固定式和跟踪式分布式光伏发电经济对比分析

黄宁

西安机场大力推动绿色机场建设，积极采用清洁能源改善机场供用电结构。2023年机场通过社会化招商，引入第三方进行分布式光伏发电建设，同时为了做好研究分析，分别建设了屋面混凝土基础固定安装模式和地面索驱动平单轴支架跟踪安装模式，通过运行数据及投资经济性对比分析，有利于市场选择和光伏产业效益提升。

随着全球环境问题日益严重，人们对环境保护的意识不断提高以及对清洁能源的需求不断增长，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内受到越来越多的关注。光伏支架在太阳能光伏发电系统中起到支撑和固定光伏组件的作用，最受欢迎的是固定光伏支架和跟踪光伏支架。与传统能源相对比，清洁能源随着技术规模化后应用成本不断降低，带来的经济效益也不断提高，可以促进产业结构的调整和优化。

一、西安机场分布式光伏项目简介

西安机场分布式光伏项目位于陕西省咸阳市渭城区西安机场场区内，北纬34.445°，东经108.770°。项目周围无高大建筑物遮挡，光资源条件较好。建设总容量69.3kWp（DC容量），总投资55.43万元。按照“自发自用，余电上网”的模式并网运行。从地区能源资源来看，该项目所在地太阳能年平均辐射值为4915.08MJ/m?，其太阳总辐射年辐照量等级属“丰富”等级，该地区稳定度等级属于C类“一般”地区，区域日照充足，适合光伏电站的建设。

本项目屋面混凝土基础固定安装模式采用550Wp单面单晶硅组件106块，按照15°倾角布置，总功率58.3kWp。地面索驱动平单轴支架跟踪安装模式采用550Wp单晶硅双玻组件20块，按照±60°单轴追踪式支架布置，总功率11kWp。光伏组件直流电源经组串式逆变器逆变成交流电后输送至并网箱。光伏组件采用串并联的接线方式，每6—18块一串组件并联接入60/10kWp逆变器，逆变器输出的400V交流电接入0.4kV低压配电室。项目收益自正式并网运行首日起算，以分布式能源站所发电量乘以同期机场方与国网陕西西咸供电公司结算购电价格为基础，按照机场方24%、投资建设运营方76%比例分成。

二、项目投资情况

本项目由于规模小，且以研究分析为主，因此整体投资高于分布式光伏项目水平，此处主要对两种不同安装模式进行经济性对比，如表1所示。

表1  不同安装模式光伏成本对比

投资成本 屋面固定安装模式/元 地面跟踪安装模式/元

设计 9328 1760

水泥支墩 22154 2420

支架 23320 30000

光伏组件 99110 18700

逆变器 12500 4200

交直流线缆 17490 3300

人工及安装 29150 5500

并网箱 31968  6032

监控及传输 29444  5556

合计 274465  77467

通过两种不同安装模式的分布式光伏成本统计，可以测算出来屋面固定安装模式平均成本为4.71元/W，地面跟踪安装模式平均成本为7.04元/W。

三、项目运营发电及收益

为了统计分析不同安装模式光伏运营发电情况，选取同一天对比两种不同安装模式的功率输出和电量输出进行统计分析，如表2所示。

表2  不同安装模式光伏输出功率及电量

安装模式 地面跟踪支架光伏 屋面固定支架光伏

日期 最大输出功率（kW） 日累积发电量（kWh） 最大输出功率（kW） 日累积发电量（kWh）

2023年8月31日 9.6 70 45.7 324

2023年9月1日 10.2 40 38 202

2023年9月2日 9.4 64 45 297

2023年9月3日 8.8 64 43.5 302

2023年9月4日 9.2 65 44.6 303

2023年9月5日 9.6 63 45.2 301

2023年9月6日 10.4 54 50.3 246

可以看出来，在8月31日同样的天气气候条件下，地面跟踪安装模式光伏输出最大功率为9.6kW，日累积电量为70度；屋面固定安装模式光伏输出最大功率为45.7kW，日累积电量为324度。

在同一光照条件下，通过对比计算，地面跟踪安装模式光伏输出最大效率为86.36%，屋面固定安装模式光伏输出最大效率为77.18%。地面跟踪安装模式发电效率较屋面固定安装模式提高约10%左右。

本项目并网点低压负荷远大于光伏装机容量，光伏所发电量全部就近由并网处低压负荷进行消纳。按照项目25年运营期，年平均有效利用小时数为1076，机场峰平电价，可以计算出两种安装模式下的项目收益情况，如表3所示。

表3  不同安装模式光伏收益对比

屋面固定安装模式 地面跟踪安装模式

运营期发电量/度 1568270 325490

运营期收益/元 1097789 227843

不考虑运营成本，使用（光伏运营期收益—投资成本合计）/装机容量，可以计算出单位装机容量的光伏利润率，通过计算发现，不同安装模式下，单位装机容量的光伏利润率基本一致。

四、固定安装和跟踪安装成本对比

固定光伏支架采用坚固的结构设计安装难度较小，在固定的地面或者屋顶都可安装。无论在酷暑寒冬或是一些气候环境恶劣的情况，都能够可靠地支撑光伏组件保持稳定，可靠性高，后期不需要过多人力物力来维护。

跟踪光伏支架安装相对比较复杂，需要考虑多方面的因素，如光伏面板的大小以及距离等，施工过程中需要进行精准安装调试，以免造成误差，跟踪光伏支架会随着太阳的位置自行调整角度充分利用阳光，产生的能量更多，同时存在机械故障的风险，需要更多人力物力来维护，因此维护成本相对于固定光伏支架高一点。

在同等环境下随着时间的推移，跟踪安装模式的维护成本会越来越高。跟踪安装模式能更加充分地利用太阳能，相较于固定安装模式能获得更高的收益。但是由于追踪安装模式的技术成本以及维护成本较高，也会影响到经济收益。西安机场大力推进绿色光伏清洁能源建设，使用固定光伏板更加合适。

五、项目意义

1.本项目具有绿色节能减排示范效益，西安机场作为陕西空中门户，建设和发展绿色光伏清洁能源，充分展示了企业的社会担当，具有很好的展示、宣传和示范效益。

2.本项目具有创新研究意义，项目创新采用索驱动平单轴支架跟踪安装模式，对于这种新型安装模式的光伏项目运行、维护、分析等均能积累经验。

3.节约建筑能耗，在屋面上安装光伏阵列，无需额外用地或增建其他设施，由于光伏阵列安装在屋面结构上，吸收一部分太阳能，转化为电能，节省了能源，又利于保温作用。

4.补充西安机场用电，减少当地电网压力，随着机场规模的不断扩建，用电需求大幅增加，特别是夏季，白天工作时间，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。而这时也是光伏阵列发电最多，上网电量最大的时候，光伏项目能够给机场提供电力补充，减少当地电网压力。

六、结语

在化石能源逐步枯竭、环境污染日益严重、生态意识不断增强的今天，在机场实现对太阳能、建筑的综合利用，避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染，不产生固体废弃物，又能够优化能源结构，保护生态环境，改善机场条件，同时对建设绿色机场发挥了十分重要的战略作用。西安机场通过研究对比地面跟踪安装模式和屋面固定安裝模式的分布式光伏，发现不同安装模式下，单位装机容量的光伏利润率基本一致。西安机场三期扩建将实施约13MW的大规模分布式光伏发电，全部采用投资成本更低的固定安装模式，有利于光伏项目整体的资源成本节约和效益。

（作者单位：西安咸阳国际机场股份有限公司）