王敏杰（John Smart）
光伏跟蹤器設(shè)計師，畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)航天工程系，飛行器動力工程專業(yè)。有著近7年的國際跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，曾參與主持多個跟蹤器的產(chǎn)品設(shè)計和計算校核?，F(xiàn)就職于一家國內(nèi)跟蹤器公司，任海外項目設(shè)計總工程師崗位。個人運營微信公眾號：小樹洞談光伏支架。不定期分享關(guān)于跟蹤器的技術(shù)文章。
本文僅代表受訪者個人觀點。
Q1：跟蹤支架從2009年的興起到2013年左右低潮，到近兩年又開始上升，你覺得主要原因是什么？
A1:
先講下跟蹤器的興起。
由于我工作的方向一直都是國際市場，所以對跟蹤器的研究和關(guān)注的方向也都在海外。
國際上在2013年之前，主要市場還是一些歐盟國家，而且大部分使用的也是雙軸跟蹤器以及小部分聯(lián)動平單軸跟蹤器。
跟蹤器真正開始爆發(fā)應(yīng)該是從2014年開始。
當(dāng)時的跟蹤系統(tǒng)經(jīng)過各個廠家多年的研究和技術(shù)積累，系統(tǒng)可靠性和設(shè)計理論都比較成熟，已經(jīng)具備了大面積使用的能力，并且越來越多的客戶發(fā)現(xiàn)，采用跟蹤系統(tǒng)，雖然在前期需要投入較高的資本，但是回報非常可觀。也是從那時起，市場開始慢慢從傳統(tǒng)的固定支架向跟蹤器進行轉(zhuǎn)變，各家跟蹤器廠家也如雨后春筍般紛紛進入了市場。
如今，跟蹤器已經(jīng)遍布世界各地，根據(jù)GTM最新的數(shù)據(jù)分析，美國及澳洲市場跟蹤器占有率在地面電站中已經(jīng)達到80~90%，在全球總安裝量占比20%左右，而且這個數(shù)字每一年都在加速上升，很顯然，跟蹤器已經(jīng)成為了未來地面光伏電站的趨勢。
上圖：跟蹤器占全球的比例逐年上升（來源：WoodMackenzie Power & Renewables）
Q2:國內(nèi)跟蹤支架的技術(shù)水平怎么樣？對標國外有哪些差距？
A2:
我每年SNEC展會都會去各個展館逛逛，看看又有什么新的進展。
其實對于支架結(jié)構(gòu)這種東西，基本上看個主要零件和節(jié)點的設(shè)計就能對設(shè)計師的實力估摸個大概?？偟膩碚f，國際上的對手技術(shù)實力都很強，技術(shù)領(lǐng)域的競爭環(huán)境相比國內(nèi)更加惡劣。
我總結(jié)目前市場上的跟蹤器大致可以分成三個階段：
1.原始階段，只實現(xiàn)了跟蹤器的基本功能，就是從東到西跟蹤太陽。結(jié)構(gòu)以中國的建筑荷載規(guī)范進行計算，基本上只考慮了靜態(tài)荷載。
2.開拓階段，實現(xiàn)了基本功能后，了解了跟蹤器的受力形式，比如風(fēng)導(dǎo)致的扭矩，并能運用風(fēng)洞報告對主要零件進行設(shè)計計算。
3.完善階段，這個階段需要對跟蹤器進行詳細的測試，總結(jié)大量的項目所帶來的經(jīng)驗，并對各個細節(jié)不停的設(shè)計迭代，不停的查漏補缺，升級改造。
國際上排名前列的跟蹤器公司，以歐美公司為主。他們大都在前期研發(fā)上投入了大量的人力和物力，基本上都已經(jīng)進入第三階段。這也是他們能成為國際排名前列公司的原因。
但是反觀國內(nèi)的廠家，停留在第二，甚至第一階段的還是比較多的。
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當(dāng)你處在國際的競爭環(huán)境中時，往往比拼的不僅僅是你的價格，更多的是要求跟蹤器廠家一整套完善的管理體系，研發(fā)體系，以及對各類技術(shù)領(lǐng)域的掌握能力。
跟蹤器需要結(jié)合了多個專業(yè)知識，目前遇到高頻技術(shù)問題比如：
-對模態(tài)，振型，頻率，阻尼比的換算推導(dǎo)
-靜態(tài)、動態(tài)（DAF）、穩(wěn)定性、氣彈風(fēng)洞測試
-對動態(tài)風(fēng)荷載和氣動彈性穩(wěn)定性的理解和計算導(dǎo)入
-對當(dāng)?shù)貒液奢d規(guī)范和鋼構(gòu)規(guī)范的熟悉程度
-對零部件，包括每一個焊縫，每一顆緊固件的校核
-對樁基基礎(chǔ)的測試以及計算
