光伏固定可調支架應用分析

楊 韓 涂春雷

（中國電建集團江西省電力建設有限公司，江西 南昌330000）

在平價上網的大背景下，光伏的上網電價逐年降低，這意味著行業(yè)內降本增效的需求越來越大。此時，傳統(tǒng)的粗放式設計已不適應行業(yè)的發(fā)展現狀，需要通過一系列的科技創(chuàng)新和技術進步，加快成本下降和提升發(fā)電效率的步伐，盡早使光伏行業(yè)擺脫對政策補貼的依賴。

在光伏設計中，支架的設計關系到電站的投資、規(guī)模和發(fā)電效率，是設計中一個非常重要的環(huán)節(jié)，因此，有必要對光伏支架的選型及設計進行分析，以此達到降本增效的目的。

常見的支架形式有固定支架、固定可調支架、跟蹤支架等幾種。固定支架具有成本低、占地少、免維護、技術成熟的優(yōu)勢，已成為應用最廣泛的安裝方式，但隨著其他支架技術的日趨成熟和對電站輸出能力的逐步提升，固定可調及跟蹤支架的競爭力也在凸顯。固定可調支架具有可靠性高、造價低、維護成本低等優(yōu)勢，在接受太陽輻照方面，又優(yōu)于傳統(tǒng)的固定支架，因此，有必要對固定可調支架的應用價值進行深度挖掘。

1 固定可調支架方案分析

光伏電站的輸出與組件表面接受的太陽能輻射量有關，傳統(tǒng)的固定支架方案，一般選取組件全年接收輻射量最大的角度作為其最佳傾角，該傾角在電站運行過程中始終保持不變。實際上，在不同的季節(jié)，陣列接受到最大輻照量的傾角并不相同，固定可調支架通過一年數次的傾角調節(jié)，使其盡可能多的接收太陽輻射，從而提升電站的發(fā)電量。

通常，固定可調支架方案雖然可以提升電站發(fā)電量，但其弊端也十分明顯。在我國，夏季的最佳傾角小于年最佳傾角，而冬季的最佳傾角大于年最佳傾角。傾角越大，陣列的南北間距越大，安裝相同組件所需要的土地越多，如圖1 所示。這意味著，相比固定傾角方案，該方案會增加項目用地成本或者降低電站規(guī)模。

圖1

以南昌、鄭州、北京等地為例，采用固定可調方案，進行一年4 次的傾角調節(jié)，通過數據對比，分析其發(fā)電量和占地影響，具體如表1。

表1

根據上表可知，通過固定可調支架的應用，除了達到預期的發(fā)電量提升外，對項目用地影響巨大。為了深度發(fā)掘固定可調支架的應用場景，就此，提出以下兩種固定可調支架應用方案。

（1）項目用地成本低廉的應用方案

針對一些土地容易協調、土地成本低廉的項目，增加用地對項目收益率影響很小，可以采用上述一年數次的傾角調節(jié)，調節(jié)傾角為每個時段的最佳傾角，確保光伏陣列接收的輻照量最大。

（2）項目用地成本昂貴的應用方案

對于多數項目，土地成本較高，協調難度較大，保持陣列在各時段內的最佳傾角下發(fā)電的方案顯然并不適用，因此考慮將年最佳傾角設置為傾角調節(jié)的上限，這樣既可以在夏季等傾角較低、輻照較好的月份獲取更多的輻照量，而且不增加項目用地，消除固定可調支架應用的對項目占地的影響，具體如表2。

表2

綜上，固定可調支架通過在運行期間的傾角調整，使陣列更多的接受太陽輻照，提高電站的發(fā)電量。對某個項目，在不考慮土地、抗風等限制因素滿足的前提條件下，盡量使陣列在各時段的最佳傾角下運行，以此獲取最大的發(fā)電量；對土地成本高昂的項目，陣列傾角可在最佳傾角的范圍內進行調節(jié)，這既不影響占地，還能實現提升電站發(fā)電量的目的。

表3

圖2 發(fā)電量增益百分數與調節(jié)次數示意圖

2 固定可調支架調節(jié)次數分析

對于固定可調支架而言，調節(jié)的次數越多，發(fā)電量增益就越高，與此同時，也帶來了支架的損耗和調節(jié)的成本，因此有必要找出調節(jié)頻次和發(fā)電量增益的關系，作為制定調節(jié)策略的依據。同樣以南昌、鄭州、北京為例，進行一年2 次、4 次、6 次、12次的調節(jié)，對比其與固定支架方案的發(fā)電量提升情況，詳細數據見表3。

從表3 和圖2 可知，太陽能資源越好，固定可調支架方案的的增益效果越明顯；同時，隨著調節(jié)次數的增多，光伏陣列的發(fā)電量增益越高。但光伏陣列的發(fā)電量增益并不與調節(jié)次數成現行正比例關系，一年2 次傾角調節(jié)帶來的發(fā)電量增益效果最大，均占到總發(fā)電增益的70%以上，一年4 次調節(jié)、一年8 次調節(jié)、一年12 次調節(jié)增益效果增長較緩，增益效果并不明顯。

調節(jié)次數越多，意味著調節(jié)的最大傾角越大，這并不利于支架抗風、也提高了項目的土地成本。在實際應用中，基于這些因素的考慮，會人為的降低支架傾角，這會縮減高頻次調節(jié)（6-12次）的增益效果，降低其性價比。因此，固定可調支架建議進行一年2 次或1 年4 次的傾角調節(jié)。

3 固定可調支架應用場景分析

固定可調支架會略微增加項目初始投資以及運維成本，這部分費用相對固定，但其發(fā)電量的增益卻與應用場景關系密切，在合適的場景使用固定可調支架才能達到理想的收益率。

通過對南昌、鄭州、北京的數據進行橫向對比分析可知，項目年最佳傾角越大，其傾角調節(jié)的范圍更大，傾角調節(jié)的收益效果更明顯；同時，良好的光照資源決定了發(fā)電量增益的基數，對發(fā)電量提升也有很大的推動作用。因此，在中高緯度、光資源條件好的地區(qū)，固定可調方案調整的范圍會更加靈活，發(fā)電收益會更明顯。

4 結論

固定可調支架具備簡單可靠、方案靈活、發(fā)電效果好等優(yōu)點，在降本增效的壓力下，具有廣闊的應用前景。通過對可調支架的應用分析，得出以下結論及建議。

（1）固定可調支架電量增益與應用場景密切相關，適用于中高緯度地區(qū)、太陽能資源良好地帶的光伏項目。

（2）對土地成本高昂的項目，可把年最佳傾角作為調節(jié)的最大角度進行方案設計，消除固定可調支架應用對土地的影響。

（3）在項目規(guī)劃階段，可結合當地資源、土地，靈活配置支架方案，使項目收益率最大化，助力平價上網。