一、跟踪式支架的种类
光伏电站的安装方式大致有五种：
1）最佳倾角固定式（目前应用最广泛）；
2）平单轴跟踪式；
3）斜单轴跟踪式；
4）双轴跟踪式；
5）固定可调式。
不同的【de】安装【zhuāng】方【fāng】式，最【zuì】根本的区别【bié】就在于它们带【dài】来的【de】发电量差异。当然，初始投资和运行维护【hù】成本也会有差别【bié】。
一、不同跟踪式支架带来的发电量提高
2010年的时候，我开【kāi】始关注不同【tóng】运行【háng】方【fāng】式的比较【jiào】，从【cóng】某个【gè】支架厂家那里获得了一些实测的数据，完成下图【tú】。
从【cóng】上图可以看出，与最【zuì】佳倾【qīng】角的固定式安装相比，水平单轴【zhóu】跟踪的发电量提升了17%~30%，倾斜【xié】5°单轴跟踪的发【fā】电【diàn】量提升了21%~35%，双【shuāng】轴【zhóu】跟【gēn】踪的发电量提升了35%~43%。但不同纬度下【xià】，各【gè】种运行方式的【de】发电【diàn】量提高【gāo】率显【xiǎn】然是【shì】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【yóu】于最【zuì】佳倾角较小，所以发电量提高很少【shǎo】（如在8°时，几乎【hū】是不【bú】变【biàn】的）；在高纬度地区，最【zuì】佳倾角【jiǎo】大，发【fā】电量提高【gāo】明显（如在【zài】50°时【shí】，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【tài】阳一天【tiān】之内入射【shè】角的变【biàn】化，其对发电量的提高率，在低纬【wěi】度【dù】地区要明【míng】显优【yōu】于高纬度地区。一般认为，这【zhè】种运行方式【shì】更【gèng】适【shì】合在纬【wěi】度低【dī】于30°的地区使用，相对于“方式一”，可以提【tí】高20%-30%的发电。当然【rán】在高纬度地区，相对“方式一”也能提高【gāo】接近【jìn】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【jié】合了“方式一”和“方式二”的优点。如同“方【fāng】式一”不【bú】适合【hé】低纬度地区一样，这种运【yùn】行方式【shì】在低纬度地区【qū】的表现并【bìng】不比“方式【shì】二”好多少。因此【cǐ】，更适合高纬度地区。
这种方式下，阵列两侧【cè】的【de】支【zhī】撑结构（支【zhī】架、转动【dòng】轴）受力【lì】肯定是【shì】不一样的。由【yóu】于高纬度地区的【de】最佳倾【qīng】角较大【dà】，如果采用“最佳【jiā】倾角斜单轴”，则两侧受【shòu】力不均【jun1】衡就会很大。因此【cǐ】，工程中一般【bān】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【tài】阳【yáng】一天之内【nèi】、一年之内的入射角的变化，这种方【fāng】式对发【fā】电量的提【tí】高显然是最高【gāo】的。
5）固定可调式（以下简称“方式五”）
这种运【yùn】行【háng】方式是根据太【tài】阳【yáng】一【yī】年之【zhī】内入射角的变【biàn】化调整支架倾角，从而实现发【fā】电量的提高。从去【qù】年开始比【bǐ】较流【liú】行，下文会着重说明。
那不同运【yùn】行方【fāng】式是如何提高发电量【liàng】的呢？来两【liǎng】个实【shí】际数据【jù】做的图（说【shuō】明：图片来【lái】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提高的；
- 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【suǒ】以【yǐ】中【zhōng】午的发电量，双【shuāng】轴与固定【dìng】式【shì】相当，高于单轴。
二、不同跟踪式支架的应用
从【cóng】前【qián】文来看【kàn】，无论怎么比，跟踪式的都比固定式的发电量好【hǎo】，那【nà】为什么固定式仍【réng】是【shì】大家最喜欢的运行方式【shì】呢？
其一，初始投资、占地、运维成本
无论是【shì】支架投【tóu】资【zī】还是相【xiàng】同装机容量的占【zhàn】地，还是运行【háng】维护成本，都遵循如下规律：
双轴跟踪【zōng】式【shì】＞斜单轴跟【gēn】踪式＞平单轴跟踪【zōng】式＞固定可调式【shì】＞最佳倾角固【gù】定式
如一【yī】个10MW的项目，按【àn】25年平均满发【fā】小【xiǎo】时数1300h来考虑，投资增加0.1元/W，则需要增【zēng】加净收【shōu】益（年发【fā】电量提【tí】高增加的收入-运维成本）约【yuē】10万元才划算（按0.95元/kWh的电价，发【fā】电量【liàng】大约提高0.81%可【kě】获得【dé】10万元【yuán】收入）。
