跟踪式光伏支架系统在农光互补光伏电站中的应用

跟踪式光伏支架系统在农光互补光伏电站中的应用

宋立强

宁夏鲁禹建设工程有限公司宁夏银川

摘要：光伏与农业的创新性结合，成为当前最值得开发的新能源创新应用模式。光伏支架的选择成为了建设一个电站首先需要考虑的因素。本文主要介绍了跟踪式光伏支架系统的特点，单轴跟踪光伏支架的主要形式，及在农光互补光伏电站中的应用。农光互补已经成为现在新的光伏产业发展方向。

关键词：农光互补；光伏支架，单轴跟踪系统

1、引言

目前国内的光伏项目正如雨后春笋般地投资建设，从简单的荒漠电站.地面电站到分布式屋顶电站，再到水面电站，光伏行业不断地面对着新的技术挑战和不同的环境难题。而在各种类型的光伏项目建设当中，如何提高土地利用效率“开源”与“节流”是关键，如何在合理而有效地利用土地资源的同时做到不破坏则显得尤为重要。光伏与农业.畜牧业等的创新性结合，最大程度的提高了土地利用率，并且做到不破坏原有生态环境，成为当前最值得开发的新能源创新应用模式。而在农光互补光伏电站的建设方面，光伏支架的选择成为了建设一个电站首先需要考虑的因素，不同的支架设计模式将产生截然不同的电站效益。

2、农光互补发电项目的特点

农光互补利用太阳能光伏发电无污染零排放的特点，与高科技大棚（包括农业种植大棚和养殖大棚）有机结合，即在大棚的部分或全部向阳面上铺设光伏太阳能发电装置，它既具有发电能力，又能为农作物、食用菌及畜牧养殖提供适宜的生长环境，以此创造更好的经济效益和社会效益。其主要有光伏农业种植大棚、光伏养殖大棚等几种模式。

在光伏电站系统中，如何提高光伏系统的整体效率一直备受关注。逆变器、组件、变压器、控制器等光伏设备提高1%的效率需耗费大量的人力物力，但目前光伏系统的设计环节中，往往忽视了支架的重要性。支架作为光伏电站系统中重要的一环，支架的结构及形式选择尤为重要。

3、光伏支架系统的特点

比较常用的光伏支架分为三种：固定式支架系统、跟踪式支架系统及可调式支架系统。

固定式支架在国内运用较为广泛，其优势在于价格低廉、结构稳定，但对于整个光伏系统而言，年平均日照时数较低，早上和下午的发电效率较低，导致整体的发电效率较低。

跟踪式支架系统基本可以分为单轴跟踪与双轴跟踪两种类型，其优势在于年平均日照时数高，但价格较贵，技术要求较高。目前绝大多数跟踪系统都采用PLC模块控制，但是软件与硬件的配合对技术要求很高而且也存在一定的出错率，其中双轴跟踪系统的出错率高于单轴跟踪，同时双轴跟踪系统相比较成本较高。

可调式支架：可调式支架是一种按照太阳在各个季节的高度角差异所开发的新型光伏支架，在固定式光伏支架的设计基础上额外增加一个半自动支架角度调节装置，并通过调节该装置来追踪太阳高度角的变化，从而提高日照时数，其优势在于效率较高，相比固定式最佳倾角安装的光伏支架年平均日照时数提高5%—10%，支架整体稳定性较高，适用范围较广，但后期运维成本较高。

因为农光互补电站需要与农业种植和畜牧养殖相结合，在综合成本与经济效益与后期运维等综合因素考虑，一般的农光互补发电项目大都采用单轴跟踪系统或双轴跟踪系统。

4、单轴跟踪光伏支架系统的形式

4.1、单轴跟踪光伏支架系统分为平单轴跟踪系统和斜单轴跟踪系统。

平单轴跟踪系统：组件南北向水平放置，东西向±45°跟踪，占地面积约17～19亩/MWp，其支架跟踪系统主要由：太阳能电池组件安装支架、水平转轴、转动驱动机构、风速检测装置和跟踪控制器组成。平单轴跟踪系统相对于最佳倾角固定安装系统，其发电量可以提高10%左右，这种跟踪装置结构特点是结构简单、成本较低、更适合于纬度较低的地区。

斜单轴跟踪系统：组件南北向固定为最佳倾角，东西向±45°跟踪，占地面积约22～28亩/MWp，适用于中高纬度地区。其支架跟踪系统主要由：太阳能电池组件安装支架、水平转轴、转动驱动机构、风速检测装置和跟踪控制器组成。斜单轴跟踪系统相对于最佳倾角固定支架系统由于接受太阳直射的时间多20%-25%，其发电量比固定支架系统提高20%以上。斜单轴跟踪系统相对于平单轴跟踪系统由于接受太阳直射的时间多10%-15%，所以发电量比平单轴提高10%以上。?

