光伏支架選型對光伏電站項目總承包建設(shè)的影響

謝 冬,孟 添，權(quán) 逶

(中國建材國際工程集團有限公司，上海 200063)

在光伏電站項目建設(shè)中，光伏組件是項目建設(shè)投資占比最大的設(shè)備，約占40%建設(shè)成本，加上光伏組件的最大功率和轉(zhuǎn)換效率直接決定了光伏電站整體的裝機容量和系統(tǒng)效率，而光伏支架在建設(shè)成本中占比很小且不屬于電氣設(shè)備，所以項目業(yè)主從收益角度考慮往往最關(guān)注光伏組件選型，從而忽略了光伏支架選型對項目成敗和收益的重要性[1]。

1 光伏電站項目建設(shè)中遇到的工程難點與解決方案

近年來，我國光伏電站總承包企業(yè)在國內(nèi)電站工程業(yè)務(wù)開展得如火如荼。部分優(yōu)秀的央企已走出國門，將項目總承包業(yè)務(wù)開拓至國外。這些央企通過承接海外項目EPC(Engineering Procurement Construction)總承包業(yè)務(wù)，不僅向世界展現(xiàn)了中國工程管理的高水平和豐富經(jīng)驗，還將大量國內(nèi)品牌光伏組件銷售到了海外，實現(xiàn)了“工程服務(wù)”和“工程裝備”雙輸出的優(yōu)異成績。在光伏電站項目實際建設(shè)中，EPC總承包方也遇到了許多棘手的技術(shù)問題。

1.1 英國40兆瓦大型光伏地面電站EPC總承包項目

該項目業(yè)主為英國某光伏投資公司，EPC總承包方為我國某央企。項目用地為業(yè)主向農(nóng)場主租賃而來，租期30年。在項目開工前，業(yè)主已提供項目現(xiàn)場的地勘報告給總包方。農(nóng)場主也開放了一半的項目用地給總包方做實地調(diào)研。競標的三家光伏支架廠商來到項目現(xiàn)場，分別根據(jù)自家支架設(shè)計進行了專門的支架拉拔試驗。根據(jù)拉拔試驗結(jié)果，三家廠商都確定了適用該項目的光伏支架設(shè)計方案。最終，采用沖擊樁支架方案的廠商中標了該項目。

當項目施工時，由于部分區(qū)域地質(zhì)過硬，大量沖擊樁不能垂直打入地下。即使把打樁機壓力調(diào)大，將支架強行打入地下，支架也會發(fā)生彎折而達不到使用標準。經(jīng)過深挖后，施工方在地下發(fā)現(xiàn)大量硬質(zhì)巖石。這使得原有沖擊樁方案無法繼續(xù)施工，需要換其他設(shè)計方案。除了沖擊樁，光伏支架常見類型還有水泥灌注樁。水泥灌注樁方案需要結(jié)合地基，以當?shù)氐臍夂驐l件，新澆筑的水泥基礎(chǔ)至少需要22 d的凝固時間。根據(jù)當?shù)卣?guī)定，英國大型光伏電站項目需要在3月底前全容量并網(wǎng)發(fā)電，否則將拿不到當年的新能源補貼，這將對業(yè)主造成巨大經(jīng)濟損失。總包方論證后發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水泥灌注樁方案無法滿足該項目工期要求。

總包方、支架廠商與施工方三方緊急商討，設(shè)計出了一種因地制宜的新型支架方案。該方案是在支架最下方增加承重板，在承重板上加裝已成型的水泥方塊。該方案不僅達到了固定支架的目的，還省去了水泥灌注這一費時工序。電站最終按時并網(wǎng)，總包方克服了項目技術(shù)難點、沒有延誤工期，得到了業(yè)主高度好評。

1.2 緬甸220兆瓦大型光伏地面電站EPC總承包項目

該項目業(yè)主為泰國某投資公司，EPC總承包方為我國某央企。項目用地采用與政府指定公司簽訂長期租賃協(xié)議的方式獲得使用權(quán)，租賃期限與購電協(xié)議30年相匹配并允許在獲準展期的前提下允許租約展期。該電站是當時東南亞單體裝機容量最大的光伏電站，同時也是“一帶一路”區(qū)域的代表性新能源項目。因此，海內(nèi)外有多家大型工程企業(yè)主動競標該項目的總承包工作，競爭較為激烈。經(jīng)過多輪評標，我國某央企以極具競爭力的價格獲得了該項目的總承包標段。為了確保盈利，該總包方?jīng)Q定將“精益生產(chǎn)”的思想落實到工程每個環(huán)節(jié)。

