光伏跟蹤系統的選型

由于土建施工不可能消除基礎的隨機沉降,所以在光伏跟蹤支架的設計時必須充分考慮后期基礎隨機沉降對跟蹤系統造成的影響,也就要求跟蹤系統對基礎沉降具有一定的適應能力。
摩爾光伏     2017-2-10 20:55:49

隨著入網電價的降低,也就意味著國家對光伏發電行業的扶持政策的力度將逐步減小,為此想要盡快的回收電站建設的投資成本,最大限度的提高發電量和增加經濟效益就顯得尤為重要。睿基使用有智慧型跟蹤功能的控制器,來實現對太陽能光伏支架的旋轉,對太陽入射方向進行實時跟蹤,從而使光伏方陣的受光面接收盡量多的太陽輻照量,以增加發電量。

光伏跟蹤系統可分為單立柱斜單軸跟蹤、單立柱雙軸跟蹤、平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤、平單軸聯動跟蹤、斜單軸聯動跟蹤、平單軸帶傾角聯動跟蹤等類型的系統,使用不同的跟蹤系統能提高10%~45%的發電量。


一、 光伏跟蹤系統的類型


 下面簡要介紹一下各種跟蹤系統的性能特點、選用方法,供大家參考。


1.1 平單軸聯動跟蹤系統

平單軸跟蹤系統:光伏支架的轉軸平行于水平面安裝,并繞一維軸旋轉,旋轉軸為南北走向,使得光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。

平單軸聯動跟蹤系統:多個平單軸安裝的光伏方陣,間隔一定距離,橫向聯接成一體,同時繞一維軸旋轉,使得所有光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。


1.2 斜單軸聯動跟蹤系統

斜單軸跟蹤系統:光伏支架的轉軸與水平面形成傾角安裝,并繞一維軸旋轉,旋轉軸的走向為南北向,使得光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。

斜單軸聯動控制系統:多個斜單軸安裝的光伏方陣,間隔一定距離,橫向聯接成一體,同時繞一維軸旋轉,使得所有光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。



1.3 平單軸帶傾角聯動跟蹤系統

平單軸帶傾角跟蹤系統:光伏支架的旋轉軸平行于水平面安裝、組件傾斜安裝與旋轉軸上,并繞一維軸旋轉,旋轉軸的走向為南北向,使得光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。

平單軸帶傾角聯動跟蹤系統:多個平單軸帶傾斜角安裝的光伏方陣,間隔一定距離,橫向聯接成一體,同時繞一維軸旋轉,使得所有光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。

帶傾角的平單軸跟蹤系統是在平單軸支架上將原來水平安裝的組件改為傾斜安裝,能夠增加系統的發電量。在該系統當中,組件是根據項目地的緯度來確定傾斜角度,跟蹤器的旋轉軸與地面保持水平,沿東西方向轉動,該系統非常適合中、高緯度地區。



1.4 單立柱雙軸跟蹤系統

光伏支架繞二維軸(垂直軸、水平軸)旋轉,以地平面為參考系,跟蹤目標是太陽高度角和方位角;以赤道平面為參照系,跟蹤的是赤緯角和時角;使得光伏組件受光面始終垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。



1.5 單立柱斜單軸跟蹤系統

光伏支架繞一維軸旋轉,旋轉軸垂直與水平面,使光伏組件受光面在一維方向盡可能垂直于太陽光的入射角的跟蹤系統。此系統叫垂直單軸跟蹤系統。



二 、光伏跟蹤系統的適用性



2.1適用地區與發電量

中低緯度(赤道附近)地區:平單軸、平單軸帶傾角

中高緯度(遠離赤道)地區:斜單軸、單立柱雙軸、平單軸帶傾角、單立柱斜單軸



   低緯度地區太陽的高度角相對較高,組件宜水平放置,可明顯提高發電量。高緯度地區太陽的高度角相對較低,組件水平放置后發電量提高量不足,組件傾斜放置后發電提高量大大提高。



 

2.2適用地形

不同的跟蹤系統對地形有一定的適應性要求,詳見表2。表中并沒有體現農光互補和林光互補,農光互補和林光互補項目的地形可以用平地和坡地表述。



 單立柱雙軸追蹤系統通過在南北和東西兩個方向的旋轉,使更多的陽光照射到電池組件上。相對于固定支架,雙軸跟蹤系統能夠將發電總量提高達45%。雙軸跟蹤系統通常比較適合中、高緯度地區。          



 平單軸跟蹤系統、平單軸帶傾角跟蹤系統可實現東西方向爬坡,但角度不宜太大,不建議超過15度。平單軸跟蹤系統具有低成本、安裝簡單和維護費用低等優勢,因此它的成本效益最突出,在全球范圍內被廣泛采用。



 斜單軸跟蹤系統,適應用于平地或緩坡,對地形要求較高。斜單軸跟蹤產品非常適合中高緯度地區,在該系統上,電池組件面朝南方放在一個固定的角度上,轉動軸也以相同的角度在東西方向上旋轉。相較于固定支架該系統發電量最多能提高32%。


