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光伏电站中各种类型的支架分析


光伏电站中各种类型的支架及安装方式分析

光伏电站的运行方式大致有五种: 最佳倾角固定式(目前应用最广泛); 平单轴跟踪式; 斜单轴跟踪式; 双轴跟踪式; 固定可调式。 不同的运行方式,最根本的区别就在于它们的发电量差异。当然,初始投资和运行维护成本也会有差别。 一、不同运行方式的发电量提高 一些实测的数据,如下图。

从上图可以看出,与最佳倾角的固定式安装相比,水平单轴跟踪的发电量提升了 17%~30%,倾斜 5° 单轴跟踪的发电量提 升了 21%~35%,双轴跟踪的发电量提升了 35%~43%。但不同纬度下,各种运行方式的发电量提高率显然是不一样的。大致有 几个规律: 1)最佳倾角固定式(以下简称“方式一”) 在低纬度地区,由于最佳倾角较小,所以发电量提高很少(如在 8° 时,几乎是不变的);在高纬度地区,最佳倾角大, 发电量提高明显(如在 50° 时,提高了约 25%)。 2)平单轴跟踪式(以下简称“方式二”) 这种运行方式跟踪了太阳一天之内入射角的变化,其对发电量的提高率,在低纬度地区要明显优于高纬度地区。一般认 为,这种运行方式更适合在纬度低于 30° 的地区使用,相对于“方式一”,可以提高 20%-30%的发电。当然在高纬度地区,相对“方 式一”也能提高接近 20%。 3)斜单轴跟踪式(以下简称“方式三”) 这种运行方式显然是结合了“方式一”和“方式二”的优点。 如同“方式一”不适合低纬度地区一样, 这种运行方式在低纬度地 区的表现并不比“方式二”好多少。因此,更适合高纬度地区。 这种方式下, 阵列两侧的支撑结构 (支架、 转动轴) 受力肯定是不一样的。 由于高纬度地区的最佳倾角较大, 如果采用“最 佳倾角斜单轴”,则两侧受力不均衡就会很大。因此,工程中一般会采用一个较小的倾角。

4)双轴跟踪式(以下简称“方式四”) 由于跟踪了太阳一天之内、一年之内的入射角的变化,这种方式对发电量的提高显然是最高的。 5)固定可调式(以下简称“方式五”) 这种运行方式是根据太阳一年之内入射角的变化调整支架倾角,从而实现发电量的提高。从去年开始比较流行,下文会 着重说明。 那不同运行方式是如何提高发电量的呢?来两个实际数据做的图(说明:图片来自于王斯成老师 ppt)。

各种运行方式一年之内各月发电量差异 从上图可见,相对于水平面辐射: 固定式提高了春、秋、冬三季的发电量,而牺牲了夏季的发电量; 单轴跟踪的曲线与水平面曲线几乎是完全平行的; 双轴跟踪相对与单轴跟踪,提高了春、秋、冬三季的发电量。

各种运行方式一天之内各时刻发电量差异(武威、5 月中旬) 从上图可以看出: 跟踪式(单轴、双轴)相对与固定式,提高了早晚的发电量; 由于是春季的数据,所以中午的发电量,双轴与固定式相当,高于单轴。

二、不同运行方式的应用 从前文来看,无论怎么比,跟踪式的都比固定式的发电量好,那为什么固定式仍是大家最喜欢的运行方式呢? 其一,初始投资、占地、运维成本 无论是支架投资还是相同装机容量的占地,还是运行维护成本,都遵循如下规律: 双轴跟踪式>斜单轴跟踪式>平单轴跟踪式>固定可调式>最佳倾角固定式 如一个 10MW 的项目,按 25 年平均满发小时数 1300h 来考虑,投资增加 0.1 元/W,则需要增加净收益(年发电量提高 增加的收入-运维成本)约 10 万元才划算(按 0.95 元/kWh 的电价,发电量大约提高 0.81%可获得 10 万元收入)。 如,平单轴跟踪投资大约增加 1 元/W,需要未来每年净收入增加 100 万可以持平;而发电量大约提高 20%,大约能提高 240 万的收入!就算考虑一年多几十万的运维费用,也是划算的。那为什么大家不用呢? 其二,故障率与跟踪精度 跟踪式故障率高是大家普遍反馈的问题。我国现有的光伏电站主要在西北,风沙大,对跟踪轴的损害特别大。一旦出现 鼓掌,别说发电量提高了,就连基本的发电量都保障不了!我并没有拿到具体的统计数字,但了解的几个电站,大家都觉得跟 踪式的容易坏。 除了故障率,跟踪精度也达不到理想值,尤其是双轴跟踪。因此,发电量的提高也就会低于当初的预期。 三、固定可调式 之所以把“固定可调式”单拎出来说,纯粹因为去年以来,这种方式比较火。 下图是青海某地一年采用 3 种角度和 2 种倾角的发电量情况。

采用三种不同角度时,各月发电量

不同角度调节方案时,拟合值后各月发电量 相对于最佳倾角: ? 三种角度(每年调节 3 次),可提高发电量 6.2%,前后间距要增加,占地面积会增大; ?15° 和 36° (每年调节 1 次),可提高发电量 2.9%,前后间距不变,占地面积不变; ?55° 和 36° (每年调节 1 次),可提高发电量 1.6%,前后间距要增加,占地面积会增大。 因此,采用固定式最佳倾角和一个较小的角度是比较合适的。



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