該項目現(xiàn)場地表植被稀少、土質(zhì)疏松，緬甸雨季強降雨巨多，存在水土流失導(dǎo)致光伏支架不穩(wěn)固乃至倒塌的隱患。按照光伏項目行業(yè)慣例，一個光伏項目只需要設(shè)計一種型號的光伏支架，由光伏支架廠商負責(zé)大規(guī)模生產(chǎn)即可[2]。為了達到解決水土流失隱患和節(jié)約支架采購成本兩個目的，中方總包團隊聯(lián)合葡萄牙第三方支架設(shè)計公司以及光伏支架廠商，一起根據(jù)項目現(xiàn)場條件設(shè)計了4種長度不同的立柱，共組合成8種不同類型的光伏陣列。設(shè)計思路是：在土質(zhì)越松軟的地塊，光伏陣列的立柱越深；在抗風(fēng)荷載要求越高的地塊，光伏陣列的立柱數(shù)量越多。項目施工方是第一次接觸定制化支架。為了確保施工時工人們能正確無誤地安裝光伏支架并不影響項目工期，總包方還特地讓葡萄牙第三方的支架設(shè)計公司派工程師到緬甸項目現(xiàn)場指導(dǎo)施工方如何正確快速地安裝支架。

項目最終按期順利并網(wǎng)，并在運營期間經(jīng)受住了強風(fēng)暴雨等惡劣天氣的考驗?？偘降膬?yōu)異表現(xiàn)得到了業(yè)主高度評價，業(yè)主后續(xù)將項目二、三、四期的總承包標段也交給了這家中方公司。在項目竣工核算時，總包方經(jīng)過與原設(shè)計的常規(guī)支架方案對比后計算得出，該新支架方案使項目在光伏支架采購單項上節(jié)約了約22%成本。

1.3 英國60兆瓦大型光伏地面電站EPC總承包項目

上海某央企中標了該項目總承包標段。中標時的11月在英國當?shù)匾咽嵌荆凑沼履茉凑?，項目必須趕在明年3月底前全額上網(wǎng)才能拿到當年光伏電價補貼。工期短、冬季不利于施工，都是該總包方必須想方設(shè)法解決的工程難點。標準支架安裝時，每塊光伏組件需要用四個夾具壓塊來固定，每塊夾具壓塊需要用一個螺栓來固定。整個安裝流程至少需要兩名工人同時配合，較為費時費力?？偘綄χЪ軓S商提出了新支架快速安裝的設(shè)計訴求，希望新支架在安裝時可以盡可能減少工序，同時也減少小型配件數(shù)量。

支架廠商為該項目設(shè)計了新型滑軌式支架。該支架在安裝光伏組件時無需使用夾具壓塊和螺栓等配件，只需將組件兩端對齊滑入導(dǎo)軌內(nèi)即可。該設(shè)計極大提高了工人安裝的便利性，使得項目整體安裝支架工期比以往縮短了25%以上。導(dǎo)軌支架比標準的壓塊支架在用料上有所增加，相應(yīng)的總包方的支架采購成本也有所增加。該項目地處英國，施工隊伍都是歐洲工人，人工成本較高。該新型支架縮短了工期，也就節(jié)約了項目施工中的人工費用。經(jīng)過核算，節(jié)省的人工費用完全可以覆蓋新型支架增加的采購成本，而且還有盈余。綜上分析，滑軌型光伏支架適合人工成本較高區(qū)域的光伏電站項目。

2 對未來光伏支架發(fā)展趨勢的預(yù)測與展望

在過往光伏電站總承包工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家對新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的規(guī)劃，筆者認為光伏支架未來發(fā)展趨勢分為三部分：從規(guī)?；D(zhuǎn)為定制化、設(shè)備化轉(zhuǎn)為建材化、工業(yè)化轉(zhuǎn)為綠色化。

2.1 從規(guī)?；D(zhuǎn)為定制化

光伏電站在我國發(fā)展初期大都建設(shè)在新疆、青海、甘肅等省份。這些地區(qū)有大片閑置地塊，由于交通不便和缺乏配套資源，不適宜建工廠；由于地質(zhì)貧瘠和降水量較少，也不滿足農(nóng)作物種植條件，但這些地區(qū)太陽光資源條件較好，光伏電站在這些區(qū)域會有較高的電能產(chǎn)出。因為上述原因，這些地區(qū)在當時成為了我國建設(shè)光伏電站的首選項目地。隨著光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，單個地面光伏電站的裝機容量也從最初的兆瓦級別發(fā)展到現(xiàn)在的上百兆瓦級別。這些項目的光伏支架大都是同一類型，不同項目中使用的支架設(shè)計區(qū)別不大，支架廠商不需要在設(shè)計上投入太多物力人力，只需快速大規(guī)模生產(chǎn)即可。

