光伏電站采用不同支架方案的經濟性分析

唐勇，賈憲武，李冠贏

（1.天津大唐國際盤山發電有限責任公司，天津 301901；2.中國大唐集團科學技術研究院有限公司火力發電技術研究院，北京 100040）

光伏支架是電站系統的骨骼，一方面決定了光伏系統的結構強度，另一方面，其結構型式也決定了光伏系統接收太陽能輻照的能力。固定支架的結構形式簡單、強度高、價格低、故障率低，因此初始投資、維護成本都較低，但是接收太陽能輻照的能力較弱，發電量較低。跟蹤支架由結構系統（可旋轉支架）、驅動系統、控制系統（包括通信控制箱、傳感器、云平臺、電控箱等部件）三部分組成，通過電機控制追蹤太陽高度角和方位角，能夠接收更多的太陽輻射，從而增加發電量；缺點是轉動部件多、故障率高、占地面積大，因此初始投資、維護費用都較高。隨著光伏進入平價時代，發電成本開始取代初始投資成本成為投資業主最關心的因素。跟蹤支架在不同地形、緯度、氣候等條件下對發電量的提升效果不同，因此針對一個具體的項目，采用跟蹤支架方案的發電成本是否優于固定支架和固定可調支架方案，需要借助經濟性分析進行判斷。

1 發電量計算分析

本文以天津盤山某58.24MW光伏項目為例，選取了5種光伏支架，分別為固定傾角支架、固定可調支架、平單軸支架、斜單軸支架和雙軸跟蹤支架。非固定傾角支架的調節角度設定如表1所示。

表1 五種光伏跟蹤支架的調節角度設定值

經模擬計算，不同支架方案的光伏系統月度發電量和年度發電量分別如圖1和表2所示，可以得到，固定傾角35°時，光伏系統的全年發電量最高，為77389MWh。因此，若天津盤山光伏項目采用固定支架，最佳傾角為35°。光伏系統若采用固定可調支架或跟蹤支架，其年度發電量均高于固定傾角支架方案。與35°固定支架方案相比，若采用固定可調支架，其發電量提升比例為4.26%；若采用平單軸跟蹤支架，其發電量提升比例為9.68%；若采用斜單軸跟蹤支架，其發電量提升比例為19.45%；若采用雙軸跟蹤支架，發電量提升比例為22.81%，如圖2所示。

圖1 不同支架方案的光伏系統月度發電量

圖2 不同支架方案的光伏系統發電量提升率

表2 不同支架方案的光伏系統年度發電量

非固定支架可以盡量讓太陽光垂直于光伏組件，因此高直射比的地方更適合采用非固定支架方案，天津盤山地區的直射比為0.625，屬于較高水平，因此從發電量提升角度看，該地適合采用斜單軸和雙軸跟蹤支架。但考慮到非固定傾角支架的成本較高，因此需要從發電成本角度來判斷采用非固定傾角支架是否優于35°固定傾角支架。

2 發電成本計算分析

光伏電站的投資成本分為技術成本和非技術成本，光伏產業發展至今已逐步邁進平價時代，技術成本不再是光伏發電上網的阻礙，且技術成本下降的速度逐漸減緩、下降空間有限，未來進一步推動光伏平價上網的關鍵為非技術成本。大型地面光伏電站的非技術成本包含土地及稅費成本、限電成本、融資成本、電網送出成本以及前期開發費等。其中，土地成本占到光伏發電投資成本的6%～8%，甚至更高。由于不同的光伏支架的單瓦成本和占地面積均有較大差異，因此本文主要考慮這兩個因素來論證不同光伏支架對發電成本的影響。

電力工程的初始投資金額一般較大，投資單位往往采用項目融資方式籌集建設資金。為了更加真實地反映光伏發電成本，本文按照如下方式計算發電成本。

式中，NI為光伏電站凈投資，元；TI為光伏電站總投資，元，計算依據如表3所示；TR為光伏電站稅率，%，本文按照25%稅率計算；LA為光伏電站貸款本金，元，本文按照貸款本金等于凈投資（NI）處理；AIT為光伏電站貸款年利率，%，本文按照4.9%貸款年利率計算；RY為光伏電站還貸款年數、年，本文按照還貸款20年計算；GC為光伏發電成本，元/kWh；RA為光伏電站每年支出成本，元/年；APO為光伏電站每年發電量，kWh/年。

表3 光伏電站總投資計算依據

不同光伏支架的單瓦成本如表3所示。占地面積方面，在地理位置北緯40°附近，相比固定支架，固定可調支架的占比面積略微增加，平單軸跟蹤支架的占地面積提高約4.32%，斜單軸跟蹤支架的占地面積提高約98.92%，雙軸跟蹤支架的占地面積提高約116.76%。若按照600元/畝/年的土地價格和一次性繳納20年租金將土地成本折算為單瓦投資，則固定可調支架提高約0.005元/Wp，平單軸跟蹤支架提高約0.021元/Wp，斜單軸跟蹤支架提高約0.475元/Wp，雙軸跟蹤支架提高約0.560元/Wp，如表3“其他成本”所示。

按照公式（1）～（3）計算，天津盤山光伏項目若采用35°固定支架，其發電成本約為0.2769元/kWh。與之相比，若采用固定可調支架，其發電成本約為0.2768元/kWh，降低了0.06%；若采用平單軸跟蹤支架，其發電成本約0.2778元/kWh，提高了0.31%；若采用斜單軸跟蹤支架，其發電成本約0.3023元/kWh，提高了9.17%；若采用雙軸跟蹤支架，其發電成本約0.3236元/kWh，提高了16.86%，如圖3所示。

圖3 不同支架方案的光伏系統發電成本對比

從上述計算和分析可知，盡管采用固定可調支架和跟蹤支架能明顯提升光伏電站的發電量，但是，由于設備投資成本和土地成本均有明顯增加，折算到發電成本，天津盤山光伏項目若采用跟蹤支架，發電成本不降反增，若采用固定可調支架，發電成本略微下降。如果再考慮到跟蹤支架的高度較高，清洗、維修難度均較高，導致運維費用增加，自耗電較高以及故障率較高等因素，采用跟蹤支架的經濟性將更低。

3 結語

隨著光伏發電步入平價上網階段，發電成本成為投資光伏項目首要考慮因素，可調支架和跟蹤支架可明顯提升發電量，但是，由于其初始投資成本、運維成本和故障率等均較高，對發電成本的影響需要具體項目具體分析。本文以天津盤山某光伏項目為例，分析了不同傾角的固定支架，以及可調支架和跟蹤支架的發電量和發電成本差異，得出以下結論：

（1）從發電量提升角度看，若采用固定支架方案，35°傾角的全年發電量最高，采用固定可調支架和跟蹤支架均能明顯提升發電量，斜單軸和雙軸跟蹤支架提升發電量最明顯。（2）從發電成本角度看，考慮光伏支架的投資成本和土地成本，采用跟蹤支架并不能降低發電成本，首先，成本最低的光伏支架方案為固定可調支架，其次為35°固定傾角支架。若再考慮跟蹤支架運維難度、自耗電率、故障率等因素，跟蹤支架的經濟性將更低。

綜上所述，本文建議天津盤山該光伏項目采用固定可調支架或35°固定傾角支架。