在日本光伏項目現(xiàn)場實施安裝可調(diào)式支架的技術(shù)研究

徐軍

摘要：作為日本能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，日本光伏項目受到日本政府在政策層面較為優(yōu)厚的條件，其FIT電價一般在24-40日元/kWh（不含稅）左右，售電年限為20年。從經(jīng)濟測算來看，具有良好的經(jīng)濟效益，具備投資價值。但也同時存在土地資源稀缺，且各類成本較高的劣勢，因此模擬分析了日本典型光伏項目在實施可調(diào)式支架等技術(shù)優(yōu)化方案，對項目投資收益率的影響情況。

關(guān)鍵詞：日本光伏;可調(diào)式支架;最佳傾角

一、日本光伏項目的特點

東日本3·11大地震導(dǎo)致的福島核電站事故，迫使日本政府不得不重新審視本國的能源政策。日本是世界能源消費大國，但本身卻缺乏資源，幾乎全部依靠進口。福島核事故又加劇了電力供需矛盾，節(jié)電措施以及可再生能源導(dǎo)入方面的需求越來越大。日本政府從2012年7月1日起立法實施FIT政策，根據(jù)FIT光伏項目登錄經(jīng)產(chǎn)省ID的年份不同，規(guī)定了該項目售電價格，一般都在24-40日元/千瓦時，售電年限為20年。

但日本大部分光伏項目都存在面積有限的缺點，既要確保組件安裝容量，又要避免前排組件的遮擋，因此日本光伏項目都舍棄了最佳傾角，如上海電力日本株式會社（以下簡稱“日本公司”）福島項目最佳傾角為33°，實際為13°。

二、可調(diào)式支架特點

可調(diào)式支架，即“高度角可調(diào)固定式支架”，目的是根據(jù)太陽高度角的月季差異，調(diào)整支架工作角度，使組件平面與太陽入射角盡可能地接近垂直，從而獲得更高的輻射值，增加發(fā)電量。一般有三種工作角度，即：春秋季、夏季和冬季角度，角度一般在10°（夏季）-60°（冬季）之間調(diào)整，一年調(diào)整組件傾角2-6次。比起固定式支架，年均發(fā)電量可提高3-4%。

可調(diào)式支架相比較固定式支架，支架形式更為復(fù)雜，支架用鋼量有所增加，需要人工按季節(jié)調(diào)整組件南北傾角，也因而使得運行期間的維護、維修工作量加大，增加了運行難度。增加的維護、維修費用會消減了增加發(fā)電量所帶來的效益，但對日本FIT政策下的高電價光伏項目，存在一定的可行性。

三、日本現(xiàn)場情況分析

根據(jù)以上情況，日本公司組織設(shè)計院，模擬了福島項目如采用可調(diào)式支架后的數(shù)據(jù)比較。

通過PVsyst系統(tǒng)測算，確定春秋季角度為35°、夏季角度為11°、冬季角度為52°。目前項目設(shè)計的組件傾角為13°，與夏季角度較為接近。

1.設(shè)備成本

設(shè)計院咨詢支架廠家，國內(nèi)可調(diào)式支架材料費比固定支架需增加25%。日本公司咨詢福島項目支架廠家，告知可調(diào)式支架材料費將增加20-40%。因此按照增加25%材料費、安裝費用不變來進行計算，在日本需增加3日元/W的建設(shè)成本。

2.運維成本

咨詢母公司上海電力在國內(nèi)C項目的可調(diào)式支架容量為7.2MWp，需要動用10人在10天內(nèi)完成一次調(diào)整。福島項目約85 MWp，每次調(diào)整則需要1200工時，福島地區(qū)普通作業(yè)工為32800日元/人工，每次調(diào)整需要3900萬日元，每年4次，合計1.56億日元。

在咨詢過程中，支架廠家表示類似C項目的可調(diào)式支架調(diào)整成本過高，目前可調(diào)式支架推薦采用手搖推桿式，調(diào)整工作量將大幅降低，約為C項目所需人工的1/10，即每次調(diào)整需要400萬日元，但需要定期對推桿等傳動部件進行維護，每年合計約2000萬日元。

3.發(fā)電量增量分析

1）固定式

本項目位于福島縣境內(nèi)，東經(jīng)140°09′，北緯37°08′，水平面年均日輻射量為3.36kWh/m2。

本項目固定支架傾角按13°考慮，此時斜面平面年均日輻射量為3.6kWh/m2。

2）高度角可調(diào)固定式

模擬采用高度角可調(diào)支架，本次對比分析暫按一年調(diào)整4次傾角考慮。根據(jù)PVsyst分析結(jié)果，確定春秋季組件最佳傾角為35°;夏季組件最佳傾角為11°，冬季組件最佳傾角為52°，根據(jù)不同傾角分析全年輻射量如下圖所示

根據(jù)模擬結(jié)果整理可得各月份組件最佳傾角如下表所示：

結(jié)合各月份最佳輻射量，按照一年四次的調(diào)整次數(shù)考慮，可調(diào)式支架年均水平面日輻射量為3.71kWh/m2。

綜合考慮系統(tǒng)效率81%，本項目如采用可調(diào)式支架帶來的輻射量增益約為2.65%。前排陰影損失為28.3%，則發(fā)電量增幅為1.90%。

將以上邊界條件，帶入福島項目原先經(jīng)濟性測算公式中進行比較：

具體參數(shù)的影響為：

發(fā)電量增加使收益率增加1.03%。

設(shè)備成本增加使收益率減少0.45%;運維成本對收益率影響較大，如按C項目支架形式減少收益率2.73%，如按廠家推薦形式減少收益率0.33%。

調(diào)整期間所需的人工成本，是可調(diào)支架關(guān)鍵要素。

類似福島項目因為FIT電價高（40日元/千瓦時），所以增發(fā)電量對收益率影響也較大，如果項目電價為32日元/千瓦時，廠家推薦方式收益率與原方案正好持平。

綜上所述，在技術(shù)層面上，C項目模式的可調(diào)支架無法滿足日本光伏項目，但廠家推薦的支架形式，在32日元以上的FIT項目中是有推廣價值的。

另外，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省對FIT電價光伏項目有較為嚴格要求，2018年11月的FIT新政規(guī)定“未開工FIT項目已不能進行設(shè)計變更”;而根據(jù)《電氣事業(yè)法實施規(guī)則》第65條規(guī)定，已開工FIT項目除了組件以外，其他都是輕微變更，是允許進行變更的，但需要審批的時間，如支架承重類的審核一般需要4個月，且從提交申請到變更完成期間，現(xiàn)場嚴禁電氣工程施工（包括打樁、支架組件安裝等）。又因已開工FIT 項目一般已完成了支架采購，所以設(shè)計變更還有可能產(chǎn)生違約賠償費用，從而增加變更成本。這些變量也會導(dǎo)致收益率有所下降。

參考文獻

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