光伏支架位于光伏產業鏈中游，主要包括固定支架和跟蹤支架兩大類。固定支架進入門檻低、毛利率低且產品同質化嚴重。在光伏平價上網的背景下，以往更關注設備投資、固定支架占主導（即“每瓦成本”）的時代，必將向更關注投資回報、跟蹤支架占主導（即“每度成本”）的時代轉變。對于跟蹤支架而言，由于其包括控制器、驅動及傳動機構、鋼結構等，屬于一個自成體系的機電控制系統。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，當前市場上主要以平單軸為主。

由于支架所處工作環境惡劣，對各部分機構的可靠性要求很高。相對于固定支架而言，跟蹤支架有不同程度的發電量增益：以平單軸為例，大約提升10%~20%（不同緯度地區有差異）。放眼全球，跟蹤支架已經在國外大量的光伏電站中得到應用：2019年，全球光伏新增裝機容量為114.9GW，跟蹤支架出貨量35GW，占比30.5%。而國內市場沒有發育成熟，跟蹤支架的占比較低：2016年以前，跟蹤支架占比不足2%；2019年，我國光伏新增并網容量30.1GW，跟蹤支架占比16%。隨著光伏發電的日趨成熟以及平價時代的到來，可以預測跟蹤支架在國內外的占比均會繼續上升，后續仍有較大的增長空間。

跟蹤支架產品現狀

相較于傳統支架，跟蹤支架可以將電站發電量提升15%-25%。近年來，為應對產業鏈、土地價格上漲等因素導致電站成本不斷上升的困局，經濟性更優的跟蹤支架接受度不斷提升。據不完全統計，至少17家企業同步展出跟蹤支架系統產品。其中包括中信博、天合跟蹤、國強興晟、邁貝特、國瑞能等，跟蹤產品已然成為企業的重磅拳頭產品。

就跟蹤支架而言，依托于智能跟蹤算法模型，可準確計算出系統最佳傾角，實時規避陣列間陰影，減少因遮擋帶來的發電損失。實現更優發電效果的同時，還兼具監控診斷及數據分析功能，實時遠程監控全站設備，出現故障自動識別、自動保護、自動報警，最大程度降低運營維護成本，達成人機互聯。

跟蹤支架產品特點

光伏跟蹤支架由控制器（一般內部同時集成控制算法）、電機和傳動機構、鋼結構支架組成，其大致邏輯關系如圖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和氣候信息到控制角度的轉換；控制器實現角度信號到電機控制電流的轉換，同時完成無線通訊、鋰電池充電和接收傳感器信號的功能；電機和傳動機構是跟蹤運動的執行部件；鋼結構支架實現抗風和抗震的功能，同時承載光伏組件。

1、總體排布

目前主流支架企業中，支架總體排布主要有縱向擴展（多排聯動）和橫向擴展（單排獨立控制）兩大技術流派，如圖2所示。

兩種技術流派的優缺點如下：

1）縱向擴展的優勢是動力源少、成本低，劣勢是現場人員及清洗機器人的通過性差，抗沉降性稍弱。典型代表企業是美國的AR R AYTechnologies，國內企業如中信博的早期產品，也曾采用此技術路線。

2）橫向擴展的優勢是通過性及對地面適應性好，劣勢是驅動源較多、成本稍高。目前全球跟蹤支架出貨量排名前列的企業，大多采用此技術路線，如國外的NEXTracker、Soltec、PVHardware、Ncalve、IDEEMATEC以及國內的中信博、金山太陽能等。

2、控制器

光伏跟蹤支架的控制器由信號輸入模塊、電源管理模塊、邏輯控制模塊、驅動電路模塊以及無線通信模塊組成，需要實現時控跟蹤角度調整、GPS校準、電機驅動、聯機組網（RS485，Zigbee，LoRa）、風雪保護等功能。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間信息使得組件實時正對太陽。此外，考慮到早晚太陽入射角度較小，可能會造成陣列間的遮擋，主流的控制算法都輔助以逆跟蹤算法功能。另外，算法中還會配備一些如風雪保護、雨天自潔和大風保護等功能。

3、主梁結構

對于跟蹤支架，其主梁起到雙向承上啟下的作用，是支架結構的中樞：一方面傳遞扭矩、轉動組件，使跟蹤支架根據控制器的指令實現轉動；另一方面將組件本身及其承受的風、雪等載荷，反向傳遞給立柱。其結構又可以分為單梁（閉口截面）結構和雙梁結構兩種。

