解析光伏电站的五大运行方式

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  　　2010年的时候，我开始关注不同运行方式的比较，从某个支架厂家那里获得了一些实测的数据，完成下图。 　　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。前一段时间，跟无锡昊阳的张总做了个技术交流，我们一起比较了四种固定可调式的支架。 千斤顶式 液压杆式 推杆式 圆弧式 　　根据电站运维人员反馈：倾角调节是件非常累人的事情，大家都不愿意去调，导致发电量低于预期值。个人感觉，昊阳的千斤顶式很好的解决了这一问题（没有想做广告啊！）。而且，据我们公司的现场施工人员反映，这种方式可以降低施工时的安装难度。不知道固定可调式的故障率如何。（文/王淑娟）