-對接觸腐蝕，大氣腐蝕，土壤腐蝕的解決方案
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這些問題不僅需要全面的理論計算作為基礎(chǔ)，還需要第三方來審核這類計算。可以說相對于國內(nèi)，國際上的要求更高也更細，加上國際上對中國產(chǎn)品的誤解，作為中國廠家，想成功的走出去確實也更艱難。
Q3:跟蹤支架的設(shè)計與固定式支架相比，主要不同是什么？
A3:
我想你問的主要是在結(jié)構(gòu)上的比較。
對于光伏支架結(jié)構(gòu)來說，設(shè)計主要考慮三種情況：抗拉，抗彎（抗壓P-Delta效應(yīng)），抗扭。
這三種情況的設(shè)計難度遞增，或者說同一個零部件，抵抗這三種力的能力逐級遞減。
固定支架除了部分要考慮抗彎扭轉(zhuǎn)屈曲外，一般都只需要解決前兩種力。
而跟蹤器結(jié)構(gòu)，由于其需要有一個轉(zhuǎn)軸來轉(zhuǎn)動，所以還需要額外抵風(fēng)，雪和自重對轉(zhuǎn)軸帶來的扭矩。
跟蹤器的運動主要受三個控制方程組來約束，主軸扭轉(zhuǎn)，主軸擺動，立柱擺動。而所有的跟蹤器設(shè)計問題，基本上都集中在這個主軸扭轉(zhuǎn)運動方程上。
上圖：跟蹤器扭轉(zhuǎn)運動控制方程
因為轉(zhuǎn)軸往往很長，而且剛性不足，導(dǎo)致其基本頻率很低。
我們知道風(fēng)對跟蹤器會產(chǎn)生扭矩，一旦跟蹤器受到一個初始的外界扭矩，就會不停進行往復(fù)運動，當(dāng)這個外界扭矩出現(xiàn)和消失的頻率與扭轉(zhuǎn)運動頻率相同時，就產(chǎn)生了共振。
一般我們認為，當(dāng)光伏支架的第一振型結(jié)構(gòu)頻率小于5Hz時，則必須考慮風(fēng)致共振。而跟蹤器的頻率基本上都是2Hz徘徊，而固定支架往往頻率都比較高，對風(fēng)共振的效應(yīng)不敏感，我想這就是主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計區(qū)別吧。
上圖：扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性仿真（來源：CPP）
Q4:隨著雙面組件的應(yīng)用量加大，跟蹤支架可能會越來越高，對跟蹤支架結(jié)構(gòu)設(shè)計有什么挑戰(zhàn)？
A4:
確實，隨著離地高度的增加，由地面反射到雙面組件背面的太陽輻射就越多，但是也有不同的看法，也就是當(dāng)組件高度大于一定的值后，反射的效率就沒有太大的區(qū)別了。
而且對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，跟蹤器越高，相同大小的力作用到立柱的彎矩就越大，對立柱的要求就越高。
Q5:國內(nèi)主流跟蹤廠家是哪些？各有什么技術(shù)特點？
A5:
這個問題其實比較難回答，因為一直都是和國際上的廠家進行對抗，說實話我對國內(nèi)廠家并不是很熟悉。但是我總體的感覺是，現(xiàn)在國內(nèi)的跟蹤器發(fā)展很快，經(jīng)過各家同行的努力，中國跟蹤器的市場占有率也逐年增加。
下圖是國內(nèi)外主要光伏跟蹤器廠家：
圖：本人整理的國際跟蹤器廠家名錄
（中國廠家未收錄完整，待增加）
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Q6:跟蹤支架能在戶用或者工商業(yè)項目上應(yīng)用嗎？您覺得跟蹤支架后續(xù)的主流應(yīng)用場景是什么樣？
A6:
其實我個人是不太贊成在屋頂上使用跟蹤系統(tǒng)的，主要原因是風(fēng)荷載在屋頂這類建筑物上非常復(fù)雜，不僅會產(chǎn)生劇烈的湍流，而且風(fēng)速變化也很劇烈。在屋頂上的固定支架系統(tǒng)有時都無法抵抗這類風(fēng)荷載，更不用說跟蹤器這類風(fēng)致敏感結(jié)構(gòu)了。
上圖：風(fēng)經(jīng)過屋頂邊緣會產(chǎn)生加速，對屋頂支架產(chǎn)生額外的附加力（來源:CPP）
目前跟蹤器的運用都在于大型的地面電站，現(xiàn)在也出現(xiàn)了越來越多的附加功能，比如新式的跟蹤算法，跟蹤器與雙面組件，跟蹤器與儲能，跟蹤器與清洗機器人等等。
我覺得未來跟蹤器的走向有很多種可能，不限于想象，非常令人期待。
原文始發(fā)于微信公眾號（坎德拉）：做好光伏跟蹤器有多難？專訪行業(yè)專家王敏杰