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(jìn)入門檻低、毛利率低且產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重。在光伏平價(jià)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(shí)代，必將向更關(guān)注投資回報(bào)、跟蹤支架占主導(dǎo)（即“每度成本”）的時(shí)代轉(zhuǎn)變。對(duì)于跟蹤支架而言，由于其包括控制器、驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等，屬于一個(gè)自成體系的機(jī)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(dāng)前市場(chǎng)上主要以平單軸為主。

由于支架所處工作環(huán)境惡劣，對(duì)各部分機(jī)構(gòu)的可靠性要求很高。相對(duì)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(guó)外大量的光伏電站中得到應(yīng)用：2019年，全球光伏新增裝機(jī)容量為114.9GW，跟蹤支架出貨量35GW，占比30.5%。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)沒(méi)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(guó)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(jià)時(shí)代的到來(lái)，可以預(yù)測(cè)跟蹤支架在國(guó)內(nèi)外的占比均會(huì)繼續(xù)上升，后續(xù)仍有較大的增長(zhǎng)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(lái)，為應(yīng)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈、土地價(jià)格上漲等因素導(dǎo)致電站成本不斷上升的困局，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)的跟蹤支架接受度不斷提升。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(guó)強(qiáng)興晟、邁貝特、國(guó)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(zhǔn)確計(jì)算出系統(tǒng)最佳傾角，實(shí)時(shí)規(guī)避陣列間陰影，減少因遮擋帶來(lái)的發(fā)電損失。實(shí)現(xiàn)更優(yōu)發(fā)電效果的同時(shí)，還兼具監(jiān)控診斷及數(shù)據(jù)分析功能，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控全站設(shè)備，出現(xiàn)故障自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)報(bào)警，最大程度降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，達(dá)成人機(jī)互聯(lián)。

跟蹤支架產(chǎn)品特點(diǎn)

光伏跟蹤支架由控制器（一般內(nèi)部同時(shí)集成控制算法）、電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)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(biāo)和氣候信息到控制角度的轉(zhuǎn)換；控制器實(shí)現(xiàn)角度信號(hào)到電機(jī)控制電流的轉(zhuǎn)換，同時(shí)完成無(wú)線通訊、鋰電池充電和接收傳感器信號(hào)的功能；電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是跟蹤運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件；鋼結(jié)構(gòu)支架實(shí)現(xiàn)抗風(fēng)和抗震的功能，同時(shí)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(kuò)展（多排聯(lián)動(dòng)）和橫向擴(kuò)展（單排獨(dú)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(diǎn)如下：

1）縱向擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)是動(dòng)力源少、成本低，劣勢(shì)是現(xiàn)場(chǎng)人員及清洗機(jī)器人的通過(guò)性差，抗沉降性稍弱。典型代表企業(yè)是美國(guó)的AR R AYTechnologies，國(guó)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(kuò)展的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)性及對(duì)地面適應(yīng)性好，劣勢(shì)是驅(qū)動(dòng)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(guó)外的NEXTracker、Soltec、PVHardware、Ncalve、IDEEMATEC以及國(guó)內(nèi)的中信博、金山太陽(yáng)能等。

2、控制器

光伏跟蹤支架的控制器由信號(hào)輸入模塊、電源管理模塊、邏輯控制模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及無(wú)線通信模塊組成，需要實(shí)現(xiàn)時(shí)控跟蹤角度調(diào)整、GPS校準(zhǔn)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、聯(lián)機(jī)組網(wǎng)（RS485，Zigbee，LoRa）、風(fēng)雪保護(hù)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(shí)間信息使得組件實(shí)時(shí)正對(duì)太陽(yáng)。此外，考慮到早晚太陽(yáng)入射角度較小，可能會(huì)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(huì)配備一些如風(fēng)雪保護(hù)、雨天自潔和大風(fēng)保護(hù)等功能。

3、主梁結(jié)構(gòu)

對(duì)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(dòng)組件，使跟蹤支架根據(jù)控制器的指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；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(diǎn)如下：

