光伏支架位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游，主要包括固定支架和跟蹤支架兩大類。固定支架進入門檻低、毛利率低且產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重。在光伏平價上網(wǎng)的背景下，以往更關(guān)注設(shè)備投資、固定支架占主導(dǎo)（即“每瓦成本”）的時代，必將向更關(guān)注投資回報、跟蹤支架占主導(dǎo)（即“每度成本”）的時代轉(zhuǎn)變。對于跟蹤支架而言，由于其包括控制器、驅(qū)動及傳動機構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等，屬于一個自成體系的機電控制系統(tǒng)。主要有單軸和雙軸兩種跟蹤支架，其中單軸又分為平單軸和斜單軸，當前市場上主要以平單軸為主。

由于支架所處工作環(huán)境惡劣，對各部分機構(gòu)的可靠性要求很高。相對于固定支架而言，跟蹤支架有不同程度的發(fā)電量增益：以平單軸為例，大約提升10%~20%（不同緯度地區(qū)有差異）。放眼全球，跟蹤支架已經(jīng)在國外大量的光伏電站中得到應(yīng)用：2019年，全球光伏新增裝機容量為114.9GW，跟蹤支架出貨量35GW，占比30.5%。而國內(nèi)市場沒有發(fā)育成熟，跟蹤支架的占比較低：2016年以前，跟蹤支架占比不足2%；2019年，我國光伏新增并網(wǎng)容量30.1GW，跟蹤支架占比16%。隨著光伏發(fā)電的日趨成熟以及平價時代的到來，可以預(yù)測跟蹤支架在國內(nèi)外的占比均會繼續(xù)上升，后續(xù)仍有較大的增長空間。

跟蹤支架產(chǎn)品現(xiàn)狀

相較于傳統(tǒng)支架，跟蹤支架可以將電站發(fā)電量提升15%-25%。近年來，為應(yīng)對產(chǎn)業(yè)鏈、土地價格上漲等因素導(dǎo)致電站成本不斷上升的困局，經(jīng)濟性更優(yōu)的跟蹤支架接受度不斷提升。據(jù)不完全統(tǒng)計，至少17家企業(yè)同步展出跟蹤支架系統(tǒng)產(chǎn)品。其中包括中信博、天合跟蹤、國強興晟、邁貝特、國瑞能等，跟蹤產(chǎn)品已然成為企業(yè)的重磅拳頭產(chǎn)品。

就跟蹤支架而言，依托于智能跟蹤算法模型，可準確計算出系統(tǒng)最佳傾角，實時規(guī)避陣列間陰影，減少因遮擋帶來的發(fā)電損失。實現(xiàn)更優(yōu)發(fā)電效果的同時，還兼具監(jiān)控診斷及數(shù)據(jù)分析功能，實時遠程監(jiān)控全站設(shè)備，出現(xiàn)故障自動識別、自動保護、自動報警，最大程度降低運營維護成本，達成人機互聯(lián)。

跟蹤支架產(chǎn)品特點

光伏跟蹤支架由控制器（一般內(nèi)部同時集成控制算法）、電機和傳動機構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)支架組成，其大致邏輯關(guān)系如圖1所示。

圖1 光伏跟蹤支架邏輯功能示意圖

其中：追蹤算法完成地理坐標和氣候信息到控制角度的轉(zhuǎn)換；控制器實現(xiàn)角度信號到電機控制電流的轉(zhuǎn)換，同時完成無線通訊、鋰電池充電和接收傳感器信號的功能；電機和傳動機構(gòu)是跟蹤運動的執(zhí)行部件；鋼結(jié)構(gòu)支架實現(xiàn)抗風(fēng)和抗震的功能，同時承載光伏組件。

