光伏支架的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益分析

摘 要：本文結(jié)合近年光伏工程建設(shè)實(shí)際，介紹了目前幾種常用的固定和跟蹤式支架形式，并對(duì)各類支架優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析;通過本地區(qū)實(shí)際光伏工程數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)對(duì)比和經(jīng)濟(jì)效益分析;提出不同類型光伏支架相關(guān)設(shè)計(jì)原則和應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：光伏建設(shè);光伏支架;經(jīng)濟(jì)效益分析;技術(shù)對(duì)比

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)、消費(fèi)國之一，煤炭作為我國最主要的一次能源，占一次能源消費(fèi)總量70%以上，同時(shí)也是造成大氣污染及霧霾的主要源頭。在新一輪能源革命背景下，光伏發(fā)電已成為當(dāng)前及未來新能源發(fā)展主要選擇，成為解決我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、根治霧霾主要路徑。建設(shè)大型光伏電站有利于增加可再生能源比例，優(yōu)化系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，且無任何污染，減輕環(huán)保壓力，符合我國能源發(fā)展戰(zhàn)略需要。

1 青海省光伏行業(yè)總體情況

青海省作為我國太陽能資源最豐富的地區(qū)，特別是海西州多年平均太陽輻射量6600MJ/m2，屬1類地區(qū)且電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為完善，非常適合建設(shè)大型光伏電站。在光伏電站建設(shè)中，光伏支架工程量在設(shè)備安裝工程中占比較大，因其量大面廣，因此有必要對(duì)光伏支架的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行深入研究。

2 當(dāng)前光伏支架主要結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)階段光伏電站支架形式主要為固定支架和跟蹤光伏支架。固定光伏支架分最佳傾角固定支架和傾角可調(diào)支架;跟蹤支架又分為平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤、雙軸跟蹤支架。

一天內(nèi)太陽高度角不斷變化，所以光伏陣列傾斜角也要不斷變化，以青海為例，當(dāng)組件傾角為39°，全年日平均太陽總輻射量最大。最佳傾角支架通常選擇全年能接收輻射量最大的某角度;傾角可調(diào)支架是在固定式基礎(chǔ)上，在不同月份對(duì)傾角進(jìn)行調(diào)節(jié)從而提高發(fā)電量。

所謂跟蹤支架是在支架上安裝跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)組件跟隨太陽移動(dòng)調(diào)整高度角和方位角，從而增加發(fā)電量。

根據(jù)近年已建工程調(diào)研數(shù)據(jù)，單軸跟蹤支架可比固定傾角支架多發(fā)電20%。而雙軸跟蹤支架要提高到35%，成本略高于單軸跟蹤支架。如果使用雙面組件，發(fā)電量可再增加10%-15%。不可否認(rèn)跟蹤式支架能帶來20%的增發(fā)電量，但跟蹤支架尤其雙軸跟蹤支架不但占地面積大，而且需傳動(dòng)裝置連續(xù)調(diào)整，易出現(xiàn)故障，需大量人力物力維護(hù)。相反，固定傾角支架特別是傾角可調(diào)支架雖發(fā)電量不及跟蹤支架，但結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)費(fèi)低，安全穩(wěn)定性好，從光伏電站壽命周期看，固定支架仍然作為主流支架形式被廣泛應(yīng)用。

3 固定可調(diào)式光伏支架與固定傾角支架性能對(duì)比

太陽光束與電池板垂直情況下，光伏組件發(fā)電量最大，但是太陽的垂直照射位置是隨時(shí)間而變化的。每年按不同時(shí)段最佳傾角對(duì)支架進(jìn)行固定次數(shù)調(diào)整的一種支架形式。與固定傾角支架比，固定可調(diào)支架可提高發(fā)電量;與跟蹤支架比，固定可調(diào)支架成本及后期維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低，兼顧跟蹤支架可調(diào)功能。

目前固定可調(diào)支架主要有推拉桿式、半圓弧式、千斤頂式。從結(jié)構(gòu)形式可知，前兩種支架調(diào)整角度受螺栓孔數(shù)量控制，而千斤頂固定可調(diào)支架角度可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)次數(shù)可視具體情況增減。

4 固定可調(diào)支架與固定傾角支架主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

4.1 可調(diào)支架安裝方式對(duì)光伏電站建設(shè)成本的影響

以青海省某100MW光伏電站為例，相對(duì)固定支架安裝方式來說，固定可調(diào)支架安裝方式對(duì)電站的造價(jià)成本影響主要表現(xiàn)在支架成本的增加部分、占地面積的增大以及后期運(yùn)維費(fèi)用的增加。

4.1.1 支架造價(jià)成本的增加

根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目資料統(tǒng)計(jì)，固定可調(diào)支架成本比固定支架高0.1元/W，加上前期可研、設(shè)計(jì)費(fèi)用以及相對(duì)固定支架多出的材料部分成本來說，固定可調(diào)支架安裝方式成本增加2%至3%。

4.1.2 用地面積增加的成本

采用固定可調(diào)支架，前后排要留出一定間距，以避免對(duì)陽光的遮擋。以青海地區(qū)為例，固定支架的安裝角度一般為39°左右，光伏組件前后兩排的距離為6.7米，而固定可調(diào)支架一般在冬季的半年角度為60°，這樣前后排的間距就變沉了9.4米，總用地面積比固定支架安裝方式增加了20%。

