关于太阳能双轴跟踪巡日支架系统系统设计
恒达富士电梯有限公司总经理：钱江明
太阳能双轴跟踪巡日光伏电梯属于太阳能光伏发电系统的一种，在太阳能光伏发电系统的设计中，太阳能光伏组件方阵的排列布置形式和放置角度对整个系统接收到的太阳能辐射有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。太阳能光伏组件方阵的角度要综合考虑光伏组件方阵平面上太阳辐射量的连续性、均匀性和极大性。同时光伏发电系统必须考虑在日照最差的季节保证负载的基本用电量，因此以日照最差季节的太阳高度角度来确定太阳能组件的倾角。本太阳能双轴跟踪巡日支架系统采用的太阳能光伏方阵为屋顶安装的方式，据此，根据浙江地区的地理位置和气候情况，综合考虑系统设计方案，设计组件倾角为33-35。
1 技术方案
每台双轴跟踪发电单元承载40块尺寸为1580*808*36mm的电池组件，组件功率为200W ，1块组件的重量为16.5kg 。1套双轴跟踪系统的组件容量为3KW ，组件为3排5列对称布局。
电站除具有较好的耐候性，能在室外严酷的环境下长期稳定可靠地运行，具体满足下述条件及性能指标：
（1） 单机容量：15块电池组件，3KW ； （2） 跟踪方式：时控； （3） 跟踪精度≤1；
（4） 双轴跟踪支架的控制柜防护等级IP55； （5） 系统抗风极限：35m/s；
（6） 比固定最优倾角，年提高发电量≥35%； （7） 质保1年；
（8） 日耗电≤0.5KW*h/d，电力供电为交流三相380V ； （9） 整个结构使用热浸镀锌钢金属结构。 2 支架设计 减速机的优点：
跟踪支架主要由立柱、减速机、横梁、纵梁以及横支撑组成，立柱外径D480mm ，壁厚8mm ，立柱下端通过底板与基础螺栓紧固在钢筋混凝土基础上，上端通过法兰盘与水平减速机通过螺栓连接在一起。减速机是美国技术，专门用于太阳能跟踪设备，经过多年的国内外应用实践，证明该减速机是一种非常理想可靠的太阳能跟踪专用设备。横梁是外径325mm ，壁厚6mm 的钢管，两端连接两个9寸仰俯减速机实现仰俯运动。纵梁设计成“Z ”字型，目的是让围绕横梁中心转动的整个支架中心质量对称，抵消所有偏心距，从而达到仰俯减速机四两拨千斤，运转自如，实现仰俯跟踪的动力节能目的。此外，这种对称性设计也非常有利于支架抗风，因为这种对称性设计使得加载在支架上的风力正好关于横梁轴心对称，从而正反力矩恰好抵消，这一点非常重要。纵梁上通过螺栓连接着一个个横向支撑，横向支撑再通过螺栓连接着一块块太阳能电池板。
3 跟踪控制系统
跟踪器采用高精度太阳位置算法，根据当地经纬度和时间准确计算出太阳的实际位置进行跟踪。跟踪器不受外部环境的影响，实现了最高效率的太阳能跟踪。系统采用高性能MCU 控制，精确可靠，使用方便，抗干扰能力强。独特设计得反向跟踪，确保跟踪过程中组建阵列间无阴影遮挡，有效提高发电量。同时系统具有风载保护接口，支
。
。
持外接风速传感器，能够随时控制系统进入机械最大抗风状态。系统还配备485通信接口，可通过软件读取设备数据信息，以及远程控制，多台设备的群体控制。
4 系统形式 4.1 方案
AC 380V
三相交流电网
变频器
M
太阳能光伏阵列
并网逆变器
整个太阳能光伏电梯并网系统采用高效并网逆变器并接在电梯附近三相五线制的低压电网侧，将光伏方阵所发电能输送到局部公共电网上，部分给电梯供电，电梯主电源采用三相交流电网供电。
本设计方案同时配备通讯监测和数据采集及控制显示系统，通过标准通讯接口组成网络，可监控与显示系统实时监测光伏系统运行状况及相关数据。
4.3配置说明 （1） 单晶硅电池片是目前全球太阳能转换效率最高的商业电池板，效率≥16.52，电池板采用符合出口标准的最高效电池片。
（2） 电池组件支架采用国内最大太阳能支架专业生±产厂家产品，全部采用铝合金+镀锌钢材质，防风抗腐。由专业结构设计人员针对不同项目作最专业最优化的量身设计。
（3） 逆变器采用标准成熟产品，该产品性能良好，效率高达97%使用可靠稳定。 （4） 线缆采用国内较好的光伏专用线缆，超强抗拉，防紫外线，防腐，防老化。
