光伏支架的应用及经济效益分析

摘 要：本文结合近年光伏工程建设实际，介绍了目前几种常用的固定和跟踪式支架形式，并对各类支架优缺点进行分析;通过本地区实际光伏工程数据进行技术对比和经济效益分析;提出不同类型光伏支架相关设计原则和应用建议。

关键词：光伏建设;光伏支架;经济效益分析;技术对比

我国是世界上最大的煤炭生产、消费国之一，煤炭作为我国最主要的一次能源，占一次能源消费总量70%以上，同时也是造成大气污染及雾霾的主要源头。在新一轮能源革命背景下，光伏发电已成为当前及未来新能源发展主要选择，成为解决我国经济转型、根治雾霾主要路径。建设大型光伏电站有利于增加可再生能源比例，优化系统电源结构，且无任何污染，减轻环保压力，符合我国能源发展战略需要。

1 青海省光伏行业总体情况

青海省作为我国太阳能资源最丰富的地区，特别是海西州多年平均太阳辐射量6600MJ/m2，属1类地区且电网结构较为完善，非常适合建设大型光伏电站。在光伏电站建设中，光伏支架工程量在设备安装工程中占比较大，因其量大面广，因此有必要对光伏支架的结构形式进行深入研究。

2 当前光伏支架主要结构形式

现阶段光伏电站支架形式主要为固定支架和跟踪光伏支架。固定光伏支架分最佳倾角固定支架和倾角可调支架;跟踪支架又分为平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪支架。

一天内太阳高度角不断变化，所以光伏阵列倾斜角也要不断变化，以青海为例，当组件倾角为39°，全年日平均太阳总辐射量最大。最佳倾角支架通常选择全年能接收辐射量最大的某角度;倾角可调支架是在固定式基础上，在不同月份对倾角进行调节从而提高发电量。

所谓跟踪支架是在支架上安装跟踪系统，实现组件跟随太阳移动调整高度角和方位角，从而增加发电量。

根据近年已建工程调研数据，单轴跟踪支架可比固定倾角支架多发电20%。而双轴跟踪支架要提高到35%，成本略高于单轴跟踪支架。如果使用双面组件，发电量可再增加10%-15%。不可否认跟踪式支架能带来20%的增发电量，但跟踪支架尤其双轴跟踪支架不但占地面积大，而且需传动装置连续调整，易出现故障，需大量人力物力维护。相反，固定倾角支架特别是倾角可调支架虽发电量不及跟踪支架，但结构简单、维护费低，安全稳定性好，从光伏电站寿命周期看，固定支架仍然作为主流支架形式被广泛应用。

3 固定可调式光伏支架与固定倾角支架性能对比

太阳光束与电池板垂直情况下，光伏组件发电量最大，但是太阳的垂直照射位置是随时间而变化的。每年按不同时段最佳倾角对支架进行固定次数调整的一种支架形式。与固定倾角支架比，固定可调支架可提高发电量;与跟踪支架比，固定可调支架成本及后期维护费用相对较低，兼顾跟踪支架可调功能。

目前固定可调支架主要有推拉杆式、半圆弧式、千斤顶式。从结构形式可知，前两种支架调整角度受螺栓孔数量控制，而千斤顶固定可调支架角度可以实现无极调节，调节次数可视具体情况增减。

4 固定可调支架与固定倾角支架主要经济指标对比

4.1 可调支架安装方式对光伏电站建设成本的影响

以青海省某100MW光伏电站为例，相对固定支架安装方式来说，固定可调支架安装方式对电站的造价成本影响主要表现在支架成本的增加部分、占地面积的增大以及后期运维费用的增加。

4.1.1 支架造价成本的增加

根据多个项目资料统计，固定可调支架成本比固定支架高0.1元/W，加上前期可研、设计费用以及相对固定支架多出的材料部分成本来说，固定可调支架安装方式成本增加2%至3%。

