2014年5月初，蘋果公司在其主頁(yè)上發(fā)布了一則其致力于新能源應(yīng)用的廣告，“盡我們所能，只為世界留下更美好的印記。”蘋果公司宣布在光伏和風(fēng)電的投資所產(chǎn)生的清潔電力足以滿足其數(shù)據(jù)中心所消耗的電量。視頻中，蘋果投資的光伏電站采用了大量的平單軸跟蹤器。在光伏投資成本仍然無法大幅降低的當(dāng)下，采用跟蹤器仍不失為一種新的降低度電成本的選擇。

自從2009年中廣核太陽(yáng)能的敦煌10MW特許權(quán)全部采用了來自無錫昊陽(yáng)的平單軸系統(tǒng)后，跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)被很多電站投資商嘗試使用，但由于各種原因這種能提升組件發(fā)電量的機(jī)械設(shè)備并未發(fā)展至應(yīng)有的規(guī)模 。隨著電站裝機(jī)量的不斷提升以及電價(jià)的下調(diào)，跟蹤系統(tǒng)能否重新在某些區(qū)域發(fā)揮作用值得探討。

受傷的跟蹤器

四年來丁致和在甘肅敦煌中廣核電站上為上百套跟蹤系統(tǒng)花費(fèi)了不少心思，這些跟蹤系統(tǒng)總是不定時(shí)出一些問題。“最早出問題是在2010年，當(dāng)時(shí)大規(guī)模的出現(xiàn)過電機(jī)故障。”經(jīng)歷了這次故障后，中廣核太陽(yáng)能與昊陽(yáng)簽署了一份20年的質(zhì)保協(xié)議。昊陽(yáng)通過中廣核項(xiàng)目獲得了名氣和訂單，但接踵而來的是跟蹤器的各種故障信息。2013年初，一場(chǎng)10級(jí)以上的大風(fēng)伴隨著特大沙塵天氣過后，中廣核敦煌特許權(quán)項(xiàng)目在巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)方陣中的組串出現(xiàn)跟蹤系統(tǒng)軸承打滑及支架變形導(dǎo)致無法正常工作的情況。即使沒有這種極端天氣的影響，軸承故障也不時(shí)出現(xiàn)在丁致和團(tuán)隊(duì)的運(yùn)維報(bào)告中，僅在2013年2月份就出現(xiàn)了7次故障。

中廣核在敦煌項(xiàng)目上選擇跟蹤系統(tǒng)是有充足的理論依據(jù)。在一份《1977年-2007年平均輻射值測(cè)算系統(tǒng)首年發(fā)電量》的文件中，全年水平輻射為1772.67kwh/m，2平單軸跟蹤系統(tǒng)輻射值為500.63kwh/m ；固定42度傾2角測(cè)算的發(fā)電量為16739.4MWh，平單軸跟蹤系統(tǒng)則為20050.8MWh，全年提升了近20%發(fā)電量。丁致和說，“雖然在1、2、11和12月平單軸跟蹤發(fā)電量要少于固定系統(tǒng)，但從全年看還是正向收益。”

表一是中廣核測(cè)算的平單軸跟蹤系統(tǒng)和42度傾角的理論年發(fā)電量，可以看出理論上平單軸跟蹤器能帶來近20%的發(fā)電量提升。表二是在某年1-10月份的相鄰兩座光伏電站的發(fā)電量對(duì)比，事實(shí)上中廣核的平單軸跟蹤器比國(guó)投的固定安裝發(fā)電量提升10%左右(國(guó)投的電站中有0.5MW薄膜組件，這部分發(fā)電量偏低)。



表一：中廣核根據(jù)敦煌地區(qū)1977-2007年平均輻射值測(cè)算的首年發(fā)電量(單位：萬千瓦時(shí))



表二：敦煌國(guó)投10MW特許權(quán)電站與中廣核10MW特許權(quán)電站發(fā)電量對(duì)比(單位：萬千瓦時(shí))

