光伏电站的运行方式大致有五种:
不同的运行方式,最根本的区别就在于它们的发电量差异。当然,初始投资和运行维护成本也会有差别。
在不同纬度下,各种运行方式的发电量提高率显然是不一样的。大致有以下几个规律:
在低纬度地区,由于最佳倾角较小,所以发电量提高很少(如在8°时,几乎是不变的);在高纬度地区,最佳倾角大,发电量提高明显(如在50°时,提高了约25%)。
这种运行方式跟踪了太阳一天之内入射角的变化,其对发电量的提高率,在低纬度地区要明显优于高纬度地区。一般认为,这种运行方式更适合在纬度低于30°的地区使用,相对于“方式一”,可以提高20%-30%的发电。当然在高纬度地区,相对“方式一”也能提高接近20%。
这种运行方式显然是结合了“方式一”和“方式二”的优点。如同“方式一”不适合低纬度地区一样,这种运行方式在低纬度地区的表现并不比“方式二”好多少。因此,更适合高纬度地区。
这种方式下,阵列两侧的支撑结构(支架、转动轴)受力肯定是不一样的。由于高纬度地区的最佳倾角较大,如果采用“最佳倾角斜单轴”,则两侧受力不均衡就会很大。因此,工程中一般会采用一个较小的倾角。
由于跟踪了太阳一天之内、一年之内的入射角的变化,这种方式对发电量的提高显然是最高的。
这种运行方式是根据太阳一年之内入射角的变化调整支架倾角,从而实现发电量的提高。
那不同运行方式是如何提高发电量的呢?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。单轴跟踪的几乎是完全平行的,双轴跟踪相对与单轴跟踪,提高了春、秋、冬三季的发电量。跟踪式(单轴、双轴)相对与固定式,提高了早晚的发电量。
从理论来看,无论怎么比,跟踪式的都比固定式的发电量好,那为什么固定式仍是大家最喜欢的运行方式呢?
无论是支架投资还是相同装机容量的占地,还是运行维护成本,都遵循如下规律:
双轴跟踪式>斜单轴跟踪式>平单轴跟踪式>固定可调式>最佳倾角固定式
如一个10MW的项目,按25年平均满发小时数1300h来考虑,投资增加0.1元/W,则需要增加净收益(年发电量提高增加的收入-运维成本)约10万元才划算(按0.95元/kWh的电价,发电量大约提高0.81%可获得10万元收入)。
如,平单轴跟踪投资大约增加1元/W,需要未来每年净收入增加100万可以持平;而发电量大约提高20%,大约能提高240万的收入!就算考虑一年多几十万的运维费用,也是划算的。那为什么大家不用呢?
跟踪式故障率高是大家普遍反馈的问题。我国现有的光伏电站主要在西北,风沙大,对跟踪轴的损害特别大。一旦出现故障,别说发电量提高了,就连基本的发电量都保障不了。不少电站工作人员都表示跟踪式的容易坏,而且除了故障率,跟踪精度也达不到理想值,尤其是双轴跟踪。因此,发电量的提高也就会低于当初的预期。
综上,一般而言,采用跟踪支架的光伏电站发电量增益明显,但是占地面积大,支架的造价高,运营维护成本高,而且在不同的纬度地区,跟踪支架对发电量的增益效果也存在一定差别,由于以上因素,在现阶段固定支架和跟踪支架不存在决定性的优劣之分,跟踪支架的性价比不见得高,在实际情况中应针对具体的项目进行分析比对,选择最优的支架方案。
不同纬度的光伏电站选用不同的支架形式时占地面积变化也不同。纬度和支架倾角对光伏电站的占地面积影响最大。纬度相同的光伏电站,固定倾角支架占地面积最小,平单轴跟踪支架次之,斜单轴跟踪支架占地面积最大,而且倾角越大,占地面积越大。
不同支架形式接受的太阳辐射量不一样,跟踪支架可以跟踪入射太阳光的方向,可以使组件接受的太阳辐射量有加大的增益,因而发电量也会增加。虽然对于光伏电站而言,太阳辐射量决定了发电量,但是由于阵列遮挡、线损和温度等因素的影响,太阳辐射量与电站发电量的增益比例不完全一致。
所以说,跟踪支架虽然可以较大幅度提高光伏发电站的发电量,提高光伏电站的投资收益比,具有很好的应用前景,但是考虑到跟踪支架的成本增加、稳定性、可靠性和运维成本,造成跟踪支架目前仍未得到大规模应用。