光伏跟踪系统的选型

由于土建施工不可能消除基础的随机沉降,所以在光伏跟踪支架的设计时必须充分考虑后期基础随机沉降对跟踪系统造成的影响,也就要求跟踪系统对基础沉降具有一定的适应能力。
摩尔光伏     2017-2-10 20:55:49

随着入网电价的降低,也就意味着国家对光伏发电行业的扶持政策的力度将逐步减小,为此想要尽快的回收电站建设的投资成本,最大限度的提高发电量和增加经济效益就显得尤为重要。睿基使用有智慧型跟踪功能的控制器,来实现对太阳能光伏支架的旋转,对太阳入射方向进行实时跟踪,从而使光伏方阵的受光面接收尽量多的太阳辐照量,以增加发电量。

光伏跟踪系统可分为单立柱斜单轴跟踪、单立柱双轴跟踪、平单轴跟踪、斜单轴跟踪、平单轴联动跟踪、斜单轴联动跟踪、平单轴带倾角联动跟踪等类型的系统,使用不同的跟踪系统能提高10%~45%的发电量。


一、 光伏跟踪系统的类型


 下面简要介绍一下各种跟踪系统的性能特点、选用方法,供大家参考。


1.1 平单轴联动跟踪系统

平单轴跟踪系统:光伏支架的转轴平行于水平面安装,并绕一维轴旋转,旋转轴为南北走向,使得光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。

平单轴联动跟踪系统:多个平单轴安装的光伏方阵,间隔一定距离,横向联接成一体,同时绕一维轴旋转,使得所有光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。


1.2 斜单轴联动跟踪系统

斜单轴跟踪系统:光伏支架的转轴与水平面形成倾角安装,并绕一维轴旋转,旋转轴的走向为南北向,使得光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。

斜单轴联动控制系统:多个斜单轴安装的光伏方阵,间隔一定距离,横向联接成一体,同时绕一维轴旋转,使得所有光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。



1.3 平单轴带倾角联动跟踪系统

平单轴带倾角跟踪系统:光伏支架的旋转轴平行于水平面安装、组件倾斜安装与旋转轴上,并绕一维轴旋转,旋转轴的走向为南北向,使得光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。

平单轴带倾角联动跟踪系统:多个平单轴带倾斜角安装的光伏方阵,间隔一定距离,横向联接成一体,同时绕一维轴旋转,使得所有光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。

带倾角的平单轴跟踪系统是在平单轴支架上将原来水平安装的组件改为倾斜安装,能够增加系统的发电量。在该系统当中,组件是根据项目地的纬度来确定倾斜角度,跟踪器的旋转轴与地面保持水平,沿东西方向转动,该系统非常适合中、高纬度地区。



1.4 单立柱双轴跟踪系统

光伏支架绕二维轴(垂直轴、水平轴)旋转,以地平面为参考系,跟踪目标是太阳高度角和方位角;以赤道平面为参照系,跟踪的是赤纬角和时角;使得光伏组件受光面始终垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。



1.5 单立柱斜单轴跟踪系统

光伏支架绕一维轴旋转,旋转轴垂直与水平面,使光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。此系统叫垂直单轴跟踪系统。



二 、光伏跟踪系统的适用性



2.1适用地区与发电量

中低纬度(赤道附近)地区:平单轴、平单轴带倾角

中高纬度(远离赤道)地区:斜单轴、单立柱双轴、平单轴带倾角、单立柱斜单轴



   低纬度地区太阳的高度角相对较高,组件宜水平放置,可明显提高发电量。高纬度地区太阳的高度角相对较低,组件水平放置后发电量提高量不足,组件倾斜放置后发电提高量大大提高。



 

2.2适用地形

不同的跟踪系统对地形有一定的适应性要求,详见表2。表中并没有体现农光互补和林光互补,农光互补和林光互补项目的地形可以用平地和坡地表述。



 单立柱双轴追踪系统通过在南北和东西两个方向的旋转,使更多的阳光照射到电池组件上。相对于固定支架,双轴跟踪系统能够将发电总量提高达45%。双轴跟踪系统通常比较适合中、高纬度地区。          



 平单轴跟踪系统、平单轴带倾角跟踪系统可实现东西方向爬坡,但角度不宜太大,不建议超过15度。平单轴跟踪系统具有低成本、安装简单和维护费用低等优势,因此它的成本效益最突出,在全球范围内被广泛采用。



 斜单轴跟踪系统,适应用于平地或缓坡,对地形要求较高。斜单轴跟踪产品非常适合中高纬度地区,在该系统上,电池组件面朝南方放在一个固定的角度上,转动轴也以相同的角度在东西方向上旋转。相较于固定支架该系统发电量最多能提高32%。