龍?jiān)刺?yáng)能也曾看好跟蹤器在西部光伏電站中的應(yīng)用，這家國(guó)有企業(yè)甚至與韓國(guó)PARU共同合作推廣其龐大的雙軸跟蹤系統(tǒng)和斜單軸跟蹤系統(tǒng)。青海格爾木龍?jiān)措娏Φ捻?xiàng)目中，PARU的斜單軸和雙軸跟蹤系統(tǒng)至今已經(jīng)運(yùn)行了3年的時(shí)間。項(xiàng)目實(shí)施前龍?jiān)刺?yáng)能根據(jù)仿真模擬測(cè)算得出格爾木地區(qū)雙軸跟蹤系統(tǒng)發(fā)電量比最佳傾角固定支架發(fā)電量增加30%以上，而對(duì)比了某一年的6個(gè)月實(shí)際發(fā)電量后發(fā)現(xiàn)增發(fā)量只有22%左右。在運(yùn)維人員分析了相關(guān)因素后發(fā)現(xiàn)，跟蹤系統(tǒng)子陣逆變器故障率要高于固定安裝子陣的逆變器，某運(yùn)維人員對(duì)PV-Tech PRO記者表示，“在夏天有一個(gè)月跟蹤系統(tǒng)子陣的逆變器停歇機(jī)故障發(fā)生了19次，影響了9天的發(fā)電量。”轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)失靈不跟蹤也是跟蹤器常見的故障。PARU雙軸跟蹤系統(tǒng)體積巨大，單個(gè)最大容量可安裝40塊240瓦的組件，在格爾木電站中采用了容納30塊組件的系統(tǒng)。PARU希望通過增加單體容量來降低每瓦成本，但隨著組件價(jià)格降低，在其有限的成本下降空間下，這套系統(tǒng)最終在市場(chǎng)上喪失了競(jìng)爭(zhēng)力，龍?jiān)刺?yáng)能也逐漸淡出了跟蹤器供應(yīng)商的行列。



圖一：甘肅金昌中華電力中來振發(fā)新能源的跟蹤器

賽維LDK工程公司副總經(jīng)理張雷表示，“如果雙軸系統(tǒng)跟蹤方向一個(gè)朝東一個(gè)朝西，對(duì)逆變器、匯流箱都會(huì)產(chǎn)生影響。”張雷參與的一個(gè)采用了16臺(tái)雙軸跟蹤器的項(xiàng)目中，跟蹤器的組件出現(xiàn)電壓差異，產(chǎn)生電流反流，導(dǎo)致匯流箱熔斷器保護(hù)，本應(yīng)燒斷了熔斷器，但所用的直流熔斷器不是特別好， 導(dǎo)致拉弧著火，最終幾個(gè)月時(shí)間損壞了七、八臺(tái)匯流箱，后來更換了熔斷器。



表三：國(guó)電龍?jiān)锤駹柲倦娬景l(fā)電量數(shù)據(jù)，注：A逆變器子陣采用雙軸跟蹤器；B逆變器子陣采用固定安裝

中節(jié)能新疆鄯善的電站采用了5MW昊陽(yáng)的跟蹤器，經(jīng)過一年的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，由于風(fēng)沙大的原因?qū)е聹p速機(jī)出現(xiàn)故障。中電投哈密特許權(quán)項(xiàng)目的斜單軸跟蹤系統(tǒng)在夏天能比固定安裝高25%的發(fā)電量，但冬天有時(shí)候卻比固定安裝的發(fā)電量還有少。中利騰輝出售給聯(lián)合光伏的嘉峪關(guān)100MW電站采用了1MW平單軸跟蹤系統(tǒng)，金山太陽(yáng)能的跟蹤器采用了時(shí)間控制的PLC，有兩次程序出問題停止運(yùn)行。甘肅張掖，龍?jiān)措娏Φ碾p軸跟蹤器正努力進(jìn)行整改，其項(xiàng)目經(jīng)理薄文淵表示，“每天總有一兩臺(tái)要復(fù)位。”龍?jiān)丛谇嗪８駹柲倦娬镜腜ARU雙軸跟蹤器都計(jì)劃更換掉采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。中國(guó)目前最大的跟蹤光伏電站金昌正新100MW電站占地6300畝，比固定安裝增加了30%的占地面積。這些傾角25度的斜單軸已經(jīng)有50臺(tái)出現(xiàn)問題進(jìn)行了更換維修。由于跟蹤器間距、面積、高度都比固定支架大，所以一直沒有確定有效的清洗方案，導(dǎo)致發(fā)電效率低于剛投運(yùn)時(shí)的效率。應(yīng)天新能源的跟蹤器讓甘電投武威電站的運(yùn)維人員非?？鄲?，梁瑞抱怨道“備品備件 都用完了，應(yīng)天新能源不管了，只能自己做備品進(jìn)行維修，去年故障特別多，發(fā)電量減少了5%。”