4.4 并网系统技术指标
（1） 光伏系统功率为3kw （15块200W 单晶硅电池组件） （2） 采用单晶硅太阳能电池进行多组串并方式组成 （3） 并网输出电压380V AC
（4） 逆变器实时采集外部电网的电压、相位进行闭环，保证逆变器输出的电压与相位与外部电网同步
（5） 并网输出频率范围50Hz ±0.5Hz （6） 输出电流谐波THD:＜4% （7） 输出电压谐波THD:＜4% （8） 并网逆变器最大效率97%
（9） 系统额定输出运行效率不低于94% 4.5 并网系统的控制保护功能
（1） 整个光伏电气系统选用的逆变器具有过压欠压、过载过流、速断、短路、漏电等保护功能，因而整个光伏发电系统具有所有这些保护功能
（2） 控制系统工具尾部电网运行情况，自控系统具备所有工况的转换功能。控制、监测范围：并网电压偏差、并网频率偏差、谐波和波形畸变、电压不平衡度、直流分量。并网保护：过/欠电压保护、过/欠频率保护、防孤岛效应、恢复并网、防雷和接地、短路保护、隔离保护、逆向功率保护等。
（3） 为保护操作人员以及建筑物和光伏并网发电系统的安全。在直流侧设置防雷与浪涌保护器（SPD ），同时将所有设备的金属外壳（包括太阳能电池铝边框和金属支架）可靠接地，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。使光伏系统所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保设备的安全，保护人生安全和系统的正常运行。
5 其他事项 5.1 基础
采取钢筋混凝土地基，施工时需甲方配合，包括地点的选定，地基初期养护时的管理等。
5.2 并网接入点
并网逆变器安装在支架下方，此为并网逆变电，并网接入点选取由甲方决定，由此产生的列如地面布线产生的地面修补等问题由甲方负责。
5.3 数据传输及显示
数据传输采用无线数据传输方式，显示采用液晶屏幕显示。
关于太阳能双轴跟踪巡日支架系统系统设计
恒达富士电梯有限公司总经理：钱江明
太阳能双轴跟踪巡日光伏电梯属于太阳能光伏发电系统的一种，在太阳能光伏发电系统的设计中，太阳能光伏组件方阵的排列布置形式和放置角度对整个系统接收到的太阳能辐射有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。太阳能光伏组件方阵的角度要综合考虑光伏组件方阵平面上太阳辐射量的连续性、均匀性和极大性。同时光伏发电系统必须考虑在日照最差的季节保证负载的基本用电量，因此以日照最差季节的太阳高度角度来确定太阳能组件的倾角。本太阳能双轴跟踪巡日支架系统采用的太阳能光伏方阵为屋顶安装的方式，据此，根据浙江地区的地理位置和气候情况，综合考虑系统设计方案，设计组件倾角为33-35。
1 技术方案
每台双轴跟踪发电单元承载40块尺寸为1580*808*36mm的电池组件，组件功率为200W ，1块组件的重量为16.5kg 。1套双轴跟踪系统的组件容量为3KW ，组件为3排5列对称布局。
电站除具有较好的耐候性，能在室外严酷的环境下长期稳定可靠地运行，具体满足下述条件及性能指标：
（1） 单机容量：15块电池组件，3KW ； （2） 跟踪方式：时控； （3） 跟踪精度≤1；
（4） 双轴跟踪支架的控制柜防护等级IP55； （5） 系统抗风极限：35m/s；
（6） 比固定最优倾角，年提高发电量≥35%； （7） 质保1年；
（8） 日耗电≤0.5KW*h/d，电力供电为交流三相380V ； （9） 整个结构使用热浸镀锌钢金属结构。 2 支架设计 减速机的优点：
