邵芳芳1 ，王国伟2
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摘要：基于最近出现的光伏跟踪支架坍塌事故，本文汇总历年来典型跟踪光伏系统坍塌事故案例，分析了相关原因，总结了跟踪光伏项目安全生产的几点要素，为光伏项目领跑“碳达峰”“碳中和”的重要作用提供有益参考，助力项目又快又好发展。
关键词：光伏，跟踪支架，风速，强度
前言：作为全球太阳能发展的样本和领导者，中国光伏项目光伏项目已经从追求低初始投资转变为低度电成本（LCOE），跟踪系统的应用越来越广泛。调研数据显示，2019年，全球跟踪支架销量达到35GW，约占当年全球115GW总装机的30%。在跟踪系统快速增长的同时，其更复杂的结构导致的安全运行问题特别是支架恶性坍塌事故导致极高的经济损失逐渐暴露出来。
一、跟踪支架安全事故案例
1、2017年6月，青海地区一阵大风吹过，某光伏电站中多组平单轴跟踪系统应声倒地，桩基础被连根拔起，见图1（a）所示。
2、2018年，11月26日起，尚未完工的吉林白城领跑者基地遭遇连续三天大风，瞬时最大风速达到26.07m/s（相当于10级）。导致尚未完工的个别组件及跟踪支架出现了损坏，见图1（b）所示。
3、2020年6月26日，西北地区，某超大型跟踪太阳能发电电站被大风吹的晃悠旋转的视频微信在朋友圈中疯传。整个阵列被大风吹的上下晃动，场面十分恐怖。
4、2021年3月中旬，内蒙古某地连续大风，瞬时极大风速逼近50年一遇极大风速，大风过后，项目现场惨不忍睹，随处可看破碎的组件、零散的跟踪系统和断裂的支架。统计显示，本次风灾共造成场站近60%的斜单轴跟踪系统出现支架断裂、变形、组件脱落及碰裂损坏等不同程度的损坏。平单轴跟踪系统也有少数脱落和变形图1（c）。
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图1 案例损坏现场图片
二、事故原因分析
案例1图片显示施工质量较差，桩基基础深度不足，或灌装浇筑混凝土基础的时候掺进去沙子等杂质，造成桩基础断层，没有起到相应的固定作用。
案例2，判定损坏原因为跟踪支架都是还未安装减震器，在大风条件下产生阵风涡激共振，增加阵风动态荷载，加大对结构及基础的受力，最终导致毁坏。这次故障的核心原因之一，应是安装顺序出了问题。在减震器尚未安装完毕的情况下，不应先装组件，这在跟踪支架的指导说明上应有规定。
案例3，发生高频转动的阵列位于光伏电站场区边缘位置，此处迎风面最大，原有设计的刚度不足，而且未配置阻尼器，进而导致风致共振现象，属于设计阶段考虑不足。
案例4中，斜单轴跟踪系统的主动避险缺失，当大风来临时，跟踪系统未进行放平操作，依旧进行逐日跟踪，导致体型系数和迎风面积增大，破坏风险发生。而现场作为主支撑结构的方管主梁发生屈曲断裂直接导致倒塌，这不仅与焊接结构设计不合理有关，而且与焊接缺陷（焊瘤、焊渣、气孔、焊高超标）有关，结合更多图像分析认为是现场焊接形成的烧穿、弧坑、咬边等引起应力集中的缺陷破坏方管的结构稳定性。
三、结论和探讨
以上四个案例均发生在大风这一极端天气环境下，这与光伏太阳能整体结构有直接关系。从安全生产施工角度来看，以上光伏太阳能系统项目并未考虑项目寿命的各个阶段。设计、施工、调试、运行每一个阶段均要考虑其安全性。而决定工程安全性的关键是设计阶段采用的措施，及使用阶段采用安全措施来最大限度减小风险。
1、设计阶段采用本质安全技术，从系统的结构型式角度出发，考虑底座的几何形状、重量分布，支架在运行过程中、外界极端（风力）条件下，重心摆动和外界极端条件等因素。如根据风向、风载荷对支架布局进行优化，根据当地风速季节性变化，适当增强边缘处支架的刚度和强度，或者增加挡风墙等措施，或者电站由外到内外围布置固定支架。再依次根据抗风能力选择、布置跟踪支架。
型式结构上：固定式＞固定可调＞平单轴跟踪＞斜单轴跟踪＞双轴跟踪。此外，案例4项目中的平单轴系统正常运行，斜单轴系统受损严重，也体现了两种技术在国内的成熟度在安全技术上的权重。综合考虑成本与成熟度，平单轴跟踪系统综合度电成本相对最优。
2、施工安全和质量把控，把控施工质量，特别是桩基隐蔽工程，而跟踪支架的设备，比固定支架要复杂。无论是设备厂商还是设计单位、施工方，都不能把顺序搞错，小心地安装尤为关键。多风季节施工时，更要主要施工质量，先装减震器，再安装组件。
4、运行中的主动安全策略，主动避险功能主动避险功能指当大风来临时，跟踪系统将组件进行放平。这是跟踪系统实现自身保护的一项基本功能。案例4中，同地区项目的平单轴跟踪系统在风灾来临时紧急制动，系统自动放平风灾过后，平单轴基本正常运行，仅有少量脱落或破碎。
5、精心运维。大风来临，气象台都有发布大风预警，需要提醒运维人员的重视，根据预警对电站内的发电设备进行提前调整，未完成主动避险措施安装的系统，可以人工将设备调平，可有效降低事故损失。同时加强电站资产管理，摸清站内设备的“脾气”，在灾害来临前按照预案提前进行防备，对电站的安全生产至关重要。
6、不断技术创新，如传动部件的装置设计上，使用高分子塑料替代钢轴承等优化，使产品更适应大风、抖动的运行环本。
四、结语
当前，跟踪系统在国内的应用逐步增大，这些事故，也给许多已经投运和、在在建的跟踪光伏项目做了很好的警示。在组件转换效率目前无法大幅提升以及非技术成本高居不下的背景下，经过资深设计院以及专业厂家的共同努力，跟踪支架势必将成为光伏助推“碳达峰”、“碳中和”的一大利器。但在跟踪支架不断推广的进程中，其使用过程中出现的安全事故让我们将视野转向了工程本身。跟踪支架自身的安全性决定了后期经济回报率的大小，只有在整个系统生命周期采用本质安全的思路，才能保证该类项目的推广越宽、越广。
参考文献
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