圖二：某電站中的斜單軸跟蹤器出現(xiàn)方向不一致

北京意科、科諾偉業(yè) 、曾經(jīng)的中環(huán)光伏都是跟蹤器的擁躉，但最后都放棄了相關(guān)產(chǎn)品的推廣。 協(xié)鑫新能源徐州20MW光伏電站是中國(guó)最早使用跟蹤系統(tǒng)的大型地面電站，當(dāng)時(shí)部分采用了進(jìn)口的西班牙埃菲瑪雙軸跟蹤器，部分采用了已經(jīng)不復(fù)存在的中環(huán)光伏自主研發(fā)的雙軸跟蹤器，這種跟蹤器如今都已在市場(chǎng)上消失，而徐州電站的一些跟蹤器也歷經(jīng)多次維修。

西北勘探設(shè)計(jì)院光電分院院長(zhǎng)肖斌接觸了多個(gè)采用跟蹤系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，“跟蹤系統(tǒng)接收的輻射量遠(yuǎn)大于固定傾角的接收值。同固定安裝相比，斜單軸跟蹤可以增加30%左右，雙軸跟蹤系統(tǒng)比固定傾角增發(fā)量能達(dá)到35%左右”。

跟蹤器對(duì)發(fā)電量的提升已經(jīng)獲得公認(rèn)，但大多數(shù)業(yè)主仍然不愿冒然使用。肖斌表示，“作為設(shè)計(jì)單位，我們很想推廣跟蹤器，但成本和可靠性是必須面對(duì)的問題。目前已建成的跟蹤器的發(fā)電效益都沒有達(dá)到預(yù)期效果。也有部分廠家生成大幅降低了跟蹤器的造價(jià)，但從系統(tǒng)角度看，他們把部分造價(jià)轉(zhuǎn)移給了支架基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)性問題仍然存在。”

蓄勢(shì)待發(fā)

在跟蹤器的穩(wěn)定性受到業(yè)內(nèi)質(zhì)疑的時(shí)候，作為中國(guó)高倍聚光系統(tǒng)的領(lǐng)軍者，聚恒太陽(yáng)能在過去一年中悄悄得將主業(yè)從CPV轉(zhuǎn)移至平單軸跟蹤器上來。2013年，聚恒太陽(yáng)能向希臘某項(xiàng)目提供8MW產(chǎn)品，這是中國(guó)最大的跟蹤器出口訂單。聚恒首席技術(shù)官王士濤看好跟蹤器的市場(chǎng)，在聚恒團(tuán)隊(duì)的努力下，聚恒平單軸跟蹤器的價(jià)格已經(jīng)降至1.2-1.4元/瓦 (根據(jù)出貨規(guī)模和項(xiàng)目所在地等因素的差異而不同)，具備了性價(jià)比。王士濤介紹到，“全球在2012年的跟蹤器市場(chǎng)已達(dá)到了2GW，其中主要是平單軸跟蹤器。美國(guó)50%以上的地面電站采用平單軸跟蹤器；在中國(guó)這個(gè)比例不到1%。問題的關(guān)鍵就是產(chǎn)品穩(wěn)定性，我們已經(jīng)通過設(shè)計(jì)優(yōu)化解決了跟蹤器的穩(wěn)定性問題。”

王士濤表示，“跟蹤器最有可能出問題的的是電氣部分，包括電機(jī)、控制單元、電源、傳感器。聚恒的跟蹤器設(shè)置了雙套電氣結(jié)構(gòu)，主用和備用，一套失效后會(huì)自動(dòng)切換到另一套上。例如一套電氣系統(tǒng)的故障率是1%，那雙結(jié)構(gòu)下故障率能降低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。”