4.1.3 投產(chǎn)后的運(yùn)維費(fèi)用對(duì)比

采用固定可調(diào)支架每年需對(duì)支架角度調(diào)整4次，以100MW電站為例，每次大約需人工費(fèi)15萬，全年增加人工費(fèi)60萬。

4.2 可調(diào)支架安裝方式對(duì)光伏電站發(fā)電效益的影響

可調(diào)支架的形式較多，且調(diào)節(jié)方法各有不同，因此支架成本與調(diào)節(jié)費(fèi)用也不同。以青海某地100MW光伏電站舉例：

可以看出，一年調(diào)節(jié)4次相比一年調(diào)節(jié)2次發(fā)電量提升幅度最大，為0.73%，其次是一年調(diào)節(jié)6次相比一年調(diào)節(jié)4次發(fā)電量提示0.29%，達(dá)到最佳調(diào)節(jié)次數(shù)以后，再增加調(diào)節(jié)次數(shù)，發(fā)電量提升幅度越來越小。

依據(jù)采用可調(diào)支架測算電站兩種安裝方式下的經(jīng)濟(jì)性。以青海某100MW光伏電站為例，電價(jià)為0.35元/kwh，按照目前電站的單位造價(jià)5元/W計(jì)，100MW建設(shè)投資為5億元。建設(shè)投資中，考慮資本金投入比例為20%，其余采用銀行貸款，貸款期限為15年，貸款利率按照目前銀行長期貸款利率5.145%計(jì)算，建設(shè)期為8個(gè)月，運(yùn)行期第1-20年按上網(wǎng)電價(jià)0.35元/kWh，后5年上網(wǎng)電價(jià)按0.2277元/kWh及滿足貸款償還期15年的條件測算，投資回收期為12.44年（稅后），總投資收益率為3.49%，投資利稅率為2.09%。根據(jù)以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，測算固定傾角和可調(diào)傾角兩種安裝方式下的財(cái)務(wù)效益。

4.2.1 固定支架安裝方式收益率

采用固定傾角，首年滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)為1500h，電池板逐年衰減率按照0.8%計(jì)算。根據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測算出在電價(jià)為0.35元/KWH（稅前）時(shí)，項(xiàng)目全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為5.49%（稅前），資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為5.04（稅后）。

4.2.2 可調(diào)支架安裝方式收益率

采用可調(diào)支架安裝方式，首年滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)按照增加5%計(jì)算，為1575h，系統(tǒng)造價(jià)按照比固定支架系統(tǒng)造價(jià)高2.5%計(jì)算，為5125萬元，每年的可調(diào)支架維護(hù)費(fèi)增加60萬元，可調(diào)支架系統(tǒng)占地面積比固定支架多出20%左右，按照目前100MW固定支架系統(tǒng)的占地面積約為266ha計(jì)算，可調(diào)支架系統(tǒng)占地增加了53ha，如果土地可以通過無償劃撥方式取得，則此部分增加的費(fèi)用可以不計(jì)。項(xiàng)目全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為6.78%（稅前），資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為6.06（稅后）。

由以上分析，采用一年調(diào)整4次的可調(diào)支架安裝方式，比固定支架系統(tǒng)的電站收益率略有增加。由此可見，如果在中低緯度地區(qū)，且土地征用費(fèi)用過高，不建議采用一年調(diào)節(jié)4次的支架。如果在高緯度、高海拔地區(qū)的西部荒漠地區(qū)，土地征用費(fèi)較低，可以考慮采用一年調(diào)節(jié)4次的支架安裝方式。

5 結(jié)論及建議

通過對(duì)多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的調(diào)查分析，對(duì)固定可調(diào)式支架得出如下幾點(diǎn)結(jié)論及建議：

1）光伏電站固定可調(diào)支架保持了固定傾角支架的結(jié)構(gòu)形式，利用三角形的穩(wěn)定原理，發(fā)揮了固定傾角式支架結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，比以往跟蹤式支架維護(hù)更加便利等優(yōu)點(diǎn)。

2）本文對(duì)比了固定支架和可調(diào)支架對(duì)電站經(jīng)濟(jì)效益的影響。在高緯度、高海拔地區(qū)建議采用可調(diào)支架（一年調(diào)整4次）安裝方式，如果土地出讓費(fèi)高，建議采用每年5月和8月進(jìn)行調(diào)節(jié)的可調(diào)支架，在低緯度、低海拔地區(qū)建議采用固定最佳傾角的安裝方式。

總體而言，固定可調(diào)支架具有固定傾角式支架簡單可靠特點(diǎn)，且提高了光伏電站發(fā)電量;同時(shí)固定可調(diào)支架不像跟蹤支架一樣需高昂成本及維護(hù)費(fèi)用，擁有廣闊應(yīng)前景，現(xiàn)有固定可調(diào)式支架在支架結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化、調(diào)節(jié)時(shí)間及次數(shù)方面，都值得進(jìn)一步研究。

作者簡介

韓志雨（1984-），男，漢族，青海省西寧市，本科，華能西寧熱電有限責(zé)任公司，經(jīng)濟(jì)師，研究方向：城市供熱、光伏發(fā)電。