光伏支架選型對光伏電站項目總承包建設的影響

謝 冬,孟 添，權 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中，光伏組件是項目建設投資占比最大的設備，約占40%建設成本，加上光伏組件的最大功率和轉換效率直接決定了光伏電站整體的裝機容量和系統效率，而光伏支架在建設成本中占比很小且不屬于電氣設備，所以項目業主從收益角度考慮往往最關注光伏組件選型，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在國內電站工程業務開展得如火如荼。部分優秀的央企已走出國門，將項目總承包業務開拓至國外。這些央企通過承接海外項目EPC(Engineering Procurement Construction)總承包業務，不僅向世界展現了中國工程管理的高水平和豐富經驗，還將大量國內品牌光伏組件銷售到了海外，實現了“工程服務”和“工程裝備”雙輸出的優異成績。在光伏電站項目實際建設中，EPC總承包方也遇到了許多棘手的技術問題。

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。項目用地為業主向農場主租賃而來，租期30年。在項目開工前，業主已提供項目現場的地勘報告給總包方。農場主也開放了一半的項目用地給總包方做實地調研。競標的三家光伏支架廠商來到項目現場，分別根據自家支架設計進行了專門的支架拉拔試驗。根據拉拔試驗結果，三家廠商都確定了適用該項目的光伏支架設計方案。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，由于部分區域地質過硬，大量沖擊樁不能垂直打入地下。即使把打樁機壓力調大，將支架強行打入地下，支架也會發生彎折而達不到使用標準。經過深挖后，施工方在地下發現大量硬質巖石。這使得原有沖擊樁方案無法繼續施工，需要換其他設計方案。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合地基，以當地的氣候條件，新澆筑的水泥基礎至少需要22 d的凝固時間。根據當地政府規定，英國大型光伏電站項目需要在3月底前全容量并網發電，否則將拿不到當年的新能源補貼，這將對業主造成巨大經濟損失。總包方論證后發現傳統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，總包方克服了項目技術難點、沒有延誤工期，得到了業主高度好評。

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議的方式獲得使用權，租賃期限與購電協議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”區域的代表性新能源項目。因此，海內外有多家大型工程企業主動競標該項目的總承包工作，競爭較為激烈。經過多輪評標，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，該總包方決定將“精益生產”的思想落實到工程每個環節。

該項目現場地表植被稀少、土質疏松，緬甸雨季強降雨巨多，存在水土流失導致光伏支架不穩固乃至倒塌的隱患。按照光伏項目行業慣例，一個光伏項目只需要設計一種型號的光伏支架，由光伏支架廠商負責大規模生產即可[2]。為了達到解決水土流失隱患和節約支架采購成本兩個目的，中方總包團隊聯合葡萄牙第三方支架設計公司以及光伏支架廠商，一起根據項目現場條件設計了4種長度不同的立柱，共組合成8種不同類型的光伏陣列。設計思路是：在土質越松軟的地塊，光伏陣列的立柱越深；在抗風荷載要求越高的地塊，光伏陣列的立柱數量越多。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計公司派工程師到緬甸項目現場指導施工方如何正確快速地安裝支架。

項目最終按期順利并網，并在運營期間經受住了強風暴雨等惡劣天氣的考驗。總包方的優異表現得到了業主高度評價，業主后續將項目二、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，總包方經過與原設計的常規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月在英國當地已是冬季，按照英國政府新能源政策，項目必須趕在明年3月底前全額上網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。總包方對支架廠商提出了新支架快速安裝的設計訴求，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量。

支架廠商為該項目設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軌內即可。該設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。導軌支架比標準的壓塊支架在用料上有所增加，相應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，也就節約了項目施工中的人工費用。經過核算，節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域的光伏電站項目。

2 對未來光伏支架發展趨勢的預測與展望

在過往光伏電站總承包工程經驗的基礎上，結合國家對新能源產業發展方向的規劃，筆者認為光伏支架未來發展趨勢分為三部分：從規模化轉為定制化、設備化轉為建材化、工業化轉為綠色化。

2.1 從規模化轉為定制化

光伏電站在我國發展初期大都建設在新疆、青海、甘肅等省份。這些地區有大片閑置地塊，由于交通不便和缺乏配套資源，不適宜建工廠；由于地質貧瘠和降水量較少，也不滿足農作物種植條件，但這些地區太陽光資源條件較好，光伏電站在這些區域會有較高的電能產出。因為上述原因，這些地區在當時成為了我國建設光伏電站的首選項目地。隨著光伏產業高速發展，單個地面光伏電站的裝機容量也從最初的兆瓦級別發展到現在的上百兆瓦級別。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計區別不大，支架廠商不需要在設計上投入太多物力人力，只需快速大規模生產即可。

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為分布式小型電站。分布式電站大多建在工廠、學校、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構和材料各不相同，所以每個項目對光伏支架的技術要求并不一致，需進行定制化設計。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設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一地設計在同一系統里，讓分布式電站可以安全高效地產出電能。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有一定的了解。

相信在未來對建筑學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 從設備化轉為建材化

光伏市場未來發展重點應該是光伏建筑一體化BIPV (Building Integrated Photovoltaics)。當前市場上已經出現了很多BIPV光伏產品和工程。經過深入研究，會發現其中大多數是在已完工交付的建筑上進行安裝施工，準確說這類產品和工程屬于“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成為建筑物本身不可或缺的結構件，而不僅僅是成為建筑物外立面上負責發電的附加件，所以這對光伏組件提出了很多建筑方面的技術要求。BIPV的光伏組件需要把電器屬性與建筑性能相結合，目前較成熟的方案是三明治結構案。該方案是一個集成模塊，由三層組成：最外層為光伏組件，利用光生伏打效應把太陽能轉化為電能；最里層為玻璃，功能是采光隔熱；中間層為真空狀態，起到保溫隔熱、隔音降噪作用；三層結構外部根據不同承重要求，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制造。

未來理想化中BIPV系統，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備轉為一種新型建材。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。

2.3 從工業化轉為綠色化

光伏企業屬于新能源行業，為了響應國家“碳達峰、碳中和”戰略，將用產品和工程做出實質性貢獻。我國是制造業大國，擁有大量生產型企業，無論是勞動密集型的電子產品廠還是玻璃、水泥等大型工業生產線，節能減排都是與贏利同等重要的任務。利用光伏改造這些工廠，讓工廠盡可能多地使用自發自用的電能，是新能源業務的主攻方向之一。

光伏支架廠商和光伏組件企業正在研發光電轉換率更高、安裝更便捷的光伏模塊。目前研發方向是把光伏組件產生的熱量，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場探勘，研究如何在這些工廠內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計方案。最終目標是通過光伏改造，讓原本高耗能的生產企業變成“零碳工廠”[3]。

3 結 語

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

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