单立柱斜单轴跟踪系统的旋转轴垂直于地面。该系统在一天内自东向西旋转。在较高纬度地区具有较高的发电效率。



三、 光伏跟踪系统的关键部件


3.1 转轴

目前主流的转轴有:轴套、PA66、超高分子量聚乙烯。其中,超高分子量聚乙烯的稳定和质量最高。性能对比如表3。


超高分子量聚乙烯综合性能最好,无需维护;尼龙轴承的耐冲击性,耐磨损率低于超高分子量聚乙烯,耐候性稍差;金属自润滑轴承使用寿命稍高于金属轴承,但仍需经常更换。

 

3.2 驱动装置

1、驱动机构

目前主流的驱动机构主要为电动推杆、齿轮涡轮蜗杆减速机、回转式涡轮蜗杆减速机。对比表如下:


由于回转式减速机在转矩、耐冲击性、安装维护性方面的优于电动推杆和斜齿轮减速机,所以回转式减速更适用于光伏跟踪系统。

一般要求防护等级达到IP55。


2、驱动马达

驱动主要有交流马达和直流马达之分。

光伏跟踪系统的非常突出的特点是间歇式运行。这就要求电机有很好的负载特性和过载能力。直流电机刚好具备启动力矩大、过载能力强的特点。所以,直流电机更加适用于光伏跟踪系统这样的设备上。

一般要求防护等级达到IP65。

 

3.3控制器

1、控制方式

跟踪系统发展到今天,跟踪控制器依然是非常关键的组成部件;跟踪控制器的控制方式或者控制策率在不断地改善和升级。表5中列举了常见的传统控制方式。


传统的四种控制方式的出发点:通过控制支架系统的旋转角度,使得PV组件的法线与太阳光线的夹角最小,从而实现PV组件接收到的有效辐照量最大化。

然而,在阴雨天或者辐照度低的天气,由于太阳光线会出现折射和散射,在这种光线不定的情况下,跟踪器该如何调整跟踪角度?

此时,诞生了新的控制方法——最大效能跟踪。

这种方法的基本原理是,把实时发电功率作为控制器的条件,通过一系列的算法,实现光伏电站功率最大化。根据测试数据,在阴雨天气多的地区,这种控制方式的发电量可以比传统的控制方式再提高4%~8%。

2、通讯与供电

对于跟踪控制器的供电和通讯,完全可以与组串式逆变器结合。组串式逆变器给跟踪控制器提供电源,跟踪控制器的通讯接入组串式逆变器,或者组串式逆变器的通讯接入跟踪控制器;以此减少跟踪控制器在动力线缆和通讯线缆上面的资金投入。

3、跟踪控制器应该具备的功能

跟踪控制器应该具备如下功能:

① 预警保护——远程控制及故障诊断

② 电机软启动/刹车——减小对减速器的冲击 

③ 电机电流检测——保护电机,以免电流过大烧毁电机 

④ 远程通讯接口——单机与PC实现通讯,在大工程上实现组网,实现群控 

⑤ 大风保护——大风时进入大风保护状态 

⑥ 反向跟踪——防止阴影遮挡

控制器的防护等级应达到IP65及以上。

 

3.4 其他

1、基础沉降适应性

由于土建施工不可能消除基础的随机沉降,所以在光伏跟踪支架的设计时必须充分考虑后期基础随机沉降对跟踪系统造成的影响,也就要求跟踪系统对基础沉降具有一定的适应能力。

同时,在转轴的设计上,也应该考虑留有一定的调整间歇。应该采用开放式的支撑结构。如下图所示。



2、支架整体性

支架尤其是组件的支撑网架,必须要有很好的整体性,以免支架晃动对组件造成隐裂。

所设计的支架必须经过严格的力学分析。

 

四、 光伏跟踪系统可靠性验证



对于光伏跟踪系统,业内一直是又爱又恨,非常想用跟踪,但又非常担心它的稳定性和可靠性,以至于出现了季节可调支架这样的过渡性产品。

对于光伏跟踪系统的解决方案供应商来说,如何保证稳定性和可靠性,除了在设计、材料选型上充分考虑以外,还必须做相关的验证试验。以下基本试验项目:

①支架整体的正向压力试验、背向压力试验、支架整体的导电阻抗

②驱动装置的防护等级试验、满载试验

③电机负载特性试验、温升试验、防护等级试验

④控制器的防护等级试验、接地阻抗试验、耐压测试、老化测试(低温、高温、湿热交变)。

⑤各主要部件的烟雾试验。

 

五 、跟踪系统故障分析及产品维护


5.1跟踪系统故障分析

如下图所示


5.2产品维护

★ 每6个月定期进行机械和电气检查,确保安全可靠;

★ 每半年需巡视现场,检查网架运行有无异常,运动部分是否有磨损,紧固件是否有松动;

★ 减速机需按照使用说明书定期给各润滑部位给油;

★ 网架每两年检查表面是否有生锈现象,发现有生锈情况,立即修复。





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