圖三：聚恒向希臘某項(xiàng)目供應(yīng)的8MW單軸跟蹤器

山東朝日光伏總經(jīng)理劉建中正向市場(chǎng)推廣一種新的雙軸跟蹤器。這種跟蹤器拋棄了昂貴并且容易損壞的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，采用了1:50減速比的蝸輪蝸桿減速機(jī)，新的結(jié)構(gòu)使得雙軸跟蹤器的每瓦售價(jià)降至2元以內(nèi)。為了使跟蹤器更具有經(jīng)濟(jì)性，朝日光伏還推出了手自一體雙軸跟蹤支架，“這套準(zhǔn)雙軸系統(tǒng)每天東西向仍然會(huì)自動(dòng)跟蹤，南北向需要根據(jù)季節(jié)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。”在犧牲了少量發(fā)電量后，準(zhǔn)雙軸跟蹤器換來的是更低的成本和電機(jī)故障率。劉建中表示，“緯度方面可以每隔30天調(diào)整一次角度，甚至一年只調(diào)四次角度，兩名工人一天可以完成2MW跟蹤器的調(diào)整。”為了打消業(yè)主對(duì)質(zhì)量的顧慮，劉建中盡其可能簡(jiǎn)化了跟蹤器的部件，“蝸輪蝸桿25年基本不會(huì)壞，容易壞的就是電機(jī)，而我們的電機(jī)成本非常低，可以提供充足的備件。”



圖四：青海格爾木龍?jiān)措娏Φ捻?xiàng)目

朝日光伏減小了跟蹤器的體積，其抗風(fēng)性能和維修方便性能都得到了提升，劉建中還找到了新的應(yīng)用方式。在山東濰坊的一座工廠內(nèi)的道路邊 ，十臺(tái)雙軸跟蹤器形成了一個(gè)200kW 的小型分布式電站，這個(gè)電站絲毫不影響草坪的種植。在印度一座別墅的二樓陽(yáng)臺(tái)，兩臺(tái)跟蹤器構(gòu)建了新的風(fēng)景。朝日光伏的跟蹤器已經(jīng)出現(xiàn)在多個(gè)國(guó)家的屋頂光伏項(xiàng)目中。



圖五：朝日的跟蹤器用于某工廠草坪上的分布式系統(tǒng)

雖然遇到各種質(zhì)量問題，龍?jiān)锤駹柲倦娬镜倪\(yùn)維人員還是感受到跟蹤器對(duì)發(fā)電量的提升。該電站選擇了7-12月中沒有發(fā)生故障的一天數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，跟蹤系統(tǒng)增發(fā)量最大出現(xiàn)在10月的一天，達(dá)到7.37%，最少的一天出現(xiàn)在11月份，增發(fā)量為32.54%。之前表二中中廣核電站在1、2月中平單軸的發(fā)電量要低于固定安裝的發(fā)電量， 王斯成對(duì)此表示，“從理論上講，雙軸跟蹤和斜單軸在全年發(fā)電增益上的差異不大，而平單軸的差異則隨當(dāng)?shù)鼐暥鹊牟煌煌?rdquo;在王斯成看來，平單軸跟蹤器只適合低緯度地區(qū)，最高不超過35度 ，否則冬季太陽(yáng)高度角過低會(huì)導(dǎo)致過多的余弦損失，這也就說明冬季固定方陣發(fā)電量高于跟蹤方陣。王斯成建議，“平單軸跟蹤器可以將組件抬高一個(gè)傾角，這樣效果就等同于斜單軸，并且不受緯度限制。”