1、總體排布

目前主流支架企業(yè)中，支架總體排布主要有縱向擴展（多排聯(lián)動）和橫向擴展（單排獨立控制）兩大技術(shù)流派，如圖2所示。

兩種技術(shù)流派的優(yōu)缺點如下：

1）縱向擴展的優(yōu)勢是動力源少、成本低，劣勢是現(xiàn)場人員及清洗機器人的通過性差，抗沉降性稍弱。典型代表企業(yè)是美國的AR R AYTechnologies，國內(nèi)企業(yè)如中信博的早期產(chǎn)品，也曾采用此技術(shù)路線。

2）橫向擴展的優(yōu)勢是通過性及對地面適應(yīng)性好，劣勢是驅(qū)動源較多、成本稍高。目前全球跟蹤支架出貨量排名前列的企業(yè)，大多采用此技術(shù)路線，如國外的NEXTracker、Soltec、PVHardware、Ncalve、IDEEMATEC以及國內(nèi)的中信博、金山太陽能等。

2、控制器

光伏跟蹤支架的控制器由信號輸入模塊、電源管理模塊、邏輯控制模塊、驅(qū)動電路模塊以及無線通信模塊組成，需要實現(xiàn)時控跟蹤角度調(diào)整、GPS校準、電機驅(qū)動、聯(lián)機組網(wǎng)（RS485，Zigbee，LoRa）、風(fēng)雪保護等功能。在跟蹤算法方面，目前普遍采用的天文算法，主要基于地理位置和時間信息使得組件實時正對太陽。此外，考慮到早晚太陽入射角度較小，可能會造成陣列間的遮擋，主流的控制算法都輔助以逆跟蹤算法功能。另外，算法中還會配備一些如風(fēng)雪保護、雨天自潔和大風(fēng)保護等功能。

3、主梁結(jié)構(gòu)

對于跟蹤支架，其主梁起到雙向承上啟下的作用，是支架結(jié)構(gòu)的中樞：一方面?zhèn)鬟f扭矩、轉(zhuǎn)動組件，使跟蹤支架根據(jù)控制器的指令實現(xiàn)轉(zhuǎn)動；另一方面將組件本身及其承受的風(fēng)、雪等載荷，反向傳遞給立柱。其結(jié)構(gòu)又可以分為單梁（閉口截面）結(jié)構(gòu)和雙梁結(jié)構(gòu)兩種。

兩種主梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點如下：

1）單梁結(jié)構(gòu)在傳遞力矩時，風(fēng)荷載通過組件傳遞到檁條上，而檁條上荷載以剪力和扭矩形式作用在主橫梁上，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)固有頻率較低，導(dǎo)致需要較大的大風(fēng)保護角度。

2）雙梁結(jié)構(gòu)在傳遞力矩時，風(fēng)荷載通過組件作用在雙梁上，雙梁通過斜梁和斜支撐結(jié)構(gòu)將載荷傳遞給立柱，因為具備較大的機構(gòu)剛度，大風(fēng)保護角度可以放置在0°附近，設(shè)計風(fēng)壓較小。

4、傳動裝置

目前廣泛采用的傳動裝置有推桿和回轉(zhuǎn)器兩種。

兩種常見傳動裝置的優(yōu)缺點如下：

1）回轉(zhuǎn)器常采用渦輪蝸桿機構(gòu)，可以直接扭轉(zhuǎn)主梁，也可以與鋼絲繩、滾子齒輪配合扭轉(zhuǎn)主梁，提高負載力臂。性能可靠，使用壽命長，但價格高。

2）推桿一般由一級錐齒輪傳動和絲杠螺母傳動組成，成本較回轉(zhuǎn)器低一些，可直接推動獨立力臂或雙梁結(jié)構(gòu)。

5、風(fēng)洞測試及結(jié)構(gòu)計算

對于跟蹤支架產(chǎn)品，除了上述列舉的主要結(jié)構(gòu)以外，風(fēng)洞測試和結(jié)構(gòu)計算是兩個核心環(huán)節(jié)。開展風(fēng)洞試驗主要基于以下考慮：

