大型地面光伏新型組件支架安裝項目管理分析

許 鑫

福建永福電力設計股份有限公司 福建福州 350108

“十四五”規劃是碳達峰關鍵期、推進碳中和起步期。提升“非化石能源占比”是實現碳排放目標的核心路徑，碳減排需要能源供給側和需求側共同革命。因此，發展新能源發電將成為“十四五”期間的全球主題。在大政策大背景的前提下，如何提升光伏組件的發電能力和降低度電成本已經成為發展的一個重要工作，所以需要在設備、應用方案、項目管理等方面不斷創新和優化來降低度電成本，達到降本增效的目的。

1 大型地面光伏支架分析的必要性

在當前環境下，光伏行業已經趨于飽和狀態，同時也面臨著土地短缺、平價上網的壓力，如想達到成本優化的目的，需要對光伏項目進行全方位的優化，來提高競爭力和節省造價成本。因此，對大型地面光伏支架的分析和優化管理是必不可少的環節。通過研究大型地面光伏支架系統，分析影響支架系統整體造價成本的影響因素，從而得到最大化發電量和最優化成本的方案，為后續工程提供參考和指導方向。

2 光伏組件固定式支架對比分析

2.1 光伏方陣方位角的選擇

方位角是太陽光線在地平面投影與地平面正南方向線之間的夾角。它表示太陽光線的水平投影偏離正南方向的角度，取正南方向為起始點(即0°)，向西為正，向東為負。一般情況下，方陣朝向正南(即方陣垂直面與正南的夾角為0°)時，太陽電池發電量是最大的。在偏離正南(北半球)30°時，方陣的發電量將減少10%～15%；在偏離正南(北半球)60°時，方陣的發電量將減少20%～30%。所以本工程中方陣方位角選為0°，即朝向正南。

2.2 光伏支架樁基比選

組件安裝支架由樁基和支架兩部分組成，結合越南平順涵劍49MWp地面光伏EPC總承包項目對樁基和支架進行比對分析，以1MW容量為基準，將對預制混凝土樁、螺旋鋼管樁、鋼管樁、微型灌注樁以及PHC管樁進行樁型比選。

2.2.1 預制混凝土樁

經計算，一個光伏陣列需布置9根樁，分為10跨，1MW約為43個陣列。預制混凝土樁材料如表1所示：

表1

2.2.2 螺旋鋼管樁

經計算，一個光伏陣列需布置18根樁，分為10跨，1MW約為43個陣列。螺旋鋼管樁材料如表2所示：

表2

2.2.3 鋼管樁

經計算，一個光伏陣列需布置9根樁，分為10跨，1MW約為43個陣列。鋼管樁材料如表3所示：

表3

2.2.4 微型灌注樁

經計算，一個光伏陣列需布置18根樁，分為10跨，1MW約為43個陣列。微型灌注樁、鋼材材料如表4所示：

表4

2.2.5 PHC管樁

經計算，一個光伏陣列需布置9根樁，分為10跨，1MW約為43個陣列。PHC管樁材料如表5所示：

表5

2.2.6 樁基形式比選

表6

2.2.7 結論

預制混凝土方樁生產成本低，相對節約鋼材，承載能力大，施工技術難度小，可用于現場直接預制，便于施工；微型灌注樁是一種小直徑的鉆孔灌注樁，成孔后插入型材再灌注水泥砂漿，施工時對附近的樁基及建筑物影響小，施工過程相對簡單，但灌注樁成形時間較長，對施工周期會造成影響；鋼管樁及螺旋鋼管樁施工過程簡單方便，螺旋鋼管樁還具備后期處理優勢，可反向旋轉拔出，重復利用，同時具備良好的抗拔性能，采用螺旋鋼管樁需要采用雙排柱，樁的數量增加一倍，樁基施工周期較長；鋼管樁方案鋼材耗量大，造價較高；PHC管樁單樁承載力高，抗彎性能及抗拔性能較好，應用范圍廣，生產工藝成熟，可在工廠內標準化大批量生產。

同時考慮到地下水對混凝土結構具有中～強腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋和鋼結構具有腐蝕性，而且螺旋鋼管樁的鋼材防腐比較復雜，樁基生產成本增加較大。微型灌注樁在強腐蝕環境中一般不建議使用，目前缺乏此類工程應用的經驗。預制混凝土方樁通過提高混凝土強度等級，降低水灰比，添加抗腐蝕參合料，提高抗滲性，一般可應用在強腐蝕環境，國內已有較多應用。相對PHC樁，預制混凝土方樁的強度等級和抗滲性相對較差。所以考慮樁基工程量、場地適應性、質量等因素影響，通過各類樁基的比選，本工程推薦選用Φ300mm截面的PHC管樁作為光伏支架樁基。

2.3 光伏組件支架比選

2.3.1 支架

由于電池組件自重很小，支架設計時，風荷載起控制作用，因此最不利荷載組合中不考慮地震荷載，光伏支架設計風荷載考慮25年一遇荷載取值。

2.3.2 組件排列方案比選

結合越南平順涵劍49MWp地面光伏EPC總承包項目，按照1MW光伏組件布置進行比較，計算得28塊組件組成一個光伏組件串，基于接線和布置方便，對2×28(雙排布置)、4×14(橫排布置)、8×7(之字形布置)共三種光伏組件排列方式進行比較。樁基形式選用PHCΦ300管樁。

