在日本光伏项目现场实施安装可调式支架的技术研究

徐军

摘要：作为日本能源发展战略的重要组成部分，日本光伏项目受到日本政府在政策层面较为优厚的条件，其FIT电价一般在24-40日元/kWh（不含税）左右，售电年限为20年。从经济测算来看，具有良好的经济效益，具备投资价值。但也同时存在土地资源稀缺，且各类成本较高的劣势，因此模拟分析了日本典型光伏项目在实施可调式支架等技术优化方案，对项目投资收益率的影响情况。

关键词：日本光伏;可调式支架;最佳倾角

一、日本光伏项目的特点

东日本3·11大地震导致的福岛核电站事故，迫使日本政府不得不重新审视本国的能源政策。日本是世界能源消费大国，但本身却缺乏资源，几乎全部依靠进口。福岛核事故又加剧了电力供需矛盾，节电措施以及可再生能源导入方面的需求越来越大。日本政府从2012年7月1日起立法实施FIT政策，根据FIT光伏项目登录经产省ID的年份不同，规定了该项目售电价格，一般都在24-40日元/千瓦时，售电年限为20年。

但日本大部分光伏项目都存在面积有限的缺点，既要确保组件安装容量，又要避免前排组件的遮挡，因此日本光伏项目都舍弃了最佳倾角，如上海电力日本株式会社（以下简称“日本公司”）福岛项目最佳倾角为33°，实际为13°。

二、可调式支架特点

可调式支架，即“高度角可调固定式支架”，目的是根据太阳高度角的月季差异，调整支架工作角度，使组件平面与太阳入射角尽可能地接近垂直，从而获得更高的辐射值，增加发电量。一般有三种工作角度，即：春秋季、夏季和冬季角度，角度一般在10°（夏季）-60°（冬季）之间调整，一年调整组件倾角2-6次。比起固定式支架，年均发电量可提高3-4%。

可调式支架相比较固定式支架，支架形式更為复杂，支架用钢量有所增加，需要人工按季节调整组件南北倾角，也因而使得运行期间的维护、维修工作量加大，增加了运行难度。增加的维护、维修费用会消减了增加发电量所带来的效益，但对日本FIT政策下的高电价光伏项目，存在一定的可行性。

三、日本现场情况分析

根据以上情况，日本公司组织设计院，模拟了福岛项目如采用可调式支架后的数据比较。

通过PVsyst系统测算，确定春秋季角度为35°、夏季角度为11°、冬季角度为52°。目前项目设计的组件倾角为13°，与夏季角度较为接近。

1.设备成本

设计院咨询支架厂家，国内可调式支架材料费比固定支架需增加25%。日本公司咨询福岛项目支架厂家，告知可调式支架材料费将增加20-40%。因此按照增加25%材料费、安装费用不变来进行计算，在日本需增加3日元/W的建设成本。

2.运维成本

咨询母公司上海电力在国内C项目的可调式支架容量为7.2MWp，需要动用10人在10天内完成一次调整。福岛项目约85 MWp，每次调整则需要1200工时，福岛地区普通作业工为32800日元/人工，每次调整需要3900万日元，每年4次，合计1.56亿日元。

在咨询过程中，支架厂家表示类似C项目的可调式支架调整成本过高，目前可调式支架推荐采用手摇推杆式，调整工作量将大幅降低，约为C项目所需人工的1/10，即每次调整需要400万日元，但需要定期对推杆等传动部件进行维护，每年合计约2000万日元。

3.发电量增量分析

1）固定式

本项目位于福岛县境内，东经140°09′，北纬37°08′，水平面年均日辐射量为3.36kWh/m2。

本项目固定支架倾角按13°考虑，此时斜面平面年均日辐射量为3.6kWh/m2。

2）高度角可调固定式

模拟采用高度角可调支架，本次对比分析暂按一年调整4次倾角考虑。根据PVsyst分析结果，确定春秋季组件最佳倾角为35°;夏季组件最佳倾角为11°，冬季组件最佳倾角为52°，根据不同倾角分析全年辐射量如下图所示

根据模拟结果整理可得各月份组件最佳倾角如下表所示：

结合各月份最佳辐射量，按照一年四次的调整次数考虑，可调式支架年均水平面日辐射量为3.71kWh/m2。

综合考虑系统效率81%，本项目如采用可调式支架带来的辐射量增益约为2.65%。前排阴影损失为28.3%，则发电量增幅为1.90%。

将以上边界条件，带入福岛项目原先经济性测算公式中进行比较：

具体参数的影响为：

发电量增加使收益率增加1.03%。

设备成本增加使收益率减少0.45%;运维成本对收益率影响较大，如按C项目支架形式减少收益率2.73%，如按厂家推荐形式减少收益率0.33%。

调整期间所需的人工成本，是可调支架关键要素。

类似福岛项目因为FIT电价高（40日元/千瓦时），所以增发电量对收益率影响也较大，如果项目电价为32日元/千瓦时，厂家推荐方式收益率与原方案正好持平。

综上所述，在技术层面上，C项目模式的可调支架无法满足日本光伏项目，但厂家推荐的支架形式，在32日元以上的FIT项目中是有推广价值的。

另外，日本经济产业省对FIT电价光伏项目有较为严格要求，2018年11月的FIT新政规定“未开工FIT项目已不能进行设计变更”;而根据《电气事业法实施规则》第65条规定，已开工FIT项目除了组件以外，其他都是轻微变更，是允许进行变更的，但需要审批的时间，如支架承重类的审核一般需要4个月，且从提交申请到变更完成期间，现场严禁电气工程施工（包括打桩、支架组件安装等）。又因已开工FIT 项目一般已完成了支架采购，所以设计变更还有可能产生违约赔偿费用，从而增加变更成本。这些变量也会导致收益率有所下降。

参考文献

[1]一种可调式光伏组件用支架. 安徽省，安徽天尚清洁能源科技有限公司，2017-08-11.

[2]章荣国.固定可调式光伏支架应用研究[J].太阳能，2015（10）：28-31.

[3]王家万.可调式光伏支架探索[J].太阳能，2015（02）：32-34.