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探析集中式光伏电站支架经济性比选型

2021/10/15 阅读:

摘要:传统火力发电企业燃料以不可再生资源为主,随着近年来环境问题的日趋严峻,为实现能源低碳清洁可持续发展,新能源产业迅猛发展。文章结合集中式光伏电站发展需求,对主流的光伏支架安装方式进行分类,以江苏某地区集中式光伏电站为例对常用支架选型方案进行经济性比对及研究,确保投资收益最大化。

关键词:光伏电站;支架类型;成本分析

引言

随着国内光伏新装机容量与日俱增,度电补贴的取消,光伏上网电价“退坡”已成必然之势,在此情况下,国内集中式光伏电站建设还面临着可用土地越来越少地价越来越贵的难题,为了进一步提高经济效益,国内越来越多的企业开始选择新的光伏组件安装方式增加单位面积太阳辐射量。光伏支架是用来将光伏发电组件和储存电量的设备相连接的支撑结构,对于光伏电站总投资而言,支架成本的波动并不敏感,然而,在集中式光伏电站的整体设计中,支架会影响组件对太阳总辐射量的接收程度从而影响电站总发电量,支架的选型直接关乎整个光伏电站的可行性与经济效益。

1光伏用支架分类

根据安装方式不同,目前主流光伏支架可分为固定式和跟踪式两种(如表1所示)。固定式支架又可分为最佳倾角式、可调倾角式以及(斜)屋面平铺式。跟踪式支架就是可以通过机械装置使得组件随着太阳的入射角变化而调整角度,从而获得更多辐射量,提高光伏阵列单位发电能力,可细分为平、斜单轴跟踪系统和双轴跟踪系统[1]。

2经济性比对与选型研究

在实际工程中,效益最大化是投资方关注的主要目标,因此,需要综合考虑不同支架选型带来的发电量差异和投资收益差异,选取最适用安装方式。

2.1固定式、跟踪式光伏支架比对

与固定式相比,跟踪式支架系统相对复杂,在发电量提高的同时,系统的建设成本明显增加,参考以往已投产项目,与固定式相比较,采用单轴跟踪支架电站建设需增加约10%预算,采用斜单轴跟踪支架需增加约12%预算,采用双轴跟踪支架需增加约20%预算。而且采用自动跟踪装置,不可避免将增加项目土地成本,所以更适合于在荒漠区建设的大型并网光伏电站。此外,随着光伏技术不断突破,电池组件价格正不断降低,跟踪支架系统带来的发电量收益对冲成本后优势不断缩减,固定式支架所具有的成本低、维护量少的优势凸显[2]。

2.2固定最佳倾角式与固定可调式支架比对

相对于固定倾角安装方式,倾角可调式支架安装方式对电站成本的影响主要体现在支架成本的增加、土地占用面积的增大和运营费用的增加。2.2.1支架成本比对,根据现有光伏市场行情,倾角可调支架成本相比固定倾角支架高约0.06元/W。以江苏某地区容量为40MW光伏电站为例,倾角可调式支架与最佳倾角固定式支架初始投资需增加约240万元。2.2.2土地成本比对,光伏组件安装倾角是影响光伏系统发电量的重要因素,按照通用设计原则,光伏方阵间距需满足每年当中物体在太阳下阴影长度最长的时日(冬至)组件之间南北方向无阴影遮挡的要求,而光伏组件安装倾角越大,方阵间距也越大,相同装机容量所需土地也越多。以江苏某地区为例,利用PVsyst计算软件,模拟某工程不同角度倾斜面上太阳直接辐射量如下(如表2所示):电池组件倾角为24°时,全年倾斜面太阳直接辐射量最大,即本工程电池组件的支架的最佳固定倾角为24°。通过PVsyst软件的阴影遮挡模拟功能进行测算,在方阵布置上,固定支架采用24°时,光伏阵列前后排的间距为7.5m。而可调式支架需按照一年中所需调整最大角度来设计方阵间距。以江苏某地区光伏电站为例,若一年按调整两次计算,冬季最佳倾角为39°,组件中心间距设计为8.2m,一年调整4次,则冬季最佳倾角为52°,组件中心间距设计为8.7m。由此可见,采用倾角可调支架安装,一年调整2次所需土地成本增加了约10%,一年调整4次所需土地增加了约16%[3]。按照江苏某区域1MW所需土地1hm2、征地费用2.33万元/hm2测算,如采用倾角可调支架,一年调整2次所需土地成本增加约2100万元,一年调整4次所需土地成本增加约3360万元。2.2.3后期运维费用比对,倾角可调支架需要根据季节对支架进行调节,人工运维成本相应增加。40MW光伏电站调整一次的人工费用约花费20万元,即每年调整1次或3次,每年运营成本增加20万(2档)或60万元(4档)[4]。2.2.4收益比对,该光伏电站项目在固定最佳倾角平均年发电量约为3200万kW•h,如采用倾角可调式支架,以每年调整1次(2档)为例,预计能够增加发电量2%左右,即增加发电量64万kW•h。按江苏目前0.391元/kW•h上网电价测算,首年增收约25万元。

综上,本项目如采用可调式支架,首年增加支架成本240万元,增加土地成本2100万元(2档模式),增加年运营成本20万(2档模式),年增加收益25万元。可调支架在江苏某地区该项目上并不具备明显的优势,应采用最佳倾角固定式支架确保投资收益最大化。

3结语

本文介绍了多种常用的光伏电站支架的特点与优势,并以江苏某地区光伏电站为例,从建造成本、土地成本、后续运营成本及最终收益等多个方面对固定倾角式支架与可调节式支架进行了比较,以此作为该光伏电站支架选型依据,为日后其他光伏电站支架选型提供有价值的意见。

参考文献

[1]陈清,赵植城,吴丽华,等.大型地面光伏电站中光伏方阵容量的优化设计[J].太阳能,2021(3):51-56.

[2]马庆虎,张勃,李宪,等.不同安装倾角对双面光伏组件光伏电站发电量的影响研究[J].太阳能,2020(12):82-84.

[3]董国飞.山地光伏电站设计建设的关键技术[J].农村电气化,2020(11):63-64.

[4]闫池,鞠振河.1.2MW光伏电站系统设计与研究[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2020,16(4):1-6.

作者:毛文旭 单位:国能江苏电力工程技术有限公司

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