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(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)大、未來光伏容量將大幅增加，顯然如何提高太陽能光伏發(fā)電量、降低成本將會(huì)是大家共同探討的話題。太陽能光伏裝置自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)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(chǔ)上，研制了一種性價(jià)比較高的平單軸跟蹤裝置，其發(fā)電效率比固定式提高22%-26%左右。

【關(guān)鍵詞】太陽能 光伏發(fā)電 平單軸跟蹤裝置

1 技術(shù)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(shù)要求，也成為太陽能技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在太陽能利用設(shè)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(nèi)聚集更多的太陽能量。香港大學(xué)建筑系專家研究了太陽光照角度與太陽能接收率的關(guān)系，理論分析表明對太陽能的跟蹤與非跟蹤，太陽能設(shè)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(shè)備的能量利用率大大提高。因此相關(guān)科研人員分別研制了跟蹤設(shè)備，主要為雙軸跟蹤和斜單軸跟蹤，但是其成本很高，相應(yīng)的性價(jià)比大打折扣，因此在目前光伏發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)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(jià)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(jié)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(diào)整采光板的位置使得其對準(zhǔn)太陽；隨著太陽的運(yùn)動(dòng)，太陽的方位角發(fā)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(huì)輸出偏差信號，電流偏差信號通過放大電路后進(jìn)入控制器，進(jìn)而控制電機(jī)調(diào)整跟蹤裝置的角度，使得采光板對準(zhǔn)太陽。光電式跟蹤結(jié)構(gòu)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(xù)時(shí)間較長，太陽光就不能直射硅光管，有可能導(dǎo)致跟蹤裝置的運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此我們在設(shè)計(jì)上又增加了GPS定位裝置，光電式跟蹤與GPS定位跟蹤相結(jié)合的控制跟蹤，即可避免此問題的發(fā)生。

針對3種不同形式的光伏支架裝置進(jìn)行性價(jià)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(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表明：斜單軸跟蹤最大每天功率比固定式增加發(fā)電量27%左右；平單軸跟蹤最大每天功率比固定式增加發(fā)電量22%左右，如圖3所示。

圖3 發(fā)電量示意圖

從成本角度來算，目前市場上固定支架的結(jié)構(gòu)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(gè)比較，一個(gè)1MW地面電站，每天發(fā)電量8小時(shí)，一年發(fā)電時(shí)間300天，每度電補(bǔ)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(fā)電量（度）

增加成本（萬元）

每年增加發(fā)電量（度）

增加費(fèi)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(shù)據(jù)明顯看出，平單軸跟蹤的性價(jià)比相當(dāng)可觀，另外加上平常保養(yǎng)費(fèi)用，一般在2年左右時(shí)間內(nèi)即可回收增加的成本費(fèi)用。相信平單軸肯定會(huì)在太陽能光伏行業(yè)領(lǐng)域引起很大關(guān)注。

3 結(jié)語

平單軸跟蹤裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽光線的連續(xù)跟蹤，采用對比試驗(yàn)證明，其發(fā)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(fā)電量，由于它的成本低，非常有助于在光伏發(fā)電領(lǐng)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(xué)院，機(jī)械設(shè)計(jì)；主要從事太陽能光伏技術(shù)的研究和實(shí)踐；翟濱濱（1987—），男，漢族，江蘇人，本科，工程師，江蘇科技大學(xué)，計(jì)算機(jī)，主要從事太陽能光伏技術(shù)的研究和實(shí)踐。