固定安装

龙源太阳能也曾看好跟踪器在西部光伏电站中的应用，这家国有企业甚至与韩国PARU共同合作推广其庞大的双轴跟踪系统和斜单轴跟踪系统。青海格尔木龙源电力的项目中，PARU的斜单轴和双轴跟踪系统至今已经运行了3年的时间。项目实施前龙源太阳能根据仿真模拟测算得出格尔木地区双轴跟踪系统发电量比最佳倾角固定支架发电量增加30%以上，而对比了某一年的6个月实际发电量后发现增发量只有22%左右。在运维人员分析了相关因素后发现，跟踪系统子阵逆变器故障率要高于固定安装子阵的逆变器，某运维人员对记者表示，“在夏天有一个月跟踪系统子阵的逆变器停歇机故障发生了19次，影响了9天的发电量。”转动系统失灵不跟踪也是跟踪器常见的故障。PARU双轴跟踪系统体积巨大，单个最大容量可安装40块240瓦的组件，在格尔木电站中采用了容纳30块组件的系统。PARU希望通过增加单体容量来降低每瓦成本，但随着组件价格降低，在其有限的成本下降空间下，这套系统最终在市场上丧失了竞争力，龙源太阳能也逐渐淡出了跟踪器供应商的行列。

图二：某电站中的斜单轴跟踪器出现方向不一致

赛维LDK工程公司副总经理张雷表示，“如果双轴系统跟踪方向一个朝东一个朝西，对逆变器、汇流箱都会产生影响。”张雷参与的一个采用了16台双轴跟踪器的项目中，跟踪器的组件出现电压差异，产生电流反流，导致汇流箱熔断器保护，本应烧断了熔断器，但所用的直流熔断器不是特别好，导致拉弧着火，最终几个月时间损坏了七、八台汇流箱，后来更换了熔断器。

中节能新疆鄯善的电站采用了5MW昊阳的跟踪器，经过一年的运行后发现，由于风沙大的原因导致减速机出现故障。中电投哈密特许权项目的斜单轴跟踪系统在夏天能比固定安装高25%的发电量，但冬天有时候却比固定安装的发电量还有少。中利腾辉出售给联合光伏的嘉峪关100MW电站采用了1MW平单轴跟踪系统，金山太阳能的跟踪器采用了时间控制的PLC，有两次程序出问题停止运行。甘肃张掖，龙源电力的双轴跟踪器正努力进行整改，其项目经理薄文渊表示，“每天总有一两台要复位。”龙源在青海格尔木电站的PARU双轴跟踪器都计划更换掉采用国产设备。中国目前最大的跟踪光伏电站金昌正新100MW电站占地6300亩，比固定安装增加了30%的占地面积。这些倾角25度的斜单轴已经有50台出现问题进行了更换维修。由于跟踪器间距、面积、高度都比固定支架大，所以一直没有确定有效的清洗方案，导致发电效率低于刚投运时的效率。应天新能源的跟踪器让甘电投武威电站的运维人员非常苦恼，梁瑞抱怨道“备品备件都用完了，应天新能源不管了，只能自己做备品进行维修，去年故障特别多，发电量减少了5%。”

北京意科、科诺伟业、曾经的中环光伏都是跟踪器的拥趸，但最后都放弃了相关产品的推广。协鑫新能源徐州20MW光伏电站是中国最早使用跟踪系统的大型地面电站，当时部分采用了进口的西班牙埃菲玛双轴跟踪器，部分采用了已经不复存在的中环光伏自主研发的双轴跟踪器，这种跟踪器如今都已在市场上消失，而徐州电站的一些跟踪器也历经多次维修。

西北勘探设计院光电分院院长肖斌接触了多个采用跟踪系统的项目设计，“跟踪系统接收的辐射量远大于固定倾角的接收值。同固定安装相比，斜单轴跟踪可以增加30%左右，双轴跟踪系统比固定倾角增发量能达到35%左右”。

跟踪器对发电量的提升已经获得公认，但大多数业主仍然不愿冒然使用。肖斌表示，“作为设计单位，我们很想推广跟踪器，但成本和可靠性是必须面对的问题。目前已建成的跟踪器的发电效益都没有达到预期效果。也有部分厂家生成大幅降低了跟踪器的造价，但从系统角度看，他们把部分造价转移给了支架基础，经济性问题仍然存在。”

蓄势待发

在跟踪器的稳定性受到业内质疑的时候，作为中国高倍聚光系统的领军者，聚恒太阳能在过去一年中悄悄得将主业从CPV转移至平单轴跟踪器上来。2013年，聚恒太阳能向希腊某项目提供8MW产品，这是中国最大的跟踪器出口订单。聚恒首席技术官王士涛看好跟踪器的市场，在聚恒团队的努力下，聚恒平单轴跟踪器的价格已经降至1.2-1.4元/瓦(根据出货规模和项目所在地等因素的差异而不同)，具备了
性价比。王士涛介绍到，“全球在2012年的跟踪器市场已达到了2GW，其中主要是平单轴跟踪器。美国50%以上的地面电站采用平单轴跟踪器；在中国这个比例不到1%。问题的关键就是产品稳定性，我们已经通过设计优化解决了跟踪器的稳定性问题。”

图三：聚恒向希腊某项目供应的8MW单轴跟踪器
王士涛表示，“跟踪器最有可能出问题的的是电气部分，包括电机、控制单元、电源、传感器。聚恒的跟踪器设置了双套电气结构，主用和备用，一套失效后会自动切换到另一套上。例如一套电气系统的故障率是1%，那双结构下故障率能降低一到两个数量级。

