在大型地面光伏电站中，不同形式的支架会影响光伏组件接收到的太阳辐射量和电站的占地面积。作者对不同纬度地区、采用不同支架形式的光伏电站的占地面积、发电量、成本和投资收益率进行了对比分析。跟踪支架可以有效提高光伏电站的发电量，其成本和可靠性是制约其应用推广的关键，通过比较分析，小倾角斜单轴跟踪支架对于提高光伏电站发电量和投资收益率具有较好的应用前景。
在光伏电站中，组件的支架形式会影响组件接收的太阳辐射量，进而影响光伏电站的发电量；另外不同形式的支架将对光伏电站的建设用地有很大影响；而且不同形式的支架的成本也有较大差别。支架选型对光伏电站的经济指标、建设用地指标和建设规模都有很大影响。本文对不同支架形式的电站的占地面积、发电量和投资收益进行比较分析， 讨论不同形式支架的应用推广的前景。
1 支架形式分类
目前大型光伏电站的太阳电池组件支架包括固定式支架、水平单轴跟踪支架、倾斜单轴跟踪支架（也称倾纬度角单轴跟踪支架）和双轴跟踪支架，如图1所示。
图1
固定式支架通常有一定的倾角，安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例和特定的场地条件等。最佳安装倾角可采用专业系统设计软件进行优化设计来确定，它应是系统全年发电量最大时的倾角。
水平单轴跟踪支架，通过其在东西方向上的旋转，以保证每一时刻太阳光与太阳电池板面的法线夹角为最小值，以此来获得较大的发电量。
倾斜单轴跟踪支架，是在固定太阳电池面板倾角的基础上，围绕该倾斜的轴旋转追踪太阳方位角，以便接受更多的太阳辐射量。
双轴跟踪支架，通过其对太阳光线的实时跟踪，以保证每一时刻太阳光线都与太阳电池板面垂直，以此来获得最大的发电量。
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，综合考虑以上因素，在现阶段固定支架和跟踪支架不存在决定的优劣之分，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。
考虑目前实际使用情况，下面对固定支架、平单轴跟踪支架和斜单轴跟踪支架进行重点分析比较。
2 占地面积比较
支架形式和场址纬度都会影响光伏电站的占地面积，表1给出了位于西藏桑日（29.3oN）、甘肃敦煌（40.1oN）和新疆青河（46.2oN）三个典型场址采用不同支架形式时10MWp光伏电站的占地面积。
表1
图2
不同纬度的光伏电站选用不同支架形式时占地面积变化趋势如图1所示，从图中可以清楚的看到，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最大，而且倾角越大，占地面积越大；相同支架形式，随着纬度升高，等容量光伏电站的占地面积变大，最大甚至超过2倍。
对于斜单轴跟踪支架，随着倾角变大，等容量光伏电站的占地面积变大，对于高纬度地区，随着倾角变大，占地变化比例变大；固定支架光伏电站占地面积最小，土地利用最高，建设用地指标最优，而平单轴跟踪和小倾角斜单轴跟踪光伏电站的占地面积增加不大，建设用地指标较优。
从土地利用角度，在光伏电站设计中可重点考虑固定支架、平单轴跟踪支架和小倾角（5度左右）斜单轴跟踪支架，而在高度纬度地区，大角度斜单轴跟踪支架是的光伏电站的占地面积增加几倍，在制定技术方案时应慎重，尽量不予采用，具体详见图2中圆圈标记的区域。
3 太阳辐射量增益分析
不同支架形式接收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，可以使组件接收的太阳辐射量有较大的增益，因而发电量也会增加。选取纬度为北纬40度的典型场址，在不考虑遮挡的理想情况下，不同支架形式对光辐射量的增益情况进行比较分析，如图3所示。
图3
图3给出一年中不同支架形式接收的太阳辐射量曲线，表2给出了不同支架接收的相对太阳辐射量，从图3中可以看到在夏秋季节跟踪支架接收的太阳辐射量增益比较高，在春冬季节，跟踪支架接收的太阳辐射量增益比很小，甚至为负。
从表2可以看到，随着倾角变大，斜单轴跟踪支架比水平单轴跟踪支架接收的太阳辐射量有较大增益，而且在倾角较小时，增益比变化幅度更大。
表2
4 发电量增益分析
对于光伏电站，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，利用PVSYST对西藏桑日、甘肃敦煌和新疆青河三个典型场址电站在选用不同支架形式时的首年发电小时数进行模拟仿真，系统效率均取为80%，结果如表3所示。为了便于比较分析，对表3的数据进行归一化处理，结果如表4所示，变化趋势如图4所示。
通过比较表2和表4，可以看到跟踪支架的发电量增益比要略小于其光辐射量的增益比，约3%，这主要是阵列遮挡和温度效应引起的。对于低纬度地区，平单轴跟踪支架的发电量增益要略高，约1%~2%， 而且倾角较小时，斜单轴支架的发电量增益比也略高，约1%；对于高纬度地区，最佳倾角斜单轴跟踪的发电量增益要略高，约2%~3%。
表3
表4
图4
5 投资收益分析
根据前面的理论分析，跟踪支架可以较大幅度提高光伏电站的发电量，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、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。
根据对大型平单轴跟踪支架光伏电站的调研，其首年实际发电量比预期低了8.7%，而同一地区大型最佳倾角固定支架光伏电站的首年实际发电量比理论低了2.9%，可见平单轴跟踪支架的稳定性较差，导致实际发电量低于理论预测发电量，在进行经济分析时应考虑跟踪支架的故障率，考虑到跟踪支架可靠性的改进，采用跟踪支架的光伏电站的实际发电量应比对应的理论发电量低4个百分点。
根据目前的市场情况，各种支架的成本和对应的土建基础成本如表5所示，以甘肃敦煌为例，假设项目的容量为30MWp，固定支架电站的运维费用取400万/年，跟踪支架电站的运维费用取480万/年，电站的投资收益率如表所示。
表5
通过比较分析可知，采用平单轴跟踪支架与固定支架的光伏电站的收益率基本相同，斜单轴跟踪支架带来的投资收益率提高较大，而考虑到安全可靠性的风险和占地面积，小倾角斜单轴跟踪支架优势较明显，具有较大的应用潜力，应予以重点关注和考察。
结论
跟踪支架可以明显提高大型光伏电站的发电量，但是综合跟踪支架的成本增加、安全可靠性及占地面积等因素，其实用性大打折扣。平单轴跟踪支架成本增加略低，对于低纬度地区光伏电站发电量增益更为明显，占地面积增加不大，但是综合其可靠稳定性等因素，对电站的投资收益率几乎没有增益，提高其可靠稳定性是其推广应用的基础。
小倾角斜单轴跟踪支架成本增加略高，发电量较高，占地面积增加不大，其运维成本和安全可靠性与平单轴跟踪支架相当，对电站的投资收益率有较大增益，应用潜力很大；最佳倾角斜单轴跟踪支架的发电量增益最大，对电站的投资收益率增益最大，但是其占地面积太大，而且考虑到稳定可靠性，推广前景很小。
根据分析结果，建议目前阶段对小倾角斜单轴跟踪支架进行重点调研和评估，对于其的稳定可靠性和运维成本进行深入的评估，保证进行投资收益测算时考虑周全，在合理控制风险的基础上进行小倾角跟踪支架的应用，提高光伏电站项目的投资回报，推动光伏发电产业的发展。