如【rú】，平单轴【zhóu】跟踪【zōng】投资大约增加【jiā】1元/W，需要未来【lái】每年净收入增【zēng】加100万【wàn】可以持平；而发电量【liàng】大约提高20%，大约能提高240万的收入！就算考虑一【yī】年【nián】多几【jǐ】十万【wàn】的【de】运【yùn】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【gēn】踪式故障率高是大家普【pǔ】遍反【fǎn】馈的问题。我国【guó】现有【yǒu】的光伏电站主【zhǔ】要在西北，风沙大【dà】，对跟【gēn】踪轴的损【sǔn】害特【tè】别大。一旦【dàn】出现鼓掌，别说发电量提高了，就连【lián】基【jī】本的发电量都保障【zhàng】不了！我【wǒ】并没有【yǒu】拿到具【jù】体【tǐ】的统计数字，但了解的几个电站，大家都觉得跟【gēn】踪式的容易坏。
除【chú】了故障【zhàng】率，跟【gēn】踪精度也达【dá】不到【dào】理想值，尤其是双【shuāng】轴跟【gēn】踪【zōng】。因此，发电量的提高也就会低于当【dāng】初的预期。
三、固定可调式支架
之所以把“固定【dìng】可【kě】调式”单拎【līn】出来说，纯粹因为去年【nián】以来，这种方式【shì】比较【jiào】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【dù】（每年调节3次），可【kě】提高发电量6.2%，前【qián】后间距【jù】要增加，占【zhàn】地面积会【huì】增大；
15°和【hé】36°（每年调节2次），可提【tí】高发电量2.9%，前后间距不变【biàn】，占地面积不【bú】变；
55°和36°（每年【nián】调节【jiē】2次），可提高发电量【liàng】1.6%，前【qián】后间距要增【zēng】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。
目前，市场上固定可调式的支架大概有4种。
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【jiǎo】调节是件非常【cháng】累人的事情，大家都不愿意去【qù】调，导致发电【diàn】量低于预期值。但【dàn】固【gù】定可调式的故障率【lǜ】如何尚【shàng】未【wèi】收到反馈【kuì】。
跟踪式安装方【fāng】式确实能提高发电量。然而，并【bìng】不是所有的地方，跟踪式支【zhī】架都能有很好的效果。那【nà】什【shí】么【me】样【yàng】的条件，适【shì】合【hé】采【cǎi】用跟踪式支架呢？
一、高“直射比“的地区
在进行太阳能资源分析时，“直射比”是一个非常重要的参数。
直射比= 水平面直接辐射：水平面直接辐射
跟踪【zōng】式支【zhī】架，顾名思义，就是【shì】通过支架跟踪太阳光的入射角【jiǎo】度【dù】，尽量让太【tài】阳光垂直于光伏组件。只有直接辐射比例大的地方，跟踪才有意义。
与直射比相关的另【lìng】外一个参数就是“法向直接【jiē】辐射”，简称DNI，即【jí】一直垂直于【yú】太阳能【néng】入射方【fāng】向的直接【jiē】辐射。直射比大【dà】的地方，DNI也会相对偏大【dà】。下表为8个领跑者基地的直射比与DNI情【qíng】况【kuàng】。
表1：8个领跑者基地的直射比与DNI情况
从上表可以【yǐ】看【kàn】出，在直射【shè】比高【gāo】的【de】地区（包头、乌海、张家口），DNI数值【zhí】高于水平面总辐射，采用【yòng】双轴跟踪，发电【diàn】量会有较高的提【tí】升【shēng】；在【zài】在直射比较低的【de】地方（淮南、淮北【běi】、济宁），双轴跟踪则效果不会很好。
下表【biǎo】为15个不同地点【diǎn】，采用双【shuāng】轴跟踪式安装方式，与采用最佳【jiā】倾角固定式相【xiàng】比【bǐ】，发电量提高【gāo】比例【lì】的理论测算值。
表2：不同地点双轴跟踪式比固定式发电量提高理论测算值
图1：直射比与发电量提高的相关性
从图1可【kě】以看出，双轴跟踪式相对于固【gù】定式发电量的提高比例，与项目场址【zhǐ】的【de】直射比有【yǒu】较好的相关性，相关性【xìng】系数【shù】达【dá】到0.96。
因此，在【zài】决定项目是否【fǒu】采【cǎi】用跟踪【zōng】式之前，一定要【yào】关注项目场址【zhǐ】的直射比。
二、“低纬度”地区
1发电量的提升效果
纬度对跟踪式【shì】的发电量【liàng】提【tí】高影响很大。低纬度【dù】地区，平单轴会有较好的效果【guǒ】；高纬【wěi】度地区，平单【dān】轴效果【guǒ】不明显，需【xū】要斜单轴或双轴跟踪【zōng】。
为了排除直射比的影【yǐng】响【xiǎng】，从表2的15个样本数据【jù】中【zhōng】，抽取了6个样【yàng】本，组成3组进行对【duì】比
