中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新型的光伏電站改變了傳統(tǒng)光儲(chǔ)電站只能被動(dòng)、固定接收光的模式，通過跟蹤支架驅(qū)動(dòng)光伏組件，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)“追著”太陽(yáng)跑，以獲取最大的發(fā)電量。
近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗急劇增長(zhǎng)，傳統(tǒng)不可再生能源儲(chǔ)量迅速降低，生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步遭到破壞，人們對(duì)可再生能源的需求越來越強(qiáng)烈。
因此，包括光伏在內(nèi)的清潔、可再生能源逐漸受到各國(guó)青睞。2022年，我國(guó)光伏新增裝機(jī)87.41吉瓦，同比增長(zhǎng)59.3%。預(yù)測(cè)到2050年，我國(guó)年總裝機(jī)容量中，將有70%來自太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電。因此，如何利用新型儲(chǔ)能技術(shù)，提高新能源的利用效率，成為未來新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。
不過，隨著光伏及其儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)問題深刻地縈繞在人們心頭：由于地球的自轉(zhuǎn)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽(yáng)的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生變化；這樣使得光伏系統(tǒng)在固定安裝的方式下無法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光線一直直射于電池接收面，從而影響利用率。
綜合這些變量因素，儲(chǔ)能技術(shù)逐漸成為解決光伏發(fā)電波動(dòng)性的重要手段，而最近比較受到業(yè)界關(guān)注的，非“光伏跟蹤系統(tǒng)”莫屬。相關(guān)資料表明，與固定安裝的光伏系統(tǒng)相比，通過跟蹤太陽(yáng)方位，采用光伏跟蹤系統(tǒng)，能使光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力提高10%~35%，發(fā)電成本下降2%~5%。
近幾年，隨著數(shù)字化、人工智能技術(shù)的應(yīng)用，光伏跟蹤系統(tǒng)逐漸成為全球光伏電站建設(shè)的更好選擇。那光伏跟蹤系統(tǒng)是什么？人們應(yīng)該如何應(yīng)用它？目前又有哪些范式值得參考？今天，就跟隨《中國(guó)科技信息》的腳步一起來聊聊“光伏跟蹤系統(tǒng)”。
像“向日葵”一樣主動(dòng)“追著”太陽(yáng)跑
光伏和儲(chǔ)能，這對(duì)天然的“好朋友”，最近備受關(guān)注。在展開探討相關(guān)話題前，對(duì)于光儲(chǔ)系統(tǒng)的了解是基礎(chǔ)。光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)是將光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能電池系統(tǒng)相結(jié)合，主要在電網(wǎng)工作應(yīng)用中起到“負(fù)荷調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)電量、配合新能源接入、彌補(bǔ)線損、功率補(bǔ)償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運(yùn)行、削峰填谷”等作用應(yīng)用。通俗來說，可以將儲(chǔ)能電站比喻為一個(gè)蓄水池，可以把用電低谷期富余的水儲(chǔ)存起來，在用電高峰的時(shí)候再拿出來用，這樣就減少了電能的浪費(fèi)；此外儲(chǔ)能電站還能減少線損，增加線路和設(shè)備使用壽命。
圖片
一般而言，傳統(tǒng)光儲(chǔ)電站采用的技術(shù)是“被動(dòng)”的，即電站建設(shè)完成就幾乎處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，光伏發(fā)電的曲線也被動(dòng)地隨著太陽(yáng)能資源的波動(dòng)呈正態(tài)分布。因此，這也引發(fā)了一系列問題，例如受到太陽(yáng)照射角度、天氣等影響，光儲(chǔ)隨機(jī)性大、波動(dòng)性高等。
在這樣的背景下，隨著近幾年數(shù)字化、人工智能技術(shù)的應(yīng)用，光伏跟蹤系統(tǒng)逐漸成為全球光伏電站建設(shè)的普遍選擇。光伏跟蹤系統(tǒng)，顧名思義就是可以自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)并提高總體發(fā)電量的光伏系統(tǒng)，它可以實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，并通過機(jī)械、電氣、電子電路及程序等手段，調(diào)整光伏組件平面的空間角度，讓太陽(yáng)光直接照射光伏陣列，以此增加光伏陣列接收到的太陽(yáng)輻射量，提高太陽(yáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體發(fā)電量。在它的幫助下，新型的光伏電站改變了傳統(tǒng)光儲(chǔ)電站只能被動(dòng)、固定接收光的模式，通過跟蹤支架驅(qū)動(dòng)光伏組件，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)“追著”太陽(yáng)跑，以獲取最大的發(fā)電量。
其中，光伏支架被業(yè)內(nèi)人士稱為光伏電站的“骨骼”，它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中為了支撐、固定、轉(zhuǎn)動(dòng)光伏組件而設(shè)計(jì)安裝的特殊結(jié)構(gòu)件。按能否跟蹤太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)分為固定支架和跟蹤支架。
結(jié)束光伏系統(tǒng)發(fā)電的“被動(dòng)時(shí)代”
