王士涛:“永不停机”的太阳能水平单轴跟踪器
发布时间:2015-04-09    编辑:zhangxiaomin   
本文摘要:今天我演讲的题目叫做"永不停机"的水平单轴跟踪器,只要是跟踪系统你就不能说永远不停下来,所以我这里是有一个引号的。


 
中信博新能源科技(苏州)有限公司首席技术官

 

  非常感谢王老师,同时也感谢组委会给我这样一个机会,跟在座的各位嘉宾和同行做一个交流。今天我演讲的题目叫做"永不停机"的水平单轴跟踪器,只要是跟踪系统你就不能说永远不停下来,所以我这里是有一个引号的。
 
  汇报的内容主要分为四个方面,应该说跟踪系统是一个完整的机电一体化的一个系统,并不是一个简单的部件。所以我们对于一个跟踪系统的评估和分析,从我个人的角度来看应该和我们去做一个光伏电站是很接近的。作为一个系统设计可以把它分为四个步骤,第一是对系统或者说你的跟踪系统做相关的定义和设计。这个设计决定了整个跟踪系统的整体方案和未来的所有的技术指标。当然你有好的设计,在整个生产制造和采购以及使用的环节当中必须要采用和你设计相匹配的零部件和相关品质要求的产品,这样设备的选型和质量的控制就决定了系统稳定性的基础。但是你有了这样两个基础之后,如果在安装调试过程当中并不能满足这样一个系统的稳定应用,未来也会出现相应的可靠性问题。第四,刚才我讲了作为跟踪系统很多人都会讲到你的稳定性如何,这样一个号称永不停机的跟踪系统也难免涉及到后期的运营维护,所以后期运营维护对于电站系统运行的效果来说都是非常关键的。总结一句话,跟踪器是一个系统,需要从系统的层面去考虑产品的设计和使用。
 
  首先从设计开始。说起设计就离不开研发团队和你的设计团队,中信博有一个专业的做太阳能跟踪研发系统的团队,设计团队有30多个人,技术、运营维护和安装指导有十多个人专业的技术支撑团队,我本人也是代表咱们国家去制定国际IEC跟踪器标准的。在前一段PVQAT组织当中我们也是出任组长的工作,同时在整个产品设计制造过程当中我们严格的去遵守IEC相关的标准,当然昨天我们也有探讨过在结构方面也要深入的去考虑和建筑以及和基础方面的结合。另外我们也相应的参与到跟踪器联盟和国标的制定当中去。
 
  有了这样的研发和设计团队我们设计的产品是什么样的?应该说作为研发团队我们要做的重要工作就是不断的去创新,追求卓越的产品。我们通过自己的设计和优化设计出世界第一个提出在跟踪系统当中采用冗余设计的这样一个产品,使得跟踪器的产品在设计层面就能达到一个比较高的稳定度,一步一个脚印,一步一个台阶让整个跟踪系统走向永不停机而努力。
 
  左下角是我们最早的跟踪器联动系统的控制方法和传统方法,单个联动系统单个控制系统,后来我们将所有的传动系统作为两个。这样两个系统当中如何把它很好的切换,自动的切换,这就是我们的第三代关键的核心部件去把它做到冗余备份。
 
  这是一个典型的平单轴跟踪系统的结构示意图,可以看到这样一个系统标准的容量是250千瓦,东西、南北方向分别可以布置不同的组件和单元数,总的组件数量可以在1000个组件左右,当然可以根据不同的地形和要求做相应的调整和微缩,产品的覆盖层面有50千瓦,100到300千瓦,和刚才提到的比较小型的。
 
  我们在之前平单轴的图片当中,王老师的PPT当中已经看到,在平单轴的图片当中把组件放到倾斜角度,跟踪方式是跟水平轴的跟踪方式是一样的,但是可以达到相同地区不同季节变化高度角,类似于斜单轴的效果。这是一个很重要的产品设计,提高系统稳定性实现的思路,可以讲为什么我们说这样一个跟踪系统号称永不停机或者说维护量非常少?是因为我们高可靠性世界首创的冗余设计。这种冗余设计不但在相应的电机、控制的CPU上,同时在核心的零部件上也都是一主一备,主用的设备发生失效的情况下自动的启动备份系统,来保证系统的稳定性。这样一套系统有一定的容量,可以把每一瓦的成本分摊下来,这使得我们有更强的竞争力。同时一个产品设计出来要有相关的实验和认证去保证它可以长期的稳定运行,我们的跟踪系统不但在自己的机械结构和控制部分符合和采用了IEC相关的检测和认证方法,同时向组件本身的测试上去靠拢,对风压、雪压的要求。
 