4.2、平单轴跟踪系统从整体结构主要分为矩阵式平单轴跟踪系统和线型平单轴跟踪系统。

矩阵式平单轴跟踪系统：一个子阵多个阵列采用型钢组成一个桁架矩阵，光伏组件按阵列平铺在每一列支架横担上，通过连杆使各转动架实现群动。其优点是：一、支架采用桁架式结构设计，一个子阵所有阵列连接为一个桁架整体，桁架分散受力，支架稳定性更好，抵抗外界破坏（如大风）等能力比较强；二、支架与支架间相互联结，桩基受力分散到整个子阵，使桩基受力更均匀，杜绝单个桩基受力过大的现象，降低桩基施工难度，减少桩基用量，大大降低了桩基施工成本；

线型平单轴跟踪系统：其每一排单独成列，上面铺设光伏组件，并不形成方阵，可适应更复杂的地形地貌，随坡就势，利用地势提高发电量，且可选用全铝合金材质，防腐性能好，支架重量轻，安装简便，运维成本低，适用于中低纬度地区。

4.3、斜单轴跟踪系统从整体结构主要分为矩阵式斜单轴跟踪系统和线型斜单轴跟踪系统。

矩阵式斜单轴跟踪系统：矩阵式平单轴跟踪系统连接方式相同，一个子阵所有阵列采用型钢组成一个桁架矩阵，同时光伏组件采用百页窗式的设计，即具有桁架式平单轴跟踪系统的优点，又能够降低光伏组件的受风面积，增加支架安全性，让光照更均匀，在组件下方形成小气候环境，更加有利于农作物的生长。

线型斜单轴跟踪系统：线型斜单轴跟踪系统形式与线型平单轴跟踪系统形式相同，可适应更复杂的地形地貌，其光伏组件采用带倾角设计方案可适应高纬度地区，但其支架稳定性不如矩阵式跟踪系统，所以不适用于西北地区风沙较大地区。

5、双轴跟踪光伏支架系统

双轴跟踪光伏支架系统光伏组件沿着两个旋转轴运动，具有两个旋转自由度，能够同时跟踪太阳的方位角与高度角的变化，理论上可以完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角为零。双轴跟踪系统相比固定倾角式将增加大于35%的太阳辐射接收量，能够显著提高光伏系统的发电效率。但双轴跟踪光伏支架系统安装成本高，后期运行故障率较高，维护费用高。

6、跟踪式光伏支架系统在农光互补光伏发电项目中的应用

光伏支架的选择方面，综合考虑支架形式、建设成本、发电效率及后期运营等方面因素，很多大型的农光互补发电项目，都采用单轴跟踪系统或双轴跟踪系统。如：宁夏宝丰1GWp光伏农业项目采用桁架式斜单轴跟踪系统，湖北宜城20MWp农光互补发电项目采用斜单轴跟踪系统；乐平70MWp农光互补发电项目采用双轴跟踪光伏支架系统等。在这些项目中，上面桁架矩阵光伏支架组成一个发电网，下面是农业种植或养殖结合，在不改变土地性质的前提下，有效的利用土地进行多元化发展，既满足农业生产的需要，又实现了光电转换，创造了全新的农业生产经营模式。。

7结束语

在国家政策的大力支持下，农光互补已经成为现在新的光伏产业发展方向，光伏扶贫项目真正的成为为民服务的产业项目，其未来的产业发展前景远大。

参考文献：

[1]王晔，光伏支架的设计选型及经济性分析，建筑技术开发，2016（05）

[2]陈源，光伏支架结构优化设计研究，电气应用2013（13）。

[3]朱俊江，我国太阳能光伏支架安装存在的问题及解决方法，中国高新技术企业，2015（22）。

[4]张锋，贺广零，单柱与双柱光伏支撑结构应用对比研究，发电与空调，2013（03）。