目录

图列表 2

执行摘要 4

1引言 4

1.1目的 4

1.2背景 4

2结果与建议 5

2.1扩展的控制器和驱动能力 5

2.1.1控制器改进背景 5

2.1.2驱动器改进背景 8

2.2扩展结构设计研究 13

2.2.1 T20设计努力 13

2.2.2负荷评估 22

2.2.3 T20演示 29

2.3规格制定 35

2.3.1安装手册 35

2.3.2环境影响 38

2.4系统设计工具 38

2.4.1成本评估 38

2.4.1绩效评估 43

3致谢 50

图列表

附图列表图1：T0接地系统安装，包括两个驱动单元........................... 6

图2：原型T20跟踪器安装在加利福尼亚州圣荷西......................... 9

图3：T20预制地基在现场安装....... ................................... 13

图4：连接多个T20单元的驱动支柱..... ........................................... 14

图5：伸缩腿允许用于高效堆叠运输和快速安装.......................................... .......................................... 14

图6：PV安装硬件和剪辑................................................. ........... 15

图7：两个支柱中的一个，用于保护PV与驱动支柱碰撞................. 16

图8：T20盒装载在交货地点.............................................. ......... 16

图9：T20跟踪系统的比例模型............................... ......................... 20

图10：风洞中的T20比例模型阵列。阵列安装在旋转台上，以方便在多个方向上进行风测试............................ 20

图11.样机系统................................................. ................................. 25

图12：附有PV的原型系统................................................ 26

图13：原型装运盒.............................................

图14：安装的原型系统...................... ............................................. 28

图15： 10单元演示系统的阵列布局....................................... 29

图16 ：安装基础............................................... .............................. 30

图17：10单位示范装置........... ................................................ 31

图18：相对BOS成本比较............................................ ................. 42

图19：没有回溯的阴影分析示例........................ ............ 43

图20：带回溯的阴影分析示例............................. ............ 43

图21：T20产品在三个位置的性能...........................

.图22：9月1日至26日在加利福尼亚州圣何塞的阵列辐照度的测量和TMY2平面。 .................................................

图23：9月1日至26日在加利福尼亚州圣荷西测量和TMY2环境温度.......... ................................................. ............................. 46

图24：使用典型TMY2天气数据的测量功率和PVGrid计算功率..... ................................................. ......................... 47

表列表

表1：为跟踪器结构评估的负载效应........... .................... 21

抽象

在这个光伏制造研发分包合同中，Shingleton Design LLC通过开发一个新的模块化倾斜跟踪器，在跟踪器技术的改进方面取得了重大进展。与SunPower公司合作，Shingleton Design基于现有的MaxTracker技术平台（T0）开发下一代跟踪器技术，提高能量捕获，提高可靠性和扩展部署能力。项目团队专注于新结构设计的开发，重点是工厂装配，模块化设计和快速部署。对控制器和驱动器子组件的改进进一步提高了跟踪器性能。设计和成本分析工具的额外开发使得该产品的商业化成为可能。相对于T0技术，当以性能为基础进行评估时，该第一代T20平台提供5-10％增加的能量生产潜力，成本降低5-6％。通过该分包合同开发的T20技术代表了针对公用事业规模的商业设施的光伏系统技术的重大发展。

执行摘要

2006年，Shingleton Design LLC开始在NREL分包合同号ZAX-6- 33628-09的光伏制造研发计划中开发下一代跟踪器技术。 Shingleton Design与SunPower公司合作，使用模块化单元平台开发了单轴倾斜跟踪器。这种设计代表了PV跟踪系统发展的下一步，在竞争的系统平衡成本下提供更高的能量生产。该工作的重点是降低单轴跟踪太阳能系统用于公用事业和其他大规模商业应用所产生的电力的总成本。开发工厂组装的模块化跟踪器，同时利用现有技术的优势，提高了性能和可靠性，减少了安装时间，成本和环境影响。下一代结构设计基于模块化单元，旋转轴从水平方向倾斜20度。通过结合倾斜轴，系统经历更高的直接太阳辐射，因此当与水平系统相比时产生更多的输出。此外，新的设计功能使系统能够更容忍可变地形。这些改进导致更高的市场渗透潜力，因为潜在增加5-10％的能源生产和减少现场准备要求。通过SunPower公司，系统，新的T20跟踪器通过小型原型安装，然后在商业规模安装。根据对该装置的初步评估，T20的年度$ / kWh成本预计比T0低5％-6％。鉴于第一代技术的降低成本的潜力，这些结果表明，在实现电网平价的同时实现了明显的进步，同时实现了国内光伏基础设施的扩展。