表7 單樁形式三種光伏組件排列方式對照表

2.3.3 結論

通過對比，1MW容量光伏組件的三種布置方式：采用2×28(雙排布置)布置形式在樁基數量相同的情況下，用鋼量較4×14(橫排布置)布置方式少約7.72t，較8×7(之字形布置)布置方式少約2.51t。用樁量上2×28(雙排布置)形式和4×14(橫排布置)形式數量相當，較8×7(之字形布置)形式數量少。

3 光伏組件發電量對比分析

3.1 太陽能電池選型

太陽能電池組件是太陽能光伏發電系統的核心部件，目前國內外使用最普遍的是單晶硅、多晶硅太陽能電池，其各項參數指標的優劣直接影響著整個光伏發電系統的發電性能，以下是對常用的晶體硅太陽能電池技術性能比較：

多晶硅。轉換效率：電池片一般17%～19%；價格：材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本不斷降低；外部環境適應性：輸出功率與光照強度成正比，在高溫條件下效率發揮不充分；自主化產能：產業鏈完整，生產規模大、技術先進，產能大；實際工程應用：現階段大多數電站采用多晶硅組件。

單晶硅。轉換效率：電池片一般19%～21%；價格：生產工藝相對復雜，總的生產成本與多晶硅造價高；外部環境適應性：輸出功率與光照強度成正比，在高溫條件下效率發揮不充分；自主化產能：產業鏈較完整，生產規模大、技術先進；實際工程應用：現階段大多數地面電站采用單晶硅組件。

從比較結果可以看出：(1)單晶硅太陽能電池組件較多晶硅太陽能電池組件轉化效率高，單塊組件容量大，可提高裝機容量，可節省占地面積，減少系統造價，適用于大型地面光伏。(2)單晶硅太陽能電池組件弱光性能比多晶硅太陽能電池組件好，單晶硅太陽能電池組件更適用于光資源略差的地區。(3)單晶硅太陽能電池組件比多晶硅太陽能電池組件價格略高，兩者差別較小。(4)目前電站主流組件大多采用單晶硅太陽能電池組件。

因此，綜合考慮上述因素，推薦選用單晶硅太陽能電池組件。

3.2 光伏組件選型

單晶硅太陽能電池組件的功率規格較多，且產品應用較為廣泛。從太陽輻照特征和環境條件的角度來說，本工程場址區內各種類型的太陽能電池均可應用，但本工程屬大型地面光伏，綜合考慮選擇性價比以及市場主流產品型號。

3.3 光伏組件發電量模擬仿真計算

結合本項目，運用PVSYST對2×28(雙排布置)、4×14(橫排布置)、8×7(之字形布置)三種支架形式進行發電量仿真模擬如表8：

表8 模擬仿真表數據結果表

總結：運用Pvsyst軟件結合本項目分析如下：(1)2×28(雙排布置)、4×14(橫排布置)、8×7(之字形布置)三種支架布置形式發電量變化不明顯，最大相差不足8%；(2)2×28(雙排布置)、4×14(橫排布置)支架布置形式占地面積幾乎相當；8×7(之字形布置)支架布置形式占地面積明顯減少，相比其他兩種支架形式減少比例高達36%。

所以在本項目中推薦采用8×7(之字形布置)支架布置形式，在不影響發電量的前提下，可以節約土地面積降低造價成本。

3.4 光伏組件度電成本對比分析

結合本項目，對2×28(雙排布置)、4×14(橫排布置)、8×7(之字形布置)三種支架形式進行占地費用、樁基費用及支架費用統計比較，并形成度電成本如表9：

表9 度電成本對比分析表

總結：8×7(之字形布置)支架形式在占地費用、樁基費用及支架費用總和中費用最低，2×28(雙排布置)支架形式次之，4×14(橫排布置)支架形式最差。所以在本項目中推薦采用8×7(之字形布置)支架布置形式，度電成本較低。

4 結論

(1)每1MW容量，三種布置方式采用2×28(雙排布置)布置形式在用鋼量較4×14(橫排布置)布置方式少約7.72t，較8×7(之字形布置)布置方式少約2.51t。在用樁量上2×28(雙排布置)形式和4×14(橫排布置)形式數量相當，較8×7(之字形布置)形式數量少。

(2)三種布置方式發電量變化不明顯，最大相差不足8%；8×7(之字形布置)支架布置形式占地面積減少明顯，相比其他兩種支架形式減少比例高達36%。

(3)8×7(之字形布置)支架布置形式在占地費用、樁基費用及支架費用總和中費用最低，2×28(雙排布置)支架形式次之，4×14(橫排布置)支架形式經濟性最差。

選擇“之字形”支架布置適用于大型地面光伏，可以在發電量保持不變的前提下，大量節省占地面積，節約項目成本，提高單位面積的發電量，達到降本增效的目的。