跟踪支架主要由立柱、减速机、横梁、纵梁以及横支撑组成，立柱外径D480mm ，壁厚8mm ，立柱下端通过底板与基础螺栓紧固在钢筋混凝土基础上，上端通过法兰盘与水平减速机通过螺栓连接在一起。减速机是美国技术，专门用于太阳能跟踪设备，经过多年的国内外应用实践，证明该减速机是一种非常理想可靠的太阳能跟踪专用设备。横梁是外径325mm ，壁厚6mm 的钢管，两端连接两个9寸仰俯减速机实现仰俯运动。纵梁设计成“Z ”字型，目的是让围绕横梁中心转动的整个支架中心质量对称，抵消所有偏心距，从而达到仰俯减速机四两拨千斤，运转自如，实现仰俯跟踪的动力节能目的。此外，这种对称性设计也非常有利于支架抗风，因为这种对称性设计使得加载在支架上的风力正好关于横梁轴心对称，从而正反力矩恰好抵消，这一点非常重要。纵梁上通过螺栓连接着一个个横向支撑，横向支撑再通过螺栓连接着一块块太阳能电池板。
3 跟踪控制系统
跟踪器采用高精度太阳位置算法，根据当地经纬度和时间准确计算出太阳的实际位置进行跟踪。跟踪器不受外部环境的影响，实现了最高效率的太阳能跟踪。系统采用高性能MCU 控制，精确可靠，使用方便，抗干扰能力强。独特设计得反向跟踪，确保跟踪过程中组建阵列间无阴影遮挡，有效提高发电量。同时系统具有风载保护接口，支
。
。
持外接风速传感器，能够随时控制系统进入机械最大抗风状态。系统还配备485通信接口，可通过软件读取设备数据信息，以及远程控制，多台设备的群体控制。
4 系统形式 4.1 方案
AC 380V
三相交流电网
变频器
M
太阳能光伏阵列
并网逆变器
整个太阳能光伏电梯并网系统采用高效并网逆变器并接在电梯附近三相五线制的低压电网侧，将光伏方阵所发电能输送到局部公共电网上，部分给电梯供电，电梯主电源采用三相交流电网供电。
本设计方案同时配备通讯监测和数据采集及控制显示系统，通过标准通讯接口组成网络，可监控与显示系统实时监测光伏系统运行状况及相关数据。
4.3配置说明 （1） 单晶硅电池片是目前全球太阳能转换效率最高的商业电池板，效率≥16.52，电池板采用符合出口标准的最高效电池片。
（2） 电池组件支架采用国内最大太阳能支架专业生±产厂家产品，全部采用铝合金+镀锌钢材质，防风抗腐。由专业结构设计人员针对不同项目作最专业最优化的量身设计。
（3） 逆变器采用标准成熟产品，该产品性能良好，效率高达97%使用可靠稳定。 （4） 线缆采用国内较好的光伏专用线缆，超强抗拉，防紫外线，防腐，防老化。
4.4 并网系统技术指标
（1） 光伏系统功率为3kw （15块200W 单晶硅电池组件） （2） 采用单晶硅太阳能电池进行多组串并方式组成 （3） 并网输出电压380V AC
（4） 逆变器实时采集外部电网的电压、相位进行闭环，保证逆变器输出的电压与相位与外部电网同步
（5） 并网输出频率范围50Hz ±0.5Hz （6） 输出电流谐波THD:＜4% （7） 输出电压谐波THD:＜4% （8） 并网逆变器最大效率97%
（9） 系统额定输出运行效率不低于94% 4.5 并网系统的控制保护功能
（1） 整个光伏电气系统选用的逆变器具有过压欠压、过载过流、速断、短路、漏电等保护功能，因而整个光伏发电系统具有所有这些保护功能
（2） 控制系统工具尾部电网运行情况，自控系统具备所有工况的转换功能。控制、监测范围：并网电压偏差、并网频率偏差、谐波和波形畸变、电压不平衡度、直流分量。并网保护：过/欠电压保护、过/欠频率保护、防孤岛效应、恢复并网、防雷和接地、短路保护、隔离保护、逆向功率保护等。
（3） 为保护操作人员以及建筑物和光伏并网发电系统的安全。在直流侧设置防雷与浪涌保护器（SPD ），同时将所有设备的金属外壳（包括太阳能电池铝边框和金属支架）可靠接地，使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。使光伏系统所感应到的雷电流得以安全泄放入地，确保设备的安全，保护人生安全和系统的正常运行。
5 其他事项 5.1 基础
采取钢筋混凝土地基，施工时需甲方配合，包括地点的选定，地基初期养护时的管理等。
5.2 并网接入点
并网逆变器安装在支架下方，此为并网逆变电，并网接入点选取由甲方决定，由此产生的列如地面布线产生的地面修补等问题由甲方负责。
5.3 数据传输及显示
数据传输采用无线数据传输方式，显示采用液晶屏幕显示。