4.1.2 用地面积增加的成本

采用固定可调支架，前后排要留出一定间距，以避免对阳光的遮挡。以青海地区为例，固定支架的安装角度一般为39°左右，光伏组件前后两排的距离为6.7米，而固定可调支架一般在冬季的半年角度为60°，这样前后排的间距就变沉了9.4米，总用地面积比固定支架安装方式增加了20%。

4.1.3 投产后的运维费用对比

采用固定可调支架每年需对支架角度调整4次，以100MW电站为例，每次大约需人工费15万，全年增加人工费60万。

4.2 可调支架安装方式对光伏电站发电效益的影响

可调支架的形式较多，且调节方法各有不同，因此支架成本与调节费用也不同。以青海某地100MW光伏电站举例：

可以看出，一年调节4次相比一年调节2次发电量提升幅度最大，为0.73%，其次是一年调节6次相比一年调节4次发电量提示0.29%，达到最佳调节次数以后，再增加调节次数，发电量提升幅度越来越小。

依据采用可调支架测算电站两种安装方式下的经济性。以青海某100MW光伏电站为例，电价为0.35元/kwh，按照目前电站的单位造价5元/W计，100MW建设投资为5亿元。建设投资中，考虑资本金投入比例为20%，其余采用银行贷款，贷款期限为15年，贷款利率按照目前银行长期貸款利率5.145%计算，建设期为8个月，运行期第1-20年按上网电价0.35元/kWh，后5年上网电价按0.2277元/kWh及满足贷款偿还期15年的条件测算，投资回收期为12.44年（税后），总投资收益率为3.49%，投资利税率为2.09%。根据以上基础数据，测算固定倾角和可调倾角两种安装方式下的财务效益。

4.2.1 固定支架安装方式收益率

采用固定倾角，首年满负荷小时数为1500h，电池板逐年衰减率按照0.8%计算。根据上述基础数据测算出在电价为0.35元/KWH（税前）时，项目全投资财务内部收益率为5.49%（税前），资本金财务内部收益率为5.04（税后）。

4.2.2 可调支架安装方式收益率

采用可调支架安装方式，首年满负荷小时数按照增加5%计算，为1575h，系统造价按照比固定支架系统造价高2.5%计算，为5125万元，每年的可调支架维护费增加60万元，可调支架系统占地面积比固定支架多出20%左右，按照目前100MW固定支架系统的占地面积约为266ha计算，可调支架系统占地增加了53ha，如果土地可以通过无偿划拨方式取得，则此部分增加的费用可以不计。项目全投资财务内部收益率为6.78%（税前），资本金财务内部收益率为6.06（税后）。

由以上分析，采用一年调整4次的可调支架安装方式，比固定支架系统的电站收益率略有增加。由此可见，如果在中低纬度地区，且土地征用费用过高，不建议采用一年调节4次的支架。如果在高纬度、高海拔地区的西部荒漠地区，土地征用费较低，可以考虑采用一年调节4次的支架安装方式。

5 结论及建议

通过对多个实际项目的调查分析，对固定可调式支架得出如下几点结论及建议：

1）光伏电站固定可调支架保持了固定倾角支架的结构形式，利用三角形的稳定原理，发挥了固定倾角式支架结构简单、安全可靠的优点，比以往跟踪式支架维护更加便利等优点。

2）本文对比了固定支架和可调支架对电站经济效益的影响。在高纬度、高海拔地区建议采用可调支架（一年调整4次）安装方式，如果土地出让费高，建议采用每年5月和8月进行调节的可调支架，在低纬度、低海拔地区建议采用固定最佳倾角的安装方式。

总体而言，固定可调支架具有固定倾角式支架简单可靠特点，且提高了光伏电站发电量;同时固定可调支架不像跟踪支架一样需高昂成本及维护费用，拥有广阔应前景，现有固定可调式支架在支架结构形式优化、调节时间及次数方面，都值得进一步研究。

作者简介

韩志雨（1984-），男，汉族，青海省西宁市，本科，华能西宁热电有限责任公司，经济师，研究方向：城市供热、光伏发电。