解析光伏電站的五大運(yùn)行方式

光伏電站的運(yùn)行方式大致有五種： 　　最佳傾角固定式（目前應(yīng)用最廣泛）；平單軸跟蹤式；斜單軸跟蹤式；雙軸跟蹤式；固定可調(diào)式。 　　不同的運(yùn)行方式，最根本的區(qū)別就在于它們的發(fā)電量差異。當(dāng)然，初始投資和運(yùn)行維護(hù)成本也會(huì)有差別。 　　一、不同運(yùn)行方式的發(fā)電量提高  　　2010年的時(shí)候，我開始關(guān)注不同運(yùn)行方式的比較，從某個(gè)支架廠家那里獲得了一些實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，完成下圖。 　　從上圖可以看出，與最佳傾角的固定式安裝相比，水平單軸跟蹤的發(fā)電量提升了17%~30%，傾斜5°單軸跟蹤的發(fā)電量提升了21%~35%，雙軸跟蹤的發(fā)電量提升了35%~43%。但不同緯度下，各種運(yùn)行方式的發(fā)電量提高率顯然是不一樣的。大致有幾個(gè)規(guī)律： 　　1）最佳傾角固定式（以下簡(jiǎn)稱“方式一”）在低緯度地區(qū)，由于最佳傾角較小，所以發(fā)電量提高很少（如在8°時(shí)，幾乎是不變的）；在高緯度地區(qū)，最佳傾角大，發(fā)電量提高明顯（如在50°時(shí)，提高了約25%）。 　　2）平單軸跟蹤式（以下簡(jiǎn)稱“方式二”）這種運(yùn)行方式跟蹤了太陽(yáng)一天之內(nèi)入射角的變化，其對(duì)發(fā)電量的提高率，在低緯度地區(qū)要明顯優(yōu)于高緯度地區(qū)。一般認(rèn)為，這種運(yùn)行方式更適合在緯度低于30°的地區(qū)使用，相對(duì)于“方式一”，可以提高20%-30%的發(fā)電。當(dāng)然在高緯度地區(qū)，相對(duì)“方式一”也能提高接近20%。 　　3）斜單軸跟蹤式（以下簡(jiǎn)稱“方式三”）這種運(yùn)行方式顯然是結(jié)合了“方式一”和“方式二”的優(yōu)點(diǎn)。如同“方式一”不適合低緯度地區(qū)一樣，這種運(yùn)行方式在低緯度地區(qū)的表現(xiàn)并不比“方式二”好多少。因此，更適合高緯度地區(qū)。這種方式下，陣列兩側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)（支架、轉(zhuǎn)動(dòng)軸）受力肯定是不一樣的。由于高緯度地區(qū)的最佳傾角較大，如果采用“最佳傾角斜單軸”，則兩側(cè)受力不均衡就會(huì)很大。因此，工程中一般會(huì)采用一個(gè)較小的傾角。 　　4）雙軸跟蹤式（以下簡(jiǎn)稱“方式四”）由于跟蹤了太陽(yáng)一天之內(nèi)、一年之內(nèi)的入射角的變化，這種方式對(duì)發(fā)電量的提高顯然是最高的。 　　5）固定可調(diào)式（以下簡(jiǎn)稱“方式五”）這種運(yùn)行方式是根據(jù)太陽(yáng)一年之內(nèi)入射角的變化調(diào)整支架傾角，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電量的提高。從去年開始比較流行，下文會(huì)著重說明。 　　那不同運(yùn)行方式是如何提高發(fā)電量的呢？來兩個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù)做的圖（說明：圖片來自于王斯成老師ppt）。 各種運(yùn)行方式一年之內(nèi)各月發(fā)電量差異 　　從上圖可見，相對(duì)于水平面輻射： 　　固定式提高了春、秋、冬三季的發(fā)電量，而犧牲了夏季的發(fā)電量； 　　單軸跟蹤的曲線與水平面曲線幾乎是完全平行的； 　　雙軸跟蹤相對(duì)與單軸跟蹤，提高了春、秋、冬三季的發(fā)電量。 　　