图五：朝日的跟踪器用于某工厂草坪上的分布式系统

”山东朝日光伏总经理刘建中正向市场推广一种新的双轴跟踪器。这种跟踪器抛弃了昂贵并且容易损坏的回转驱动装置，采用了1:50减速比的蜗轮蜗杆减速机，新的结构使得双轴跟踪器的每瓦售价降至2元以内。为了使跟踪器更具有经济性，朝日光伏还推出了手自一体双轴跟踪支架，“这套准双轴系统每天东西向仍然会自动跟踪，南北向需要根据季节进行手动调节。”在牺牲了少量发电量后，准双轴跟踪器换来的是更低的成本和电机故障率。刘建中表示，“纬度方面可以每隔30天调整一次角度，甚至一年只调四次角度，两名工人一天可以完成2MW跟踪器的调整。”为了打消业主对质量的顾虑，刘建中尽其可能简化了跟踪器的部件，“蜗轮蜗杆25年基本不会坏，容易坏的就是电机，而我们的电机成本非常低，可以提供充足的备件。”

朝日光伏减小了跟踪器的体积，其抗风性能和维修方便性能都得到了提升，刘建中还找到了新的应用方式。在山东潍坊的一座工厂内的道路边，十台双轴跟踪器形成了一个200kW的小型分布式电站，这个电站丝毫不影响草坪的种植。在印度一座别墅的二楼阳台，两台跟踪器构建了新的风景。朝日光伏的跟踪器已经出现在多个国家的屋顶光伏项目中。

虽然遇到各种质量问题，龙源格尔木电站的运维人员还是感受到跟踪器对发电量的提升。该电站选择了7-12月中没有发生故障的一天数据进行对比，跟踪系统增发量最大出现在10月的一天，达到47.37%，最少的一天出现在11月份，增发量为32.54%。之前表二中中广核电站在1、2月中平单轴的发电量要低于固定安装的发电量，王斯成对此表示，“从理论上讲，双轴跟踪和斜单轴在全年发电增益上的差异不大，而平单轴的差异则随当地纬度的不同而不同。”在王斯成看来，平单轴跟踪器只适合低纬度地区，最高不超过35度，否则冬季太阳高度角过低会导致过多的余弦损失，这也就说明冬季固定方阵发电量高于跟踪方阵。王斯成建议，“平单轴跟踪器可以将组件抬高一个倾角，这样效果就等同于斜单轴，并且不受纬度限制。”

在王士涛看来，平单轴跟踪器在中国大部分地区能提升12-15%的发电量，虽然这点不如双轴和斜单轴，但平单轴不用增加更多的占地面积。刘建中详细测算了双轴跟踪器的占地比例，“在西部地区固定安装方式下土地利用率约为30%-35%，双轴跟踪器下土地利用率为20%-25%，也就是增加了30%的土地面积。如果再计算这部分土地的使用成本，跟踪器仍然在经济上占有优势。”王士涛在占地面积上更为自信，“平单轴在高纬度地区，如新疆、青海、甘肃等地甚至可以降低百分之十几的土地面积。即便如此，平单轴还是更适合在
低纬度地区使用。”王士涛确信在中国的光伏电价水平下能为业主带来1-2%的内部收益率提升，投资回收时间缩短一年。

拥有斜单轴跟踪技术的振发新能源并不担心产品的销售，这家中国排名前列的电站开发商和EPC商早已经将其用于自己的电站中，其中一些电站已经出售给新的电力投资商。拥有振发在甘肃金昌开发的100MW电站中51%股权的中华电力已经感受到跟踪器对发电量的帮助，该项目的项目经理鲍桂生表示，相比临近的固定系统的电站系统发电量提升接近20%。

图七： 美国某电站中提升了倾角的平单轴系统
当跟踪器的质量重新获得电站业主的信任后，经济性能成为核心。目前很多电站业主由于资金紧张并不愿意多花钱去使用跟踪器，聚恒正计划引入融资租赁或合同能源管理的模式来推广。

但相比单轴来说，刘建中更推崇双轴产品，“单轴在高纬度地区的冬季日照短的情况下发电量会比双轴要少很多，甚至比固定安装的都要少。”在中广核敦煌特许权项目中，同样4.6千瓦的多晶组件，在2012年2月14日，固定安装的发电量为19.794千瓦时，双轴情况下发电量为23.917千瓦时，斜单轴则只有15.564千瓦时。

图六：屋顶上的双轴跟踪器
无锡昊阳的自动跟踪系统订单下滑后，他们开始转向一种新的设计结构——固定可调支架。这类产品在2012年就已经被多家电站试用。昊阳的可调支架每年可以调节四个角度，相对固定倾角支架来说能提升5%的发电量。肖斌设计过几个这种电站，根据他的经验，“调节工作量大，次数多，每一组串重量大，会导致支撑轴变形而带来调节困难。”无锡昊阳把万向节应用于支撑轴，这样就解决了变形和调节困难的问题。国华哈密电站采用了神华下属的北京福安建设有限公司的可调支架，牛小勇表示，“虽然调节会耗用一些时间和费用，安装工艺更复杂一些，但一年能提高超过5%的发电量。”

双轴跟踪器、斜单轴跟踪器、平单轴跟踪器以及正在慢热的固定可调支架，都有其各自的优点，但业主选择哪种产品还要看各个厂家的示范效果。跟踪器的优点也需要电站业主去探索。

由于限电影响，格尔木华能的运维人员会让采用跟踪器的子阵满功率运行，停掉固定安装的子阵以保证发电量最大化。2014年初，金川集团的200MW电站也已经加装1MW双轴跟踪器进行试验性对比以获取更充足的数据。

责任编辑：solar_robot