光伏支架选型对光伏电站项目总承包建设的影响

2022-12-29谢冬,孟添，权逶

建材世界 2022年5期

谢冬,孟添，权逶

(中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063)

在光伏电站项目建设中，光伏组件是项目建设投资占比最大的设备，约占40%建设成本，加上光伏组件的最大功率和转换效率直接决定了光伏电站整体的装机容量和系统效率，而光伏支架在建设成本中占比很小且不属于电气设备，所以项目业主从收益角度考虑往往最关注光伏组件选型，从而忽略了光伏支架选型对项目成败和收益的重要性[1]。

1 光伏电站项目建设中遇到的工程难点与解决方案

近年来，我国光伏电站总承包企业在国内电站工程业务开展得如火如荼。部分优秀的央企已走出国门，将项目总承包业务开拓至国外。这些央企通过承接海外项目EPC(Engineering Procurement Construction)总承包业务，不仅向世界展现了中国工程管理的高水平和丰富经验，还将大量国内品牌光伏组件销售到了海外，实现了“工程服务”和“工程装备”双输出的优异成绩。在光伏电站项目实际建设中，EPC总承包方也遇到了许多棘手的技术问题。

1.1 英国40兆瓦大型光伏地面电站EPC总承包项目

该项目业主为英国某光伏投资公司，EPC总承包方为我国某央企。项目用地为业主向农场主租赁而来，租期30年。在项目开工前，业主已提供项目现场的地勘报告给总包方。农场主也开放了一半的项目用地给总包方做实地调研。竞标的三家光伏支架厂商来到项目现场，分别根据自家支架设计进行了专门的支架拉拔试验。根据拉拔试验结果，三家厂商都确定了适用该项目的光伏支架设计方案。最终，采用冲击桩支架方案的厂商中标了该项目。

当项目施工时，由于部分区域地质过硬，大量冲击桩不能垂直打入地下。即使把打桩机压力调大，将支架强行打入地下，支架也会发生弯折而达不到使用标准。经过深挖后，施工方在地下发现大量硬质岩石。这使得原有冲击桩方案无法继续施工，需要换其他设计方案。除了冲击桩，光伏支架常见类型还有水泥灌注桩。水泥灌注桩方案需要结合地基，以当地的气候条件，新浇筑的水泥基础至少需要22 d的凝固时间。根据当地政府规定，英国大型光伏电站项目需要在3月底前全容量并网发电，否则将拿不到当年的新能源补贴，这将对业主造成巨大经济损失。总包方论证后发现传统的水泥灌注桩方案无法满足该项目工期要求。

总包方、支架厂商与施工方三方紧急商讨，设计出了一种因地制宜的新型支架方案。该方案是在支架最下方增加承重板，在承重板上加装已成型的水泥方块。该方案不仅达到了固定支架的目的，还省去了水泥灌注这一费时工序。电站最终按时并网，总包方克服了项目技术难点、没有延误工期，得到了业主高度好评。

1.2 缅甸220兆瓦大型光伏地面电站EPC总承包项目

该项目业主为泰国某投资公司，EPC总承包方为我国某央企。项目用地采用与政府指定公司签订长期租赁协议的方式获得使用权，租赁期限与购电协议30年相匹配并允许在获准展期的前提下允许租约展期。该电站是当时东南亚单体装机容量最大的光伏电站，同时也是“一带一路”区域的代表性新能源项目。因此，海内外有多家大型工程企业主动竞标该项目的总承包工作，竞争较为激烈。经过多轮评标，我国某央企以极具竞争力的价格获得了该项目的总承包标段。为了确保盈利，该总包方决定将“精益生产”的思想落实到工程每个环节。

该项目现场地表植被稀少、土质疏松，缅甸雨季强降雨巨多，存在水土流失导致光伏支架不稳固乃至倒塌的隐患。按照光伏项目行业惯例，一个光伏项目只需要设计一种型号的光伏支架，由光伏支架厂商负责大规模生产即可[2]。为了达到解决水土流失隐患和节约支架采购成本两个目的，中方总包团队联合葡萄牙第三方支架设计公司以及光伏支架厂商，一起根据项目现场条件设计了4种长度不同的立柱，共组合成8种不同类型的光伏阵列。设计思路是：在土质越松软的地块，光伏阵列的立柱越深；在抗风荷载要求越高的地块，光伏阵列的立柱数量越多。项目施工方是第一次接触定制化支架。为了确保施工时工人们能正确无误地安装光伏支架并不影响项目工期，总包方还特地让葡萄牙第三方的支架设计公司派工程师到缅甸项目现场指导施工方如何正确快速地安装支架。

项目最终按期顺利并网，并在运营期间经受住了强风暴雨等恶劣天气的考验。总包方的优异表现得到了业主高度评价，业主后续将项目二、三、四期的总承包标段也交给了这家中方公司。在项目竣工核算时，总包方经过与原设计的常规支架方案对比后计算得出，该新支架方案使项目在光伏支架采购单项上节约了约22%成本。

1.3 英国60兆瓦大型光伏地面电站EPC总承包项目

上海某央企中标了该项目总承包标段。中标时的11月在英国当地已是冬季，按照英国政府新能源政策，项目必须赶在明年3月底前全额上网才能拿到当年光伏电价补贴。工期短、冬季不利于施工，都是该总包方必须想方设法解决的工程难点。标准支架安装时，每块光伏组件需要用四个夹具压块来固定，每块夹具压块需要用一个螺栓来固定。整个安装流程至少需要两名工人同时配合，较为费时费力。总包方对支架厂商提出了新支架快速安装的设计诉求，希望新支架在安装时可以尽可能减少工序，同时也减少小型配件数量。