近年來，在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，我國(guó)相繼出臺(tái)了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》等一系列政策。2022年12月，國(guó)家能源局印發(fā)《光伏電站開發(fā)建設(shè)管理辦法》，規(guī)范了光伏電站的開發(fā)建設(shè)秩序，充分調(diào)動(dòng)各方積極性，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)光伏電站行業(yè)的健康有序發(fā)展。
這樣看來，光伏跟蹤系統(tǒng)的問世有跡可循。此前工信部發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，能源電子產(chǎn)業(yè)作為一種新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展目標(biāo)和重點(diǎn)發(fā)展方向被首次正式明確。儲(chǔ)能成為能源電子產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。文件提出要擴(kuò)大光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能、新能源微電網(wǎng)等智能化多樣化產(chǎn)品和服務(wù)供給，包括提升太陽(yáng)能光伏和新型儲(chǔ)能電池供給能力，鼓勵(lì)開發(fā)安全便捷的戶用智能光伏系統(tǒng)，鼓勵(lì)發(fā)展光伏充電寶、穿戴裝備、交通工具等移動(dòng)能源產(chǎn)品；開展多元化“智能光伏+新型儲(chǔ)能”試點(diǎn)示范，培育一批國(guó)家級(jí)智能光伏示范項(xiàng)目等。
而搭載光伏跟蹤系統(tǒng)的新型光儲(chǔ)電站，則是在眾多政策條文指引下的一次成功實(shí)踐。那么，它又具有哪些優(yōu)點(diǎn)？具體而言，光伏跟蹤系統(tǒng)可以提高太陽(yáng)能利用率、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率，同時(shí)還有其他許多優(yōu)勢(shì)，比如：利用跟蹤技術(shù)讓太陽(yáng)能板可以隨時(shí)調(diào)整角度，使電站不容易受到災(zāi)害天氣的影響；有利于與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合得更緊密，在山地、池塘、荒地等環(huán)境下可以靈活運(yùn)轉(zhuǎn)；可以安裝在農(nóng)光、漁光互補(bǔ)系統(tǒng)，達(dá)成農(nóng)業(yè)、魚塘與光伏的互補(bǔ)，在土地資源有限的情況下，實(shí)現(xiàn)業(yè)主收益的最大化。
光伏跟蹤系統(tǒng)的出現(xiàn)結(jié)束了光伏系統(tǒng)發(fā)電的被動(dòng)性。相較采用普通固定支架的光儲(chǔ)電站，新一代光儲(chǔ)電站能夠有效地提升電力系統(tǒng)發(fā)電量15%—20%，同時(shí)使得光伏發(fā)電全天曲線更加平滑，降低用電成本，帶來更高收益。
未來能源高質(zhì)量發(fā)展最有效的技術(shù)方案之一
數(shù)據(jù)的變化更能直觀地看出固定安裝的光伏系統(tǒng)與光伏跟蹤系統(tǒng)的對(duì)比。通過跟蹤太陽(yáng)方位，采用光伏跟蹤系統(tǒng)，能使光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力提高10%~35%，發(fā)電成本下降2%~5%。
目前，我國(guó)光伏跟蹤系統(tǒng)主要應(yīng)用于：
通訊基站發(fā)電，邊防哨卡發(fā)電，偏遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)電，屋頂、庭院發(fā)電，公共事業(yè)照明，企業(yè)廠礦單位用電，工業(yè)化并網(wǎng)發(fā)電，離網(wǎng)光伏發(fā)電等領(lǐng)域。
而針對(duì)當(dāng)前快速發(fā)展的新能源汽車領(lǐng)域，新一代光儲(chǔ)電站可助力城市快速充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在充電高峰期通過儲(chǔ)能和市電一起為新能源汽車充電站供電，解決部分新能源汽車充電站電容量不足的問題，滿足高峰期用電需求，既實(shí)現(xiàn)了削峰填谷，又節(jié)省了配電增容費(fèi)用，還增加了新能源的消納，彌補(bǔ)了太陽(yáng)能發(fā)電不連續(xù)的不足。
不過，搭載光伏跟蹤系統(tǒng)的新一代光儲(chǔ)電站不是只有“跟蹤”這一項(xiàng)本領(lǐng)。由于它采用的是集成式智能技術(shù)，可以自動(dòng)檢測(cè)和優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，根據(jù)不同的客戶需求，采用不同的調(diào)度策略，不斷優(yōu)化電力的調(diào)度和分配，從而提高能源的利用效率。
綜合光伏跟蹤系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，專家預(yù)測(cè)，它將成為未來能源高質(zhì)量發(fā)展最直接，最有效的技術(shù)方案之一。數(shù)據(jù)也顯示，2021年全球跟蹤系統(tǒng)新增裝機(jī)達(dá)54.5GW，滲透率持續(xù)提升。從跟蹤系統(tǒng)裝機(jī)的區(qū)域市場(chǎng)占比情況來看，南美、中東和歐洲市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，美國(guó)仍為第一大市場(chǎng)，2021年，美國(guó)、拉丁美洲、亞太和歐洲為前四大市場(chǎng)，占比分別為47.3%、19.0%、13.5%和13.2%，其中，歐洲、拉美等市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。其他市場(chǎng)來看，中東和非洲市場(chǎng)在2021年也呈現(xiàn)顯著增量。
隨著全球碳中和持續(xù)推進(jìn)，新增光伏裝機(jī)有望穩(wěn)步提升，且跟蹤支架在經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)使得其在大型地面電站中的滲透率有望加速提升，趨勢(shì)明確，根據(jù)預(yù)測(cè)，2025年，全球跟蹤系統(tǒng)新增裝機(jī)將達(dá)到187GW，4年CAGR達(dá)41%。2025年全球跟蹤系統(tǒng)市場(chǎng)空間達(dá)801億元，4年CAGR近34%。專家總結(jié)，目前我國(guó)跟蹤系統(tǒng)企業(yè)在成本和創(chuàng)新技術(shù)上兼具競(jìng)爭(zhēng)力，正加快海外市場(chǎng)開拓，有望實(shí)現(xiàn)全球市占率提升。