在王士濤看來，平單軸跟蹤器在中國(guó)大部分地區(qū)能提升12-15%的發(fā)電量，雖然這點(diǎn)不如雙軸和斜單軸，但平單軸不用增加更多的占地面積。劉建中詳細(xì)測(cè)算了雙軸跟蹤器的占地比例，“在西部地區(qū)固定安裝方式下土地利用率約為30%-35%，雙軸跟蹤器下土地利用率為20%-25%，也就是增加了30%的土地面積。如果再計(jì)算這部分土地的使用成本，跟蹤器仍然在經(jīng)濟(jì)上占有優(yōu)勢(shì)。”王士濤在占地面積上更為自信，“平單軸在高緯度地區(qū)，如新疆、青海、甘肅等地甚至可以降低百分之十幾的土地面積。即便如此，平單軸還是更適合在低緯度地區(qū)使用。”王士濤確信在中國(guó)的光伏電價(jià)水平下能為業(yè)主帶來1-2%的內(nèi)部收益率提升，投資回收時(shí)間縮短一年。

擁有斜單軸跟蹤技術(shù)的振發(fā)新能源并不擔(dān)心產(chǎn)品的銷售，這家中國(guó)排名前列的電站開發(fā)商和EPC商早已經(jīng)將其用于自己的電站中，其中一些電站已經(jīng)出售給新的電力投資商。擁有振發(fā)在甘肅金昌開發(fā)的100MW電站中51%股權(quán)的中華電力已經(jīng)感受到跟蹤器對(duì)發(fā)電量的幫助，該項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理鮑桂生表示，相比臨近的固定系統(tǒng)的電站系統(tǒng)發(fā)電量提升接近20%。

當(dāng)跟蹤器的質(zhì)量重新獲得電站業(yè)主的信任后，經(jīng)濟(jì)性能成為核心。目前很多電站業(yè)主由于資金緊張并不愿意多花錢去使用跟蹤器，聚恒正計(jì)劃引入融資租賃或合同能源管理的模式來推廣。

但相比單軸來說，劉建中更推崇雙軸產(chǎn)品，“單軸在高緯度地區(qū)的冬季日照短的情況下發(fā)電量會(huì)比雙軸要少很多，甚至比固定安裝的都要少。”在中廣核敦煌特許權(quán)項(xiàng)目中，同樣4.6千瓦的多晶組件，在2012年2月14日，固定安裝的發(fā)電量為19.794千瓦時(shí)，雙軸情況下發(fā)電量為23.917千瓦時(shí)，斜單軸則只有15.564千瓦時(shí)。



圖六：屋頂上的雙軸跟蹤器

無錫昊陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)訂單下滑后，他們開始轉(zhuǎn)向一種新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)——固定可調(diào)支架。這類產(chǎn)品在2012年就已經(jīng)被多家電站試用。昊陽(yáng)的可調(diào)支架每年可以調(diào)節(jié)四個(gè)角度，相對(duì)固定傾角支架來說能提升5%的發(fā)電量。肖斌設(shè)計(jì)過幾個(gè)這種電站，根據(jù)他的經(jīng)驗(yàn)，“調(diào)節(jié)工作量大，次數(shù)多，每一組串重量大，會(huì)導(dǎo)致支撐軸變形而帶來調(diào)節(jié)困難。”無錫昊陽(yáng)把萬向節(jié)應(yīng)用于支撐軸，這樣就解決了變形和調(diào)節(jié)困難的問題。國(guó)華哈密電站采用了神華下屬的北京福安建設(shè)有限公司的可調(diào)支架，牛小勇表示，“雖然調(diào)節(jié)會(huì)耗用一些時(shí)間和費(fèi)用，安裝工藝更復(fù)雜一些，但一年能提高超過5%的發(fā)電量。”

雙軸跟蹤器、斜單軸跟蹤器、平單軸跟蹤器以及正在慢熱的固定可調(diào)支架，都有其各自的優(yōu)點(diǎn)，但業(yè)主選擇哪種產(chǎn)品還要看各個(gè)廠家的示范效果。跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)也需要電站業(yè)主去探索。




圖七： 美國(guó)某電站中提升了傾角的平單軸系統(tǒng)

由于限電影響，格爾木華能的運(yùn)維人員會(huì)讓采用跟蹤器的子陣滿功率運(yùn)行，停掉固定安裝的子陣以保證發(fā)電量最大化。2014年初，金川集團(tuán)的200MW電站也已經(jīng)加裝1MW雙軸跟蹤器進(jìn)行試驗(yàn)性對(duì)比以獲取更充足的數(shù)據(jù)。