光伏支架的應用及經濟效益分析

摘 要：本文結合近年光伏工程建設實際，介紹了目前幾種常用的固定和跟蹤式支架形式，并對各類支架優缺點進行分析;通過本地區實際光伏工程數據進行技術對比和經濟效益分析;提出不同類型光伏支架相關設計原則和應用建議。

關鍵詞：光伏建設;光伏支架;經濟效益分析;技術對比

我國是世界上最大的煤炭生產、消費國之一，煤炭作為我國最主要的一次能源，占一次能源消費總量70%以上，同時也是造成大氣污染及霧霾的主要源頭。在新一輪能源革命背景下，光伏發電已成為當前及未來新能源發展主要選擇，成為解決我國經濟轉型、根治霧霾主要路徑。建設大型光伏電站有利于增加可再生能源比例，優化系統電源結構，且無任何污染，減輕環保壓力，符合我國能源發展戰略需要。

1 青海省光伏行業總體情況

青海省作為我國太陽能資源最豐富的地區，特別是海西州多年平均太陽輻射量6600MJ/m2，屬1類地區且電網結構較為完善，非常適合建設大型光伏電站。在光伏電站建設中，光伏支架工程量在設備安裝工程中占比較大，因其量大面廣，因此有必要對光伏支架的結構形式進行深入研究。

2 當前光伏支架主要結構形式

現階段光伏電站支架形式主要為固定支架和跟蹤光伏支架。固定光伏支架分最佳傾角固定支架和傾角可調支架;跟蹤支架又分為平單軸跟蹤、斜單軸跟蹤、雙軸跟蹤支架。

一天內太陽高度角不斷變化，所以光伏陣列傾斜角也要不斷變化，以青海為例，當組件傾角為39°，全年日平均太陽總輻射量最大。最佳傾角支架通常選擇全年能接收輻射量最大的某角度;傾角可調支架是在固定式基礎上，在不同月份對傾角進行調節從而提高發電量。

所謂跟蹤支架是在支架上安裝跟蹤系統，實現組件跟隨太陽移動調整高度角和方位角，從而增加發電量。

根據近年已建工程調研數據，單軸跟蹤支架可比固定傾角支架多發電20%。而雙軸跟蹤支架要提高到35%，成本略高于單軸跟蹤支架。如果使用雙面組件，發電量可再增加10%-15%。不可否認跟蹤式支架能帶來20%的增發電量，但跟蹤支架尤其雙軸跟蹤支架不但占地面積大，而且需傳動裝置連續調整，易出現故障，需大量人力物力維護。相反，固定傾角支架特別是傾角可調支架雖發電量不及跟蹤支架，但結構簡單、維護費低，安全穩定性好，從光伏電站壽命周期看，固定支架仍然作為主流支架形式被廣泛應用。

3 固定可調式光伏支架與固定傾角支架性能對比

太陽光束與電池板垂直情況下，光伏組件發電量最大，但是太陽的垂直照射位置是隨時間而變化的。每年按不同時段最佳傾角對支架進行固定次數調整的一種支架形式。與固定傾角支架比，固定可調支架可提高發電量;與跟蹤支架比，固定可調支架成本及后期維護費用相對較低，兼顧跟蹤支架可調功能。

目前固定可調支架主要有推拉桿式、半圓弧式、千斤頂式。從結構形式可知，前兩種支架調整角度受螺栓孔數量控制，而千斤頂固定可調支架角度可以實現無極調節，調節次數可視具體情況增減。

4 固定可調支架與固定傾角支架主要經濟指標對比

4.1 可調支架安裝方式對光伏電站建設成本的影響

以青海省某100MW光伏電站為例，相對固定支架安裝方式來說，固定可調支架安裝方式對電站的造價成本影響主要表現在支架成本的增加部分、占地面積的增大以及后期運維費用的增加。

4.1.1 支架造價成本的增加

根據多個項目資料統計，固定可調支架成本比固定支架高0.1元/W，加上前期可研、設計費用以及相對固定支架多出的材料部分成本來說，固定可調支架安裝方式成本增加2%至3%。

