1.3.2　跟踪式安装方式

日光在一年和一天中都是不断变化的，电池板跟随日光走向，更利于吸收光线，提高光电转化率。根据跟踪方式的不同，跟踪式地面支架可以分为斜单轴跟踪、平单轴跟踪和双轴跟踪3种方式。平单轴和斜单轴跟踪支架只有一个旋转自由度，双轴跟踪支架具有两个旋转自由度。跟踪式支架系统主要通过电机控制追踪太阳高度角和方位角，使其倾斜面上吸收太阳光线辐射。单轴跟踪和双轴跟踪比倾角固定式吸收的辐照量高约22%和25%[21]，地区不同可能会有些差异。

相比于固定安装方式，采用单轴跟踪支架安装组件，发电量可提高约15%，采用双轴跟踪支架安装组件，发电量可提高约30%[15]，而在高海拔地区单轴跟踪可将发电量提高约30%，双轴跟踪可提高约40%，但由于风沙大、故障率高，维护成本增大[18]。发电量提高的同时，跟踪支架系统的建设投资也随之增加约22%，同时设备故障率也大大提高，运营维护成本也相应增加约10%，电站用地面积也是倾角固定式的2倍[17]。跟踪式支架系统较固定式更为分散，而且支架机械结构复杂，对清洁维护造成很大影响。

1. 平单轴跟踪支架安装方式

单轴跟踪支架运行时阵列只能跟踪太阳运行的方位角或高度角中的一个方向。旋转轴可以水平南北向放置、水平东西向放置、地平面垂直放置或按所在地纬度角倾斜布置等[20]。平单轴跟踪支架通过在东西方向上的旋转，保证每一时刻太阳光与光伏组件表面的法线夹角最小[22]，其结构如图1.18所示［6］。青藏高原春季风沙大，光伏支架需要更高的抗风性能和刚度，可采用双主梁平单轴光伏支架系统，即在图1.18中增加双梁来提高旋转轴的刚度[23]。

平单轴跟踪支架系统广泛应用于低纬度地区。根据南北方向有无倾角可分为标准平单轴跟踪式和带倾角平单轴跟踪式，如图1.19所示。标准平单轴跟踪与倾角可调固定式的区别就在于调节周期，固定式调节周期长，标准平单轴跟踪的调节频率高，一天之内根据光线照射方向而调节。从清洁的角度看，与倾角可调固定式阵列是一致的，只是机构复杂易导致故障。而带倾角的平单轴跟踪式分布散开，且阵列规模小，清洁过程需要有大型移动车来保障。

2. 斜单轴跟踪支架安装方式

斜单轴跟踪支架是在固定太阳能电池板倾斜角的基础上，围绕倾斜的旋转轴旋转跟踪太阳方位角，达到最大接收辐照量的目标。严格地说，平单轴就是斜单轴的一种特殊形式。图1.20所示为典型的斜单轴跟踪支架结构。这种独立的斜单轴跟踪支架系统采用分散布局，阵列中光伏组件少则4块，多则12块，甚至20块。图1.21（a）和（b）的斜单轴阵列分别有10块和12块电池板。这种安装方式，阵列较为分散，占地面积较大。由于斜单轴方式仅由一根旋转轴支撑，因此抗风性能较差。这种分散的阵列结构对清洁维护也产生很大影响，很难采用固定在其表面的清洁机构来直接清洁，需要带有一定臂长的大型车辆来辅助清洁。而大型的接触式的清洁器也很难胜任其清洁任务，原因在于斜单轴系统整体刚性偏弱，容易造成阵列损毁。

为节约场地，实现最大经济价值，开发出了斜单轴阵列联动机构，其支架结构如图1.22所示。这种结构相对简单，安装维护方便，成本降低，配合电动推杆和联动推杆，就可实现多组阵列联动跟踪。尽管实现了机构联动，但不能实现多阵列平面一致，因此清洁维护依然无法连续进行。