各種運(yùn)行方式一天之內(nèi)各時(shí)刻發(fā)電量差異（武威、5月中旬） 　　從上圖可以看出： 　　跟蹤式（單軸、雙軸）相對(duì)與固定式，提高了早晚的發(fā)電量； 　　由于是春季的數(shù)據(jù)，所以中午的發(fā)電量，雙軸與固定式相當(dāng)，高于單軸。 　　二、不同運(yùn)行方式的應(yīng)用 　　從前文來看，無論怎么比，跟蹤式的都比固定式的發(fā)電量好，那為什么固定式仍是大家最喜歡的運(yùn)行方式呢？ 　　其一，初始投資、占地、運(yùn)維成本 　　無論是支架投資還是相同裝機(jī)容量的占地，還是運(yùn)行維護(hù)成本，都遵循如下規(guī)律：雙軸跟蹤式＞斜單軸跟蹤式＞平單軸跟蹤式＞固定可調(diào)式＞最佳傾角固定式如一個(gè)10MW的項(xiàng)目，按25年平均滿發(fā)小時(shí)數(shù)1300h來考慮，投資增加0.1元/W，則需要增加凈收益（年發(fā)電量提高增加的收入-運(yùn)維成本）約10萬元才劃算（按0.95元/kWh的電價(jià)，發(fā)電量大約提高0.81%可獲得10萬元收入）。如，平單軸跟蹤投資大約增加1元/W，需要未來每年凈收入增加100萬可以持平；而發(fā)電量大約提高20%，大約能提高240萬的收入！就算考慮一年多幾十萬的運(yùn)維費(fèi)用，也是劃算的。那為什么大家不用呢？ 　　其二，故障率與跟蹤精度 　　跟蹤式故障率高是大家普遍反饋的問題。我國(guó)現(xiàn)有的光伏電站主要在西北，風(fēng)沙大，對(duì)跟蹤軸的損害特別大。一旦出現(xiàn)鼓掌，別說發(fā)電量提高了，就連基本的發(fā)電量都保障不了！我并沒有拿到具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，但了解的幾個(gè)電站，大家都覺得跟蹤式的容易壞。除了故障率，跟蹤精度也達(dá)不到理想值，尤其是雙軸跟蹤。因此，發(fā)電量的提高也就會(huì)低于當(dāng)初的預(yù)期。 　　三、固定可調(diào)式 　　之所以把“固定可調(diào)式”單拎出來說，純粹因?yàn)槿ツ暌詠?，這種方式比較火。 　　下圖是青海某地一年采用3種角度和2種傾角的發(fā)電量情況。 采用三種不同角度時(shí)，各月發(fā)電量 不同角度調(diào)節(jié)方案時(shí)，擬合值后各月發(fā)電量 　　相對(duì)于最佳傾角： 　　三種角度（每年調(diào)節(jié)3次），可提高發(fā)電量6.2%，前后間距要增加，占地面積會(huì)增大； 　　15°和36°（每年調(diào)節(jié)1次），可提高發(fā)電量2.9%，前后間距不變，占地面積不變； 　　55°和36°（每年調(diào)節(jié)1次），可提高發(fā)電量1.6%，前后間距要增加，占地面積會(huì)增大。 　　因此，采用固定式最佳傾角和一個(gè)較小的角度是比較合適的。前一段時(shí)間，跟無錫昊陽(yáng)的張總做了個(gè)技術(shù)交流，我們一起比較了四種固定可調(diào)式的支架。 千斤頂式 液壓桿式 推桿式 圓弧式 　　根據(jù)電站運(yùn)維人員反饋：傾角調(diào)節(jié)是件非常累人的事情，大家都不愿意去調(diào)，導(dǎo)致發(fā)電量低于預(yù)期值。個(gè)人感覺，昊陽(yáng)的千斤頂式很好的解決了這一問題（沒有想做廣告?。。?。而且，據(jù)我們公司的現(xiàn)場(chǎng)施工人員反映，這種方式可以降低施工時(shí)的安裝難度。不知道固定可調(diào)式的故障率如何。（文/王淑娟）