單立柱斜單軸跟蹤系統的旋轉軸垂直于地面。該系統在一天內自東向西旋轉。在較高緯度地區具有較高的發電效率。



三、 光伏跟蹤系統的關鍵部件


3.1 轉軸

目前主流的轉軸有:軸套、PA66、超高分子量聚乙烯。其中,超高分子量聚乙烯的穩定和質量最高。性能對比如表3。


超高分子量聚乙烯綜合性能最好,無需維護;尼龍軸承的耐沖擊性,耐磨損率低于超高分子量聚乙烯,耐候性稍差;金屬自潤滑軸承使用壽命稍高于金屬軸承,但仍需經常更換。

 

3.2 驅動裝置

1、驅動機構

目前主流的驅動機構主要為電動推桿、齒輪渦輪蝸桿減速機、回轉式渦輪蝸桿減速機。對比表如下:


由于回轉式減速機在轉矩、耐沖擊性、安裝維護性方面的優于電動推桿和斜齒輪減速機,所以回轉式減速更適用于光伏跟蹤系統。

一般要求防護等級達到IP55。


2、驅動馬達

驅動主要有交流馬達和直流馬達之分。

光伏跟蹤系統的非常突出的特點是間歇式運行。這就要求電機有很好的負載特性和過載能力。直流電機剛好具備啟動力矩大、過載能力強的特點。所以,直流電機更加適用于光伏跟蹤系統這樣的設備上。

一般要求防護等級達到IP65。

 

3.3控制器

1、控制方式

跟蹤系統發展到今天,跟蹤控制器依然是非常關鍵的組成部件;跟蹤控制器的控制方式或者控制策率在不斷地改善和升級。表5中列舉了常見的傳統控制方式。


傳統的四種控制方式的出發點:通過控制支架系統的旋轉角度,使得PV組件的法線與太陽光線的夾角最小,從而實現PV組件接收到的有效輻照量最大化。

然而,在陰雨天或者輻照度低的天氣,由于太陽光線會出現折射和散射,在這種光線不定的情況下,跟蹤器該如何調整跟蹤角度?

此時,誕生了新的控制方法——最大效能跟蹤。

這種方法的基本原理是,把實時發電功率作為控制器的條件,通過一系列的算法,實現光伏電站功率最大化。根據測試數據,在陰雨天氣多的地區,這種控制方式的發電量可以比傳統的控制方式再提高4%~8%。

2、通訊與供電

對于跟蹤控制器的供電和通訊,完全可以與組串式逆變器結合。組串式逆變器給跟蹤控制器提供電源,跟蹤控制器的通訊接入組串式逆變器,或者組串式逆變器的通訊接入跟蹤控制器;以此減少跟蹤控制器在動力線纜和通訊線纜上面的資金投入。

3、跟蹤控制器應該具備的功能

跟蹤控制器應該具備如下功能:

① 預警保護——遠程控制及故障診斷

② 電機軟啟動/剎車——減小對減速器的沖擊 

③ 電機電流檢測——保護電機,以免電流過大燒毀電機 

④ 遠程通訊接口——單機與PC實現通訊,在大工程上實現組網,實現群控 

⑤ 大風保護——大風時進入大風保護狀態 

⑥ 反向跟蹤——防止陰影遮擋

控制器的防護等級應達到IP65及以上。

 

3.4 其他

1、基礎沉降適應性

由于土建施工不可能消除基礎的隨機沉降,所以在光伏跟蹤支架的設計時必須充分考慮后期基礎隨機沉降對跟蹤系統造成的影響,也就要求跟蹤系統對基礎沉降具有一定的適應能力。

同時,在轉軸的設計上,也應該考慮留有一定的調整間歇。應該采用開放式的支撐結構。如下圖所示。



2、支架整體性

支架尤其是組件的支撐網架,必須要有很好的整體性,以免支架晃動對組件造成隱裂。

所設計的支架必須經過嚴格的力學分析。

 

四、 光伏跟蹤系統可靠性驗證



對于光伏跟蹤系統,業內一直是又愛又恨,非常想用跟蹤,但又非常擔心它的穩定性和可靠性,以至于出現了季節可調支架這樣的過渡性產品。

對于光伏跟蹤系統的解決方案供應商來說,如何保證穩定性和可靠性,除了在設計、材料選型上充分考慮以外,還必須做相關的驗證試驗。以下基本試驗項目:

①支架整體的正向壓力試驗、背向壓力試驗、支架整體的導電阻抗

②驅動裝置的防護等級試驗、滿載試驗

③電機負載特性試驗、溫升試驗、防護等級試驗

④控制器的防護等級試驗、接地阻抗試驗、耐壓測試、老化測試(低溫、高溫、濕熱交變)。

⑤各主要部件的煙霧試驗。

 

五 、跟蹤系統故障分析及產品維護


5.1跟蹤系統故障分析

如下圖所示


5.2產品維護

★ 每6個月定期進行機械和電氣檢查,確保安全可靠;

★ 每半年需巡視現場,檢查網架運行有無異常,運動部分是否有磨損,緊固件是否有松動;

★ 減速機需按照使用說明書定期給各潤滑部位給油;

★ 網架每兩年檢查表面是否有生銹現象,發現有生銹情況,立即修復。





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