4.1.2 用地面積增加的成本

采用固定可調支架，前后排要留出一定間距，以避免對陽光的遮擋。以青海地區為例，固定支架的安裝角度一般為39°左右，光伏組件前后兩排的距離為6.7米，而固定可調支架一般在冬季的半年角度為60°，這樣前后排的間距就變沉了9.4米，總用地面積比固定支架安裝方式增加了20%。

4.1.3 投產后的運維費用對比

采用固定可調支架每年需對支架角度調整4次，以100MW電站為例，每次大約需人工費15萬，全年增加人工費60萬。

4.2 可調支架安裝方式對光伏電站發電效益的影響

可調支架的形式較多，且調節方法各有不同，因此支架成本與調節費用也不同。以青海某地100MW光伏電站舉例：

可以看出，一年調節4次相比一年調節2次發電量提升幅度最大，為0.73%，其次是一年調節6次相比一年調節4次發電量提示0.29%，達到最佳調節次數以后，再增加調節次數，發電量提升幅度越來越小。

依據采用可調支架測算電站兩種安裝方式下的經濟性。以青海某100MW光伏電站為例，電價為0.35元/kwh，按照目前電站的單位造價5元/W計，100MW建設投資為5億元。建設投資中，考慮資本金投入比例為20%，其余采用銀行貸款，貸款期限為15年，貸款利率按照目前銀行長期貸款利率5.145%計算，建設期為8個月，運行期第1-20年按上網電價0.35元/kWh，后5年上網電價按0.2277元/kWh及滿足貸款償還期15年的條件測算，投資回收期為12.44年（稅后），總投資收益率為3.49%，投資利稅率為2.09%。根據以上基礎數據，測算固定傾角和可調傾角兩種安裝方式下的財務效益。

4.2.1 固定支架安裝方式收益率

采用固定傾角，首年滿負荷小時數為1500h，電池板逐年衰減率按照0.8%計算。根據上述基礎數據測算出在電價為0.35元/KWH（稅前）時，項目全投資財務內部收益率為5.49%（稅前），資本金財務內部收益率為5.04（稅后）。

4.2.2 可調支架安裝方式收益率

采用可調支架安裝方式，首年滿負荷小時數按照增加5%計算，為1575h，系統造價按照比固定支架系統造價高2.5%計算，為5125萬元，每年的可調支架維護費增加60萬元，可調支架系統占地面積比固定支架多出20%左右，按照目前100MW固定支架系統的占地面積約為266ha計算，可調支架系統占地增加了53ha，如果土地可以通過無償劃撥方式取得，則此部分增加的費用可以不計。項目全投資財務內部收益率為6.78%（稅前），資本金財務內部收益率為6.06（稅后）。

由以上分析，采用一年調整4次的可調支架安裝方式，比固定支架系統的電站收益率略有增加。由此可見，如果在中低緯度地區，且土地征用費用過高，不建議采用一年調節4次的支架。如果在高緯度、高海拔地區的西部荒漠地區，土地征用費較低，可以考慮采用一年調節4次的支架安裝方式。

5 結論及建議

通過對多個實際項目的調查分析，對固定可調式支架得出如下幾點結論及建議：

1）光伏電站固定可調支架保持了固定傾角支架的結構形式，利用三角形的穩定原理，發揮了固定傾角式支架結構簡單、安全可靠的優點，比以往跟蹤式支架維護更加便利等優點。

2）本文對比了固定支架和可調支架對電站經濟效益的影響。在高緯度、高海拔地區建議采用可調支架（一年調整4次）安裝方式，如果土地出讓費高，建議采用每年5月和8月進行調節的可調支架，在低緯度、低海拔地區建議采用固定最佳傾角的安裝方式。

總體而言，固定可調支架具有固定傾角式支架簡單可靠特點，且提高了光伏電站發電量;同時固定可調支架不像跟蹤支架一樣需高昂成本及維護費用，擁有廣闊應前景，現有固定可調式支架在支架結構形式優化、調節時間及次數方面，都值得進一步研究。

作者簡介

韓志雨（1984-），男，漢族，青海省西寧市，本科，華能西寧熱電有限責任公司，經濟師，研究方向：城市供熱、光伏發電。