近年來光伏項目遍地開花，土地資源越來越稀缺，項目用地成本水漲船高，滿足建設(shè)大型光伏電站條件的土地資源越來越少。光伏電站的主流將會從大型地面電站逐步轉(zhuǎn)為分布式小型電站。分布式電站大多建在工廠、學(xué)校、商場等建筑物外立面上。光伏支架需要在不破壞原有建筑物的前提下，牢牢地把光伏組件安裝在建筑物外立面。每個建筑物外立面的結(jié)構(gòu)和材料各不相同，所以每個項目對光伏支架的技術(shù)要求并不一致，需進行定制化設(shè)計。這些光伏電站與建筑物融為一體，所以對光伏支架的整體美感也有一定要求。與大型地面光伏電站一般選用晶硅組件不同，光伏幕墻首選組件類型為薄膜組件，例如銅銦鎵硒組件和碲化鎘組件，而在建筑物屋頂上則首選晶硅組件。換言之，分布式光伏電站的系統(tǒng)設(shè)計在滿足建筑安全和美觀的前提下，需要把晶硅組件和薄膜組件和諧統(tǒng)一地設(shè)計在同一系統(tǒng)里，讓分布式電站可以安全高效地產(chǎn)出電能。這對光伏支架廠商提出了更高的要求，不僅要懂光伏電站還要對建筑學(xué)有一定的了解。

相信在未來對建筑學(xué)有更深更遠理解的光伏支架廠商才能在激烈的光伏市場競爭中占得先機。相應(yīng)的，未來的光伏電站總承包方不僅要對光伏電站了如指掌，同時要對建筑的工程要點有所掌控，才能在未來有所建樹。

2.2 從設(shè)備化轉(zhuǎn)為建材化

光伏市場未來發(fā)展重點應(yīng)該是光伏建筑一體化BIPV (Building Integrated Photovoltaics)。當前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了很多BIPV光伏產(chǎn)品和工程。經(jīng)過深入研究，會發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)是在已完工交付的建筑上進行安裝施工，準確說這類產(chǎn)品和工程屬于“安裝型光伏建筑”BAPV (Buliding Attached Photovoltaics)，并不屬于BIPV。

BIPV的要點在于光伏系統(tǒng)成為建筑物本身不可或缺的結(jié)構(gòu)件，而不僅僅是成為建筑物外立面上負責(zé)發(fā)電的附加件，所以這對光伏組件提出了很多建筑方面的技術(shù)要求。BIPV的光伏組件需要把電器屬性與建筑性能相結(jié)合，目前較成熟的方案是三明治結(jié)構(gòu)案。該方案是一個集成模塊，由三層組成：最外層為光伏組件，利用光生伏打效應(yīng)把太陽能轉(zhuǎn)化為電能；最里層為玻璃，功能是采光隔熱；中間層為真空狀態(tài)，起到保溫隔熱、隔音降噪作用；三層結(jié)構(gòu)外部根據(jù)不同承重要求，可用輕鋼或鋁合金做外邊框，起到固定和承重的作用。這個光伏模塊需要光伏支架廠商和光伏組件一起研發(fā)制造。

未來理想化中BIPV系統(tǒng)，無論是建筑物頂部的光伏彩鋼瓦還是墻面的光伏幕墻，都是模塊化的，只需在建筑物建造過程中一起安裝完成即可。光伏組件已從單一的電氣設(shè)備轉(zhuǎn)為一種新型建材。到那時，光伏電站項目總包方需要在建筑設(shè)計時就與建筑物項目總包方一起參與其中，并在建筑施工時與建筑總包方相互配合一起完成建筑的建設(shè)。

2.3 從工業(yè)化轉(zhuǎn)為綠色化

光伏企業(yè)屬于新能源行業(yè)，為了響應(yīng)國家“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略，將用產(chǎn)品和工程做出實質(zhì)性貢獻。我國是制造業(yè)大國，擁有大量生產(chǎn)型企業(yè)，無論是勞動密集型的電子產(chǎn)品廠還是玻璃、水泥等大型工業(yè)生產(chǎn)線，節(jié)能減排都是與贏利同等重要的任務(wù)。利用光伏改造這些工廠，讓工廠盡可能多地使用自發(fā)自用的電能，是新能源業(yè)務(wù)的主攻方向之一。

光伏支架廠商和光伏組件企業(yè)正在研發(fā)光電轉(zhuǎn)換率更高、安裝更便捷的光伏模塊。目前研發(fā)方向是把光伏組件產(chǎn)生的熱量，作為建筑物供暖的補充。光伏電站項目總包方和光伏支架廠商通過現(xiàn)場探勘，研究如何在這些工廠內(nèi)找到盡可能多的建筑面積來合理安裝光伏組件，以制定出裝機容量最多的設(shè)計方案。最終目標是通過光伏改造，讓原本高耗能的生產(chǎn)企業(yè)變成“零碳工廠”[3]。

3 結(jié) 語

光伏電站總包方在做完項目盡職調(diào)查和現(xiàn)場實地踏勘后，對于不同項目需要針對性地選用最適宜的光伏支架方案，要在追求發(fā)電量最大化與安裝可靠性之間找到平衡的最優(yōu)解[4]。

未來光伏電站總包方不僅需要在工程管理技術(shù)方面努力提升水平，更需要聯(lián)合光伏支架等光伏設(shè)備供應(yīng)商一起研發(fā)適合市場的光伏設(shè)備。只有這樣，光伏總包企業(yè)才能在市場競爭的紅海中走出一條康莊大道。