  这样一套平单轴的跟踪器不仅是一个跟踪器,而是一个跟踪器的平台,可以在上面实现平单轴跟踪,也可以是先有一定倾角的,类似于斜单角的跟踪方式。所以一个平台实现不同的系统需求,在客户使用和我本身产品控制,质量控制、成本下降、研发不断提高和深化上都有巨大的意义。同时我们每一套跟踪系统有一套容量去完成智能化相对比较容易,需要检测和需要控制的监控点就相对少一点。多种的控制模式,发电量增加的时候,早晨太阳刚刚升起的时候,如果把组件完全对准它,或者运转到你的极限位置,就是所谓的向东向西的极限位置,这个时候是有阴影遮挡的,而且阴影的遮挡是非常严重的,这个时候如果采用被跟踪的方式,就是倒着转,太阳刚刚生出地平面的时候,平单轴是放平的。当太阳从东向西运转的时候,跟踪系统在初期是从水平方向是东运转的,而并不是从东向西运转,早晨先停在东边。这种被跟踪的方式下午同样适用,下午太阳落山,两边产生阴影遮挡的时候又开始倒着转,这样发电量的提升可以在5%-8%。可以看到很多以前的跟踪系统没有这样的控制方式,它的发电量增加并不能达到我们的预期,并不是做不到,而是你要考虑阴影的影响。当然还有雨天的清洗模式,雪天大风放平等等。
 
  作为一个系统你有这样的设计生产制造不出来也是没有用的,所以关键核心部件的选择也是非常关键的。这是我们跟踪器控制器内部,可以看到核心的部件包括空开,包括滤波等等,我们都采用世界顶级的产品来保障我们产品的品质。当然了我们的控制器采用的是双CPU,就是我们原来所讲的有双核的CPU一主一备的自动切换。中信博在生产制造方面有很强的生产制造能力,有两个生产基地,一个是昆山,一个在常州,生产的厂房有接近9万平方米,3GW的各种支架年产能。
 
  我们现在在做相关的跟踪器使用制造过程中,核心的高精尖技术是由机器人控制的,这样保证生产制造的一致性,当然也为了考虑我们自己生产成本的下降,因为机器人的焊接可以降低很多人工成本,又可以控制质量。因为中信博本身主要的工艺是做固定式支架起家的,可以看到我们有几十条固定支架自动化的生产线,同时又自己的热镀锌厂,在常州可以将自己的产品品质控制控制的比较严格。整个品质控制是贯穿整个生产环节,从生产制造的计划开始到最后的出货订单,因为我们也出口很多。
 
  你有这样的产品设计出来、生产制造出来,到现场安装调试达不到效果,就跟光伏电站有好的设计买了好的部件但是安装达不到水准也是达不到最后的PR。我们的安装调试在现场是比较便捷的,冗余度也是比较大的,高度只有1.2米,安装速度非常快。同时对土地的适用性也是非常关键的,因为现在很多电站都要求保持原有的地貌,所以我们是可以不落地来完成的。
 
  当然作为一个跟踪系统一定要考虑它的运行和维护,这跟光伏电站长期运行是一样的。我们有专业的技术服务团队,包括海内外的,不单单是可以做国内的支持,因为我们本身在海外也做了很多跟踪器的项目。在初期我们可以辅助业主做相关的布置,设计仿真,投资回报率的初步计算,当然现场的安装指导调试,后期的问题诊断和回访也是必不可少的。
 
  这是一个典型的平单轴的发电曲线。如果直流侧装的比较多,在中午可能要求你要限电。平单轴是比固定式的发电量要低的,因为中午的时候它实际上是低下来的,早晚发电量比较多,这样在整个直流侧装机容量可以进一步的加大,因为之前有很多设计交流侧差不多逆变器配8个兆瓦,但直流侧要配接近11.5个兆瓦的晶硅组件。西部地区平单轴发电量大部分可以达到13到15,倾斜放置可以更多20到25。
 
  这是我们相关工程的案例,希腊8个兆瓦,印度4个兆瓦,我们国家目前装机容量不是很大,但是近期我们刚刚中标了黄河水电20兆瓦的跟踪活动,5月底就应该并网。
 
  我们在全世界各个国家都有相关的项目在运行,所以有常年的运行数据和经验,我们也吃过很多苦头,也遇到了很多问题,这些经验是非常宝贵的,值得我们去考量哪些节点是非常关键的。
 
  谢谢大家!
 

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