兩種主梁結構的優缺點如下：

1）單梁結構在傳遞力矩時，風荷載通過組件傳遞到檁條上，而檁條上荷載以剪力和扭矩形式作用在主橫梁上，結構扭轉固有頻率較低，導致需要較大的大風保護角度。

2）雙梁結構在傳遞力矩時，風荷載通過組件作用在雙梁上，雙梁通過斜梁和斜支撐結構將載荷傳遞給立柱，因為具備較大的機構剛度，大風保護角度可以放置在0°附近，設計風壓較小。

4、傳動裝置

目前廣泛采用的傳動裝置有推桿和回轉器兩種。

兩種常見傳動裝置的優缺點如下：

1）回轉器常采用渦輪蝸桿機構，可以直接扭轉主梁，也可以與鋼絲繩、滾子齒輪配合扭轉主梁，提高負載力臂。性能可靠，使用壽命長，但價格高。

2）推桿一般由一級錐齒輪傳動和絲杠螺母傳動組成，成本較回轉器低一些，可直接推動獨立力臂或雙梁結構。

5、風洞測試及結構計算

對于跟蹤支架產品，除了上述列舉的主要結構以外，風洞測試和結構計算是兩個核心環節。開展風洞試驗主要基于以下考慮：

第一，常用的平單軸跟蹤支架為單自由度（單軸轉動）系統，風荷載作用在轉動軸上形成扭矩。而現有的很多荷載規范里，跟蹤器表面上、下部分壓力系數為同一個數值，無法形成一個扭矩。

第二，目前荷載規范里只使用單一的壓力系數，而每排跟蹤支架由于其在陣列中的位置不同，壓力系數會有差異。使用同一個壓力或者扭矩系數設計所有的跟蹤支架，并不符合實際情況。在設計時，對外圍跟蹤支架，需要考慮更大的風壓，而對于內圍跟蹤支架，需要考慮的風壓可以減小，以降低成本。

第三，**風致振動會嚴重破壞跟蹤支架。**僅通過固有頻率評判系統抗風振性能已不足以滿足需求。大風情況下，組件平放，即傾斜角度0°往往是十分危險的，是不穩定的氣動外形。業內頭部企業如NEXTracker、ARRAY Technologies、Soltec和中信博，都通過風洞試驗來確定大風條件下的組件穩定傾斜角度。通過風洞測試，一方面可以獲得跟蹤支架的靜態風荷載壓力及扭矩系數；另一方面，分析跟蹤支架的動態風荷載響應，對于結構可靠性和成本優化均有十分重要的意義。另外，進行風洞測試也是很多國外項目中業主的強制性要求。而且，在跟蹤支架設計之初就進行相關風洞實驗工作，也已成為行業內的共識。

對于跟蹤支架，鋼結構計算也是其研發的核心工作之一，它直接決定產品是否安全、是否符合國內外標準、是否能通過項目的第三方審核等。另外，鋼結構計算也決定了系統的成本，且需結合風洞試驗數據，盡可能優化系統的用鋼量。

由于跟蹤支架行業成本競爭十分激烈，每一個項目都需要進行用鋼量優化。所以，鋼結構計算往往并不是針對某一特定型號的跟蹤器產品，而是針對不同的項目進行計算。

跟蹤支架發展趨勢

如今，光伏跟蹤支架正朝著雙排組件豎放（2P）方向發展，以盡可能降低成本。但是，現有市場上的主流產品仍以單排組件豎放（1P）為主，1P和2P何種會最終占據市場主導地位，目前尚不明朗，還有待市場檢驗。

結構方面，光伏跟蹤支架逐漸采用多點平行驅動機構，以提高系統的固有頻率，提升抗風性能，從而實現大風保護角度的減小，并降低用鋼量。控制器方面，跟蹤支架制造商應在算法方面投入力量，研究和開發全局最優算法，以產生更多的發電量。**運維方面，無線通訊方式應用越來越普遍，可實現大規模光伏跟蹤支架的集中控制和數據收集，同時減少現場線纜鋪設。**另外，現場快速安裝、盡量減少后期運維工作量、簡單可靠的支架連接件結構等，也是重要的發展方向。

審核編輯：劉清