1）單梁結(jié)構(gòu)在傳遞力矩時(shí)，風(fēng)荷載通過(guò)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(hù)角度。

2）雙梁結(jié)構(gòu)在傳遞力矩時(shí)，風(fēng)荷載通過(guò)組件作用在雙梁上，雙梁通過(guò)斜梁和斜支撐結(jié)構(gòu)將載荷傳遞給立柱，因?yàn)榫邆漭^大的機(jī)構(gòu)剛度，大風(fēng)保護(hù)角度可以放置在0°附近，設(shè)計(jì)風(fēng)壓較小。

4、傳動(dòng)裝置

目前廣泛采用的傳動(dòng)裝置有推桿和回轉(zhuǎn)器兩種。

兩種常見(jiàn)傳動(dòng)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）回轉(zhuǎn)器常采用渦輪蝸桿機(jī)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(fù)載力臂。性能可靠，使用壽命長(zhǎng)，但價(jià)格高。

2）推桿一般由一級(jí)錐齒輪傳動(dòng)和絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)組成，成本較回轉(zhuǎn)器低一些，可直接推動(dòng)獨(dú)立力臂或雙梁結(jié)構(gòu)。

5、風(fēng)洞測(cè)試及結(jié)構(gòu)計(jì)算

對(duì)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(cè)試和結(jié)構(gòu)計(jì)算是兩個(gè)核心環(huán)節(jié)。開展風(fēng)洞試驗(yàn)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(dòng)）系統(tǒng)，風(fēng)荷載作用在轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)數(shù)值，無(wú)法形成一個(gè)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(huì)有差異。使用同一個(gè)壓力或者扭矩系數(shù)設(shè)計(jì)所有的跟蹤支架，并不符合實(shí)際情況。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)外圍跟蹤支架，需要考慮更大的風(fēng)壓，而對(duì)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(dòng)會(huì)嚴(yán)重破壞跟蹤支架。**僅通過(guò)固有頻率評(píng)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(xiǎn)的，是不穩(wěn)定的氣動(dòng)外形。業(yè)內(nèi)頭部企業(yè)如NEXTracker、ARRAY Technologies、Soltec和中信博，都通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定大風(fēng)條件下的組件穩(wěn)定傾斜角度。通過(guò)風(fēng)洞測(cè)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(dòng)態(tài)風(fēng)荷載響應(yīng)，對(duì)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(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試也是很多國(guó)外項(xiàng)目中業(yè)主的強(qiáng)制性要求。而且，在跟蹤支架設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行相關(guān)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)工作，也已成為行業(yè)內(nèi)的共識(shí)。

對(duì)于跟蹤支架，鋼結(jié)構(gòu)計(jì)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(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、是否能通過(guò)項(xiàng)目的第三方審核等。另外，鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算也決定了系統(tǒng)的成本，且需結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)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(jìng)爭(zhēng)十分激烈，每一個(gè)項(xiàng)目都需要進(jìn)行用鋼量?jī)?yōu)化。所以，鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算往往并不是針對(duì)某一特定型號(hào)的跟蹤器產(chǎn)品，而是針對(duì)不同的項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)算。

跟蹤支架發(fā)展趨勢(shì)

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(chǎng)上的主流產(chǎn)品仍以單排組件豎放（1P）為主，1P和2P何種會(huì)最終占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，目前尚不明朗，還有待市場(chǎng)檢驗(yàn)。

結(jié)構(gòu)方面，光伏跟蹤支架逐漸采用多點(diǎn)平行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的固有頻率，提升抗風(fēng)性能，從而實(shí)現(xiàn)大風(fēng)保護(hù)角度的減小，并降低用鋼量?？刂破鞣矫妫欀Ъ苤圃焐虘?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(yùn)維方面，無(wú)線通訊方式應(yīng)用越來(lái)越普遍，可實(shí)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(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)線纜鋪設(shè)。**另外，現(xiàn)場(chǎng)快速安裝、盡量減少后期運(yùn)維工作量、簡(jiǎn)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