为了更好地发挥斜单轴跟踪系统优势，倾斜角可调的斜单轴跟踪系统也被设计和开发出来，与普通斜单轴跟踪系统相比，其支架结构较为复杂，如图1.23所示[24]。图1.23（a）可实现单侧倾斜角的调整，图1.23（b）可实现双侧倾斜角的调整，相较于普通斜单轴而言，通过伸缩调节杆调整后立柱高度，实现倾斜角调节功能。为了实现这一功能，增加了多个调节杆、铰链等机构，结构变得更加复杂，进一步降低了支架系统的刚性和抗风性能。上述两种结构也可以通过电动杆方式实现联动。但倾斜角可调节机构的安装、调节、加工、维护成本都大大提高，对于风沙较大的高海拔荒漠地区，调节工作量增大，跟踪故障率高，可靠性低，很难在电站中规模化使用[24]。

对组件清洁工作而言，无论是常规斜单轴还是联动斜单轴跟踪系统，由于电池板角度特殊，而且阵列散开，结构刚性低，支架传动系统复杂，无法通过加载轨道实现固定爬行机器人对其进行清洁维护。而大型清洁车辆，也很难采用机械接触式对其进行清洁，容易造成阵列损毁。比较可行的方式就是通过大型工程车载水罐和射流装置，对其进行喷淋清洁。尽管水射流方式可采用遥喷淋方法，但对支架系统的传动机构会产生一定影响。

3. 双轴跟踪支架安装方式

双轴跟踪支架是通过对太阳光线的实时跟踪，保证每一时刻太阳光线与电池板表面垂直，以实现最大发电量。双轴跟踪系统分为高度角跟踪和方位角跟踪。目前双轴跟踪光伏支架多采用卧式蜗轮蜗杆电机减速机实现网面水平旋转，俯仰系统驱动多采用链条、推杆式或立式蜗轮蜗杆电机减速机[25]，其支架结构如图1.24所示。图1.24中，底部是一个固定不动的立柱，立柱顶部是由小桁架组成的能够旋转和俯仰运动的钢桁架结构，钢桁架结构表面安装光伏组件。双轴跟踪系统的整个结构分为三个部分：控制器、双轴跟踪机械结构和光伏组件[26]。其机械结构一般采用齿轮传动机构带动光伏阵列实现方位角跟踪，同时通过推杆推动光伏阵列翻转实现高度角跟踪。

除了蜗轮蜗杆式的驱动机构，也有液压式驱动的双轴跟踪支架系统，其结构如图1.25（a）所示。图1.25（b）所示为在双轴跟踪支架上安装的光伏电站。从图1.25（a）可以看到，采用液压缸驱动组件竖直维度的旋转，液压马达驱动水平维度的旋转运动。从图1.25（b）可以看到，一组支架可安装60块电池板，大约在18kW，因此连接地基的立柱刚性要好。这种双轴跟踪光伏系统也是分散布局，而且光伏组件数量多，整体高度可达6m，甚至更高，这对清洁维护提出很高要求。

商用的立柱式双轴跟踪系统的稳定性差，抗风能力弱，因此旋转轨道式的双轴跟踪支架被设计开发出来，其结构如图1.26所示。这种旋转轨道式双轴跟踪系统在青海共和地区已经被安装测试，但没有大规模使用。尽管相较立柱式更加稳健，但由于其轨道长，密封困难，在沙漠地区容易造成故障。

4. 聚光光伏组件安装方式

聚光光伏组件要求具有跟踪功能，因此可以选择单轴跟踪和双轴跟踪两种方式。从商业应用上看，大部分企业都选择双轴跟踪支架进行安装。图1.27所示为黄河水电格尔木二期100MW高倍聚光光伏系统。图1.27中的双轴跟踪支架安装方式与图1.25（b）的晶体硅发电安装方式一样，采用立柱式。与晶体硅电池组件一样，聚光光伏组件的双轴跟踪支架系统也可采用旋转轨道式，采用蜗轮蜗杆带动环形轨道来跟踪方位角，丝杠螺母机构来调节高度角。由于聚光光伏系统的聚光器比电池板要重，而且要配备散热系统，因此双轴跟踪机构需要更强的抗风性能。从清洁的角度讲，聚光光伏组件更需要及时清洁，否则对光线会聚有很大影响，造成发电量下降。