支架厂商为该项目设计了新型滑轨式支架。该支架在安装光伏组件时无需使用夹具压块和螺栓等配件，只需将组件两端对齐滑入导轨内即可。该设计极大提高了工人安装的便利性，使得项目整体安装支架工期比以往缩短了25%以上。导轨支架比标准的压块支架在用料上有所增加，相应的总包方的支架采购成本也有所增加。该项目地处英国，施工队伍都是欧洲工人，人工成本较高。该新型支架缩短了工期，也就节约了项目施工中的人工费用。经过核算，节省的人工费用完全可以覆盖新型支架增加的采购成本，而且还有盈余。综上分析，滑轨型光伏支架适合人工成本较高区域的光伏电站项目。

2 对未来光伏支架发展趋势的预测与展望

在过往光伏电站总承包工程经验的基础上，结合国家对新能源产业发展方向的规划，笔者认为光伏支架未来发展趋势分为三部分：从规模化转为定制化、设备化转为建材化、工业化转为绿色化。

2.1 从规模化转为定制化

光伏电站在我国发展初期大都建设在新疆、青海、甘肃等省份。这些地区有大片闲置地块，由于交通不便和缺乏配套资源，不适宜建工厂；由于地质贫瘠和降水量较少，也不满足农作物种植条件，但这些地区太阳光资源条件较好，光伏电站在这些区域会有较高的电能产出。因为上述原因，这些地区在当时成为了我国建设光伏电站的首选项目地。随着光伏产业高速发展，单个地面光伏电站的装机容量也从最初的兆瓦级别发展到现在的上百兆瓦级别。这些项目的光伏支架大都是同一类型，不同项目中使用的支架设计区别不大，支架厂商不需要在设计上投入太多物力人力，只需快速大规模生产即可。

近年来光伏项目遍地开花，土地资源越来越稀缺，项目用地成本水涨船高，满足建设大型光伏电站条件的土地资源越来越少。光伏电站的主流将会从大型地面电站逐步转为分布式小型电站。分布式电站大多建在工厂、学校、商场等建筑物外立面上。光伏支架需要在不破坏原有建筑物的前提下，牢牢地把光伏组件安装在建筑物外立面。每个建筑物外立面的结构和材料各不相同，所以每个项目对光伏支架的技术要求并不一致，需进行定制化设计。这些光伏电站与建筑物融为一体，所以对光伏支架的整体美感也有一定要求。与大型地面光伏电站一般选用晶硅组件不同，光伏幕墙首选组件类型为薄膜组件，例如铜铟镓硒组件和碲化镉组件，而在建筑物屋顶上则首选晶硅组件。换言之，分布式光伏电站的系统设计在满足建筑安全和美观的前提下，需要把晶硅组件和薄膜组件和谐统一地设计在同一系统里，让分布式电站可以安全高效地产出电能。这对光伏支架厂商提出了更高的要求，不仅要懂光伏电站还要对建筑学有一定的了解。

相信在未来对建筑学有更深更远理解的光伏支架厂商才能在激烈的光伏市场竞争中占得先机。相应的，未来的光伏电站总承包方不仅要对光伏电站了如指掌，同时要对建筑的工程要点有所掌控，才能在未来有所建树。

2.2 从设备化转为建材化

光伏市场未来发展重点应该是光伏建筑一体化BIPV (Building Integrated Photovoltaics)。当前市场上已经出现了很多BIPV光伏产品和工程。经过深入研究，会发现其中大多数是在已完工交付的建筑上进行安装施工，准确说这类产品和工程属于“安装型光伏建筑”BAPV (Buliding Attached Photovoltaics)，并不属于BIPV。

BIPV的要点在于光伏系统成为建筑物本身不可或缺的结构件，而不仅仅是成为建筑物外立面上负责发电的附加件，所以这对光伏组件提出了很多建筑方面的技术要求。BIPV的光伏组件需要把电器属性与建筑性能相结合，目前较成熟的方案是三明治结构案。该方案是一个集成模块，由三层组成：最外层为光伏组件，利用光生伏打效应把太阳能转化为电能；最里层为玻璃，功能是采光隔热；中间层为真空状态，起到保温隔热、隔音降噪作用；三层结构外部根据不同承重要求，可用轻钢或铝合金做外边框，起到固定和承重的作用。这个光伏模块需要光伏支架厂商和光伏组件一起研发制造。

未来理想化中BIPV系统，无论是建筑物顶部的光伏彩钢瓦还是墙面的光伏幕墙，都是模块化的，只需在建筑物建造过程中一起安装完成即可。光伏组件已从单一的电气设备转为一种新型建材。到那时，光伏电站项目总包方需要在建筑设计时就与建筑物项目总包方一起参与其中，并在建筑施工时与建筑总包方相互配合一起完成建筑的建设。

2.3 从工业化转为绿色化

光伏企业属于新能源行业，为了响应国家“碳达峰、碳中和”战略，将用产品和工程做出实质性贡献。我国是制造业大国，拥有大量生产型企业，无论是劳动密集型的电子产品厂还是玻璃、水泥等大型工业生产线，节能减排都是与赢利同等重要的任务。利用光伏改造这些工厂，让工厂尽可能多地使用自发自用的电能，是新能源业务的主攻方向之一。

光伏支架厂商和光伏组件企业正在研发光电转换率更高、安装更便捷的光伏模块。目前研发方向是把光伏组件产生的热量，作为建筑物供暖的补充。光伏电站项目总包方和光伏支架厂商通过现场探勘，研究如何在这些工厂内找到尽可能多的建筑面积来合理安装光伏组件，以制定出装机容量最多的设计方案。最终目标是通过光伏改造，让原本高耗能的生产企业变成“零碳工厂”[3]。