1引言

1.1目的

本分包合同的总体目标是通过提高性能和可靠性，减少安装时间，成本和减少安装时间，降低单轴跟踪太阳能系统对公用事业和其他大型商业应用产生的总电力成本。对环境造成的影响。

1.2背景

1999年，Shingleton Design，LLC开发并推出了MaxTracker光伏跟踪系统（T0） - 一个具有低成本和高可靠性潜力的单轴跟踪器。与以前的跟踪技术相比，这个平台代表了跟踪技术的重大发展。虽然单轴跟踪器在20世纪80年代初进入光伏市场，但由于成本和可靠性问题，这些技术的市场渗透率相对较小。 T0平台使用一个简单的机械连接，通过单个电机/驱动器/控制器组件跟踪250 kW以上的PV。这种简化的设计导致以与固定阵列相似的成本获得更高的能量。随着能源生产提高15％至35％的潜力，采用成本效益高的跟踪技术促进了公用事业规模的光伏系统的发展。自从投放市场以来，全球已安装了超过110兆瓦的T0跟踪器。虽然T0产品是领先的单轴跟踪器技术，但在设计，安装和成本方面的重大改进机会导致了新的倾斜跟踪器的开发。这种下一代技术利用T0技术的优势，同时提高能源生产，促进快速部署，并通过工厂控制的QA / QC实现可靠性改进。通过执行以下任务进行下一代跟踪器的开发：

bull;扩展的控制器和驱动能力

bull;扩展的结构设计研究

bull;规范开发

bull;系统设计工具

这些任务的成功执行导致了下一代跟踪器技术的开发和初始部署，与现有技术相比，具有竞争力的成本， 在分包合同开始时。

2结果与建议

2.1扩展的控制器和驱动能力

此任务的目标是优化控制器板，驱动器硬件和软件接口，以简化工厂集成，校准和现场安装活动为目标。

2.1.1控制器改进背景

本分包合同下的任务

1最初的范围是为单轴跟踪系统开发改进的控制器。由于该分包合同的提案和授予之间的滞后，最初建议的控制器基本上是在单独的资金下开发的。根据NREL分包合同，项目团队确定了几项针对提高性能和可靠性的改进。根据本分包合同的总体目标，这些改进是作为本分包合同的一部分进行的。

以下部分描述了根据该分包合同迄今为止针对单轴控制器所进行的改进。为了为这项工作提供一个适当的上下文，还包括了整个控制器设计的简要描述。现有的控制器平台控制系统包括控制计算机和支持电路，以及由马达和线性致动器组成的驱动单元。这些部件连同位置和时间反馈传感器协同工作以设置PV阵列的角度，以最大化在任何特定时间和日期收集的太阳能。因为太阳的位置仅仅是时间，日期和位置的函数，所以开环系统可以用于计算跟踪角度，而不是依赖于传感器来跟踪太阳。以下是改进控制器的总体设计目标：

bull;现成组件：与现有系统不同，在此项目下开发的控制器仅由工业现货组件组成。这种方法使设计团队能够利用现有技术的成本结构，可靠性和性能，同时减少设计时间和资源使用。定制解决方案也不可能产生足够的体积以产生显着降低成本所需的规模经济。在改进的控制器中使用的现成控制器组件的示例包括工业可编程逻辑控制器（PLC），变频驱动器（VFD），加速度计和全球定位系统（GPS）接收器。

bull;GPS技术：市场上可用的GPS功能被并入控制器，主要用于访问嵌入在GPS系统中的实时时钟信号。包括GPS接收器的第二个同样重要的优点是，通常被配置为系统调试的一部分的系统位置由系统自动捕获，因此减少配置时间并消除配置错误的可能性。

bull;配置软件接口：作为改进系统调试过程的一部分，开发了一个改进的控制器用户界面。 该系统可以在任何Windows计算机上运行，但通常由现场技术人员在笔记本电脑上使用。

改进的控制器最初被提议包括网络接口，其将允许在网络连接可用的情况下远程访问系统。 在详细的成本/效益分析之后，确定在给定其提供的功能的情况下，在每个控制器上包括网络接口的成本太高。 这种接口所需的组件包括网络接口卡，光纤收发器和电缆，这将使控制器的成本增加至少30％。 作为回报，每个控制器在线可用于远程诊断。 鉴于该系统也被设计为高可靠性，独立运行，增加的成本被认为是不合理的。

现有控制系统组件

三菱可编程逻辑控制器

基于控制系统所需的特征，对于要采用的处理单元类型有几种选择。 这些范围从工业PC到定制嵌入式控制器。 考虑到使用高可靠性，现成组件的

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