一種新型高效率、低成本太陽能光伏跟蹤裝置平單軸

沈劍峰 翟濱濱

【摘 要】隨著全球太陽能光伏產業規模逐步擴大、未來光伏容量將大幅增加，顯然如何提高太陽能光伏發電量、降低成本將會是大家共同探討的話題。太陽能光伏裝置自動跟蹤控制系統是提高太陽能接受利用率的最直接有效的方法之一。在跟蹤裝置的基礎上，研制了一種性價比較高的平單軸跟蹤裝置，其發電效率比固定式提高22%-26%左右。

【關鍵詞】太陽能 光伏發電 平單軸跟蹤裝置

1 技術背景

太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這對太陽能的收集和利用提出了更高的技術要求，也成為太陽能技術發展的瓶頸。在太陽能利用設備中，如果能量接收平面垂直于太陽入射光線，這樣就可以在單位面積內聚集更多的太陽能量。香港大學建筑系專家研究了太陽光照角度與太陽能接收率的關系，理論分析表明對太陽能的跟蹤與非跟蹤，太陽能設備能量的接收率相差近38%，可見精確的跟蹤可使太陽能光伏設備的能量利用率大大提高。因此相關科研人員分別研制了跟蹤設備，主要為雙軸跟蹤和斜單軸跟蹤，但是其成本很高，相應的性價比大打折扣，因此在目前光伏發電領域的應用也受到了很大的限制。

2 平單軸太陽能跟蹤裝置

一種新型高效率、低成本太陽能光伏跟蹤裝置與雙軸跟蹤、斜單軸跟蹤、固定式相比，平單軸跟蹤裝置在成本、效率綜合評分上性價比最高。平單軸太陽能跟蹤裝置采用光電式跟蹤與GPS定位跟蹤結合的控制方式，如圖1所示。

圖1 平單軸太陽能跟蹤裝置示意圖

原理：光電管安裝在采光板上，通過調整采光板的位置使得其對準太陽；隨著太陽的運動，太陽的方位角發生變化，使得采光板上面受到的太陽輻射不均勻，從而造成光電管會輸出偏差信號，電流偏差信號通過放大電路后進入控制器，進而控制電機調整跟蹤裝置的角度，使得采光板對準太陽。光電式跟蹤結構方便，靈敏度高。但是容易受到天氣變化的影響，假如陰雨天氣持續時間較長，太陽光就不能直射硅光管，有可能導致跟蹤裝置的運行出現錯誤。因此我們在設計上又增加了GPS定位裝置，光電式跟蹤與GPS定位跟蹤相結合的控制跟蹤，即可避免此問題的發生。

針對3種不同形式的光伏支架裝置進行性價比較，如圖2所示；（此處雙軸跟蹤成本太大，不作比較）。

圖2 固定支架示意圖 斜單軸跟蹤示意圖

試驗結果數據表明：斜單軸跟蹤最大每天功率比固定式增加發電量27%左右；平單軸跟蹤最大每天功率比固定式增加發電量22%左右，如圖3所示。

圖3 發電量示意圖

從成本角度來算，目前市場上固定支架的結構的成本在0.35元/每瓦左右，斜單軸跟蹤裝置成本為1.6元/每瓦左右，平單軸跟蹤裝置成本為0.9元/每瓦左右。我們作個比較，一個1MW地面電站，每天發電量8小時，一年發電時間300天，每度電補貼1.2元，如表1所示。

表1 1MW成本差異對比表

形式

裝置成本（萬元）

每年發電量（度）

增加成本（萬元）

每年增加發電量（度）

增加費用回收年限

固定式

35

1440000

斜單軸跟蹤

160

1828800

125

388800

2.7

平單軸跟蹤

90

1756800

55

316800

1.4

從數據明顯看出，平單軸跟蹤的性價比相當可觀，另外加上平常保養費用，一般在2年左右時間內即可回收增加的成本費用。相信平單軸肯定會在太陽能光伏行業領域引起很大關注。

3 結語

平單軸跟蹤裝置，能夠實現對太陽光線的連續跟蹤，采用對比試驗證明，其發電效率比固定式提高22%-26%左右。此平單軸跟蹤裝置能夠顯著提高發電量，由于它的成本低，非常有助于在光伏發電領域的推廣。

作者簡介：沈劍峰（1987—），男，漢族，浙江人，本科，工程師，浙江科技學院，機械設計；主要從事太陽能光伏技術的研究和實踐；翟濱濱（1987—），男，漢族，江蘇人，本科，工程師，江蘇科技大學，計算機，主要從事太陽能光伏技術的研究和實踐。