李玉婷 刘伶林
水发兴业能源（珠海）有限公司
摘要：大型光伏地面电站的光伏支架主要有三大类：固定式、固定可调式和跟踪式。跟踪式分为单轴跟踪式和双轴跟踪式。单轴跟踪式又分为平单轴跟踪式和斜单轴跟踪式。目前固定式、固定可调式、水平单轴跟踪式光伏支架运用最为广泛，本文对此三种支架进行了对比研究。
关键词：光伏支架、固定式光伏支架、固定可调式光伏支架、水平单轴跟踪式光伏支架
0、引言
随着光伏产业的不断发展，531、530政策的相继出台，光伏行业经历一番大洗牌后，越发朝专业化、精细化、高效化发展，光伏企业在追求光伏组件、电池片更高效、高质量发电的同时，对于光伏辅材的要求也更为严格。
光伏支架作为光伏系统的“骨骼”，在提高电站发电效率、保证电站安全运行中具有不可忽视的重要作用，随着平价上网来临，竞价项目竞争激烈的现状下，降本增效成为光伏企业生存的途径之一。
光伏支架是光伏发电系统中为了支撑、固定、转动光伏组件而设计安装的特殊结构件。本文重点研究目前使用最多的支架：固定式光伏支架、固定可调式光伏支架和水平单轴跟踪式光伏支架。
1、固定式光伏支架
固定式光伏支架具有技术成熟、成本相对较低、应用广泛等优点。该方式将光伏方阵按照一个固定的对地角度和固定的方向安装。选用该种方式安装时。结合项目的实际情况，考虑地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例和特定的场地条件等因素，根据系统全年的最大辐照量对应的倾角，为系统的最佳倾角。光伏组件按最佳倾角安装。
2、固定可调式光伏支架
固定可调式光伏支架是根据项目所在地的全年太阳辐照量情况，将全年分成若干个时间段。如：每月或者每季度等。根据每月或者每季度不同倾角的辐照量数据的最大值对应的倾角来调整光伏组件的安装倾角，以保证每月或者每季度光伏组件接收到的辐照量均为最大值，提高光伏组件的发电量。固定可调式光伏支架为非连续性跟踪。
3、平单轴跟踪式光伏支架
水平单轴跟踪系统是绕一维轴旋转，使得光伏组件受光面在一维方向尽可能垂直于太阳光的入射角的跟踪系统。即以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，此时单轴的转轴与地面所成角度为0°。单轴自动跟踪器用于承载传统平板光伏组件，可很大程度上调高日均发电量。
4、固定式、固定可调式、水平单轴跟踪式光伏支架的分析
4.1设计分析
光伏支架的设计使用年限一般按25年设计。支架的设计应满足强度、刚度和稳定性的要求。固定式光伏支架只需按规范标准设计即可，而固定可调式光伏支架与平单轴跟踪式光伏支架在设计时还应考虑下列情形；
1）具备同步起降特性，调节过程中整个光伏组件平面不能有扭曲变形，不能有对电池组件造成隐裂的风险隐患。
2）连续调节装置应具备自锁功能，防止由于风震导致的组件平面晃动，支架不能处于自由旋转状态，不能有任何施工安全隐患。
3）联动装置，如连杆，应具有一定裕度的万向节功能，以避免因基础施工偏差、冻涨偏移、沉降等情况带来的调节困难，甚至是无法调节的情况。
4）手动调节的固定可调式光伏支架要求能够实现单人角度调节，防止多人协作不一致，支架受力不均，造成组件破坏。
4.2应用分析
与固定式光伏支架相比，为使光伏方阵受光面接收尽量多的太阳辐射量，以增加发电量。固定可调式光伏支架与平单轴跟踪式支架需进行角度调整。由于角度不断地调整，将会出现下列问题；
1）占地面积增大。跟踪式支架角度的变化范围加大，使得阴影加大，为保证[1]光伏方阵各排、列的布置间距在每天的9:00~15:00（当地真太阳时）时段内前后左右互不遮挡。光伏阵列之间的间距加大。从而加大电站的占地面积。
2）运营成本加大。跟踪式光伏支架在使用过程中容易出现故障，需要大量的人力物力进行维护。随着时间的推移，跟踪式支架的动力装置及零部件将逐步老化磨损，使用时间越久所需要的维护及维修费用越高。
3）结构的耐久性与稳定性偏低。跟踪式支架不停调整角度使结构整体稳定性偏低，抗风能力较弱。
4.3主要经济指标对比
固定式光伏支架、固定可调式光伏支架和水平单轴跟踪式光伏支架的结构形式不同，使得发电量、价格、占地面积等经济指标也不相同。
以陕西省榆林市某地面电站为例，固定式光伏支架（最佳倾角为33°）、固定可调式光伏支架、平单轴跟踪式光伏支架倾斜面上各月总辐照量见下表：
表1 各月平均辐射量对比 （MJ/㎡）
综合上述结果，采用固定式光伏支架运行，阵列倾斜面上的总辐射量为7468.08MJ/㎡；采用固定可调节式光伏支架（每年调节四次倾角）方式运行，阵列倾斜面上的年总辐射量为7877.3MJ/㎡，比固定式倾斜面增加辐射量约5.48%，发电量增加5.48%。采用平单轴跟踪系统支架运行，阵列倾斜面上的年总辐射量为8223.3MJ/㎡，比固定式倾斜面增加辐射量约10.1%，发电量增加10.1%。
除了倾斜面辐照量不同，发电量、支架成本和占地面积等经济指标也不相同。固定式光伏支架（最佳倾角为33°）、固定可调式光伏支架、平单轴跟踪式光伏支架经济指标对比见下表：
表2 固定式、固定可调式、水平单轴跟踪式光伏支架经济指标对比
5、结语
固定式光伏支架、固定可调式光伏支架和水平单轴跟踪式福光伏支架有不同的优缺点。固定式光伏支架结构简单、稳定性强、耐久性好、成本低、占地面积少，但是倾斜面上接收到的辐照量相对较低。固定式可调式光伏支架在将角度调节至目标角度后，其运行方式基本与固定式光伏支架相同。保留了固定式支架结构简单、安全可靠等优点。辐照量、支架成本介于固定式光伏支架与跟踪式光伏支架之间。平单轴跟踪式光伏支架结构复杂、结构稳定性和耐久性相对较差、前期投入大、维修运维成本高，但是倾斜面上接收到的辐照量大。
在工程实践中，应结合项目的实际情况如：地域环境和气候条件等，进行对比选型。充分考虑结构形式、支架成本、发电量、占地面积、支架的故障率等方面因素，从而选出最优的光伏组件安装方式。
参考文献
[1] GB50797-2012光伏发电站设计规范[S]