表3：纬度对跟踪效果的影响
注：斜单轴为最佳倾角斜单轴，下同。
上表3组数据中，每组的两个场址的直射比基本相同。
从平单轴相对于固定【dìng】式增【zēng】加的【de】发电【diàn】量来看，低【dī】纬【wěi】度点的增加比【bǐ】例明显高于高位度点。
从【cóng】斜单轴相对于固定式【shì】增【zēng】加的发电量来【lái】看，基本与直射比成正比；但从斜单【dān】轴相对于平单轴的增加量【liàng】（差值一【yī】栏），可【kě】明显看出，差【chà】值大，即斜单轴相【xiàng】对于平单轴的效果【guǒ】更【gèng】好。
综上【shàng】所述，仅【jǐn】从发电量提高【gāo】来看，低纬度地区，适合用平单轴；高纬度地【dì】区，适合用斜【xié】单轴或双轴【zhóu】跟【gēn】踪【zōng】。
2占地面积
以转换效率为16%的光伏组【zǔ】件为例，不同形式、不同【tóng】纬度【dù】下，1万【wàn】kW光伏【fú】方阵的占地面积【jī】如下表所示。
表4：不同【tóng】安装方式下，光伏方【fāng】阵占地面【miàn】积的理论测【cè】算【suàn】值（单位：hm2/万kW）
从上表可以看出【chū】，在高纬度【dù】地区，采用平单轴跟踪的安装方式，占地【dì】面积【jī】略【luè】有增【zēng】加；但采用斜【xié】单轴、双轴跟【gēn】踪式，占地面积【jī】将大大【dà】增加。在北纬40°地区【qū】，斜单轴【zhóu】跟【gēn】踪的占【zhàn】地面积【jī】几乎为固定式的2倍【bèi】。
在用地比较【jiào】紧张【zhāng】、土【tǔ】地成本高的【de】高纬【wěi】度地【dì】区，不大适合【hé】用斜单轴、双轴跟踪式。
3小结
根据上文的分【fèn】析，对于高纬度地区【qū】的项目，从提高【gāo】发电量角【jiǎo】度，宜采用斜【xié】单【dān】轴【zhóu】、双轴【zhóu】跟踪【zōng】；但从占地面积的角度，斜【xié】单轴、双轴跟【gēn】踪式会大大增加占地面积。
鉴于上述原因，在低纬【wěi】度【dù】地区【qū】采用平单轴跟踪，是相对【duì】不错【cuò】的方案【àn】；在高纬【wěi】度地【dì】区【qū】，在土地成本比较便【biàn】宜的情况下，可考虑采用斜单【dān】轴、双轴跟踪。
三、性价比分析
跟踪式确【què】实【shí】能提高发电量，但【dàn】同时也会增加项目投资、运维【wéi】成本。与固定【dìng】式相比，跟踪式的成本增加【jiā】主要体现【xiàn】在【zài】三【sān】方面：1）支架成本【běn】提【tí】高，2）占【zhàn】地面积增【zēng】加，3）运维费用增加。
1运维成本
1）相对于【yú】固定式支架，跟踪式支架高度较高【gāo】，清洗、维修【xiū】难度【dù】较高，费用会增加；
2）跟踪系统导致自耗电较高；
3）跟踪系统故障率相对较高。
2占地面积
如前文所【suǒ】述，采用跟踪式【shì】的安装方【fāng】式【shì】，占地面积大大【dà】增加【jiā】，将提高【gāo】项目的土地成本。
3性价比分析
以二类【lèi】电价区（电价0.88元/kWh）1万kW的项目为例，假【jiǎ】设最佳倾角固定【dìng】式的【de】平均【jun1】年【nián】满发小时数为1200h，采用平单轴【zhóu】跟踪发【fā】电量【liàng】提高15%，采用【yòng】双轴跟踪发电量提高25%。假【jiǎ】设跟踪式的运行维护【hù】成本不增加。
表5：跟踪式安装方式的经济性分析
从上表可以看出，在上述假设条件下，1万kW的项目，
采用平单轴跟踪式安装【zhuāng】方式，每【měi】年会增加158万元的收入，如果初始成【chéng】本（包【bāo】含基础【chǔ】、支架、土地【dì】成本）增【zēng】加低于1.55元/W，则【zé】采【cǎi】用平单轴跟踪式相【xiàng】对划算；
采用双轴跟踪式安【ān】装方式，每年会增【zēng】加264万元的收入，如果初始成本【běn】增加低于2.59元/W，则采用【yòng】平单轴跟【gēn】踪【zōng】式相对【duì】划【huá】算【suàn】。
如果【guǒ】项目所在地的【de】平均年满发小时【shí】数高于1200h，则上述标准可以【yǐ】适当增加；如【rú】果【guǒ】低于1200h，上述标准需适当降低。如【rú】下表【biǎo】所示【shì】。
表6：不同发电小时数情况下，跟踪式收益提高的折现值
由于跟【gēn】踪式支【zhī】架的价格【gé】一定。因此，在发电量高的地区，跟踪式的【de】经济效益【yì】会更加明显【xiǎn】。
四、综合分析
就跟踪式安装方式的使用条件来看：
高直射比的地方，采用跟踪式将大大提高项目的发电量；
低纬度地区【qū】适合采用平单【dān】轴跟踪【zōng】，高纬度地区【qū】适合采用【yòng】斜单【dān】轴或双轴跟踪。
就性价比来看：
在太阳能资源好、发电量【liàng】高的地区，即年【nián】总辐射【shè】量高的地区【qū】，跟踪【zōng】式支架的【de】性价比【bǐ】会更高。