第一，常用的平單軸跟蹤支架為單自由度（單軸轉(zhuǎn)動）系統(tǒng)，風(fēng)荷載作用在轉(zhuǎn)動軸上形成扭矩。而現(xiàn)有的很多荷載規(guī)范里，跟蹤器表面上、下部分壓力系數(shù)為同一個數(shù)值，無法形成一個扭矩。

第二，目前荷載規(guī)范里只使用單一的壓力系數(shù)，而每排跟蹤支架由于其在陣列中的位置不同，壓力系數(shù)會有差異。使用同一個壓力或者扭矩系數(shù)設(shè)計所有的跟蹤支架，并不符合實際情況。在設(shè)計時，對外圍跟蹤支架，需要考慮更大的風(fēng)壓，而對于內(nèi)圍跟蹤支架，需要考慮的風(fēng)壓可以減小，以降低成本。

第三，**風(fēng)致振動會嚴重破壞跟蹤支架。**僅通過固有頻率評判系統(tǒng)抗風(fēng)振性能已不足以滿足需求。大風(fēng)情況下，組件平放，即傾斜角度0°往往是十分危險的，是不穩(wěn)定的氣動外形。業(yè)內(nèi)頭部企業(yè)如NEXTracker、ARRAY Technologies、Soltec和中信博，都通過風(fēng)洞試驗來確定大風(fēng)條件下的組件穩(wěn)定傾斜角度。通過風(fēng)洞測試，一方面可以獲得跟蹤支架的靜態(tài)風(fēng)荷載壓力及扭矩系數(shù)；另一方面，分析跟蹤支架的動態(tài)風(fēng)荷載響應(yīng)，對于結(jié)構(gòu)可靠性和成本優(yōu)化均有十分重要的意義。另外，進行風(fēng)洞測試也是很多國外項目中業(yè)主的強制性要求。而且，在跟蹤支架設(shè)計之初就進行相關(guān)風(fēng)洞實驗工作，也已成為行業(yè)內(nèi)的共識。

對于跟蹤支架，鋼結(jié)構(gòu)計算也是其研發(fā)的核心工作之一，它直接決定產(chǎn)品是否安全、是否符合國內(nèi)外標準、是否能通過項目的第三方審核等。另外，鋼結(jié)構(gòu)計算也決定了系統(tǒng)的成本，且需結(jié)合風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，盡可能優(yōu)化系統(tǒng)的用鋼量。

由于跟蹤支架行業(yè)成本競爭十分激烈，每一個項目都需要進行用鋼量優(yōu)化。所以，鋼結(jié)構(gòu)計算往往并不是針對某一特定型號的跟蹤器產(chǎn)品，而是針對不同的項目進行計算。

跟蹤支架發(fā)展趨勢

如今，光伏跟蹤支架正朝著雙排組件豎放（2P）方向發(fā)展，以盡可能降低成本。但是，現(xiàn)有市場上的主流產(chǎn)品仍以單排組件豎放（1P）為主，1P和2P何種會最終占據(jù)市場主導(dǎo)地位，目前尚不明朗，還有待市場檢驗。

結(jié)構(gòu)方面，光伏跟蹤支架逐漸采用多點平行驅(qū)動機構(gòu)，以提高系統(tǒng)的固有頻率，提升抗風(fēng)性能，從而實現(xiàn)大風(fēng)保護角度的減小，并降低用鋼量。控制器方面，跟蹤支架制造商應(yīng)在算法方面投入力量，研究和開發(fā)全局最優(yōu)算法，以產(chǎn)生更多的發(fā)電量。**運維方面，無線通訊方式應(yīng)用越來越普遍，可實現(xiàn)大規(guī)模光伏跟蹤支架的集中控制和數(shù)據(jù)收集，同時減少現(xiàn)場線纜鋪設(shè)。**另外，現(xiàn)場快速安裝、盡量減少后期運維工作量、簡單可靠的支架連接件結(jié)構(gòu)等，也是重要的發(fā)展方向。

審核編輯：劉清