光伏固定可调支架应用分析

杨 韩 涂春雷

（中国电建集团江西省电力建设有限公司，江西 南昌330000）

在平价上网的大背景下，光伏的上网电价逐年降低，这意味着行业内降本增效的需求越来越大。此时，传统的粗放式设计已不适应行业的发展现状，需要通过一系列的科技创新和技术进步，加快成本下降和提升发电效率的步伐，尽早使光伏行业摆脱对政策补贴的依赖。

在光伏设计中，支架的设计关系到电站的投资、规模和发电效率，是设计中一个非常重要的环节，因此，有必要对光伏支架的选型及设计进行分析，以此达到降本增效的目的。

常见的支架形式有固定支架、固定可调支架、跟踪支架等几种。固定支架具有成本低、占地少、免维护、技术成熟的优势，已成为应用最广泛的安装方式，但随着其他支架技术的日趋成熟和对电站输出能力的逐步提升，固定可调及跟踪支架的竞争力也在凸显。固定可调支架具有可靠性高、造价低、维护成本低等优势，在接受太阳辐照方面，又优于传统的固定支架，因此，有必要对固定可调支架的应用价值进行深度挖掘。

1 固定可调支架方案分析

光伏电站的输出与组件表面接受的太阳能辐射量有关，传统的固定支架方案，一般选取组件全年接收辐射量最大的角度作为其最佳倾角，该倾角在电站运行过程中始终保持不变。实际上，在不同的季节，阵列接受到最大辐照量的倾角并不相同，固定可调支架通过一年数次的倾角调节，使其尽可能多的接收太阳辐射，从而提升电站的发电量。

通常，固定可调支架方案虽然可以提升电站发电量，但其弊端也十分明显。在我国，夏季的最佳倾角小于年最佳倾角，而冬季的最佳倾角大于年最佳倾角。倾角越大，阵列的南北间距越大，安装相同组件所需要的土地越多，如图1 所示。这意味着，相比固定倾角方案，该方案会增加项目用地成本或者降低电站规模。

图1

以南昌、郑州、北京等地为例，采用固定可调方案，进行一年4 次的倾角调节，通过数据对比，分析其发电量和占地影响，具体如表1。

表1

根据上表可知，通过固定可调支架的应用，除了达到预期的发电量提升外，对项目用地影响巨大。为了深度发掘固定可调支架的应用场景，就此，提出以下两种固定可调支架应用方案。

（1）项目用地成本低廉的应用方案

针对一些土地容易协调、土地成本低廉的项目，增加用地对项目收益率影响很小，可以采用上述一年数次的倾角调节，调节倾角为每个时段的最佳倾角，确保光伏阵列接收的辐照量最大。

（2）项目用地成本昂贵的应用方案

对于多数项目，土地成本较高，协调难度较大，保持阵列在各时段内的最佳倾角下发电的方案显然并不适用，因此考虑将年最佳倾角设置为倾角调节的上限，这样既可以在夏季等倾角较低、辐照较好的月份获取更多的辐照量，而且不增加项目用地，消除固定可调支架应用的对项目占地的影响，具体如表2。

表2

综上，固定可调支架通过在运行期间的倾角调整，使阵列更多的接受太阳辐照，提高电站的发电量。对某个项目，在不考虑土地、抗风等限制因素满足的前提条件下，尽量使阵列在各时段的最佳倾角下运行，以此获取最大的发电量；对土地成本高昂的项目，阵列倾角可在最佳倾角的范围内进行调节，这既不影响占地，还能实现提升电站发电量的目的。

表3

图2 发电量增益百分数与调节次数示意图

2 固定可调支架调节次数分析

对于固定可调支架而言，调节的次数越多，发电量增益就越高，与此同时，也带来了支架的损耗和调节的成本，因此有必要找出调节频次和发电量增益的关系，作为制定调节策略的依据。同样以南昌、郑州、北京为例，进行一年2 次、4 次、6 次、12次的调节，对比其与固定支架方案的发电量提升情况，详细数据见表3。

从表3 和图2 可知，太阳能资源越好，固定可调支架方案的的增益效果越明显；同时，随着调节次数的增多，光伏阵列的发电量增益越高。但光伏阵列的发电量增益并不与调节次数成现行正比例关系，一年2 次倾角调节带来的发电量增益效果最大，均占到总发电增益的70%以上，一年4 次调节、一年8 次调节、一年12 次调节增益效果增长较缓，增益效果并不明显。

调节次数越多，意味着调节的最大倾角越大，这并不利于支架抗风、也提高了项目的土地成本。在实际应用中，基于这些因素的考虑，会人为的降低支架倾角，这会缩减高频次调节（6-12次）的增益效果，降低其性价比。因此，固定可调支架建议进行一年2 次或1 年4 次的倾角调节。

3 固定可调支架应用场景分析

固定可调支架会略微增加项目初始投资以及运维成本，这部分费用相对固定，但其发电量的增益却与应用场景关系密切，在合适的场景使用固定可调支架才能达到理想的收益率。

通过对南昌、郑州、北京的数据进行横向对比分析可知，项目年最佳倾角越大，其倾角调节的范围更大，倾角调节的收益效果更明显；同时，良好的光照资源决定了发电量增益的基数，对发电量提升也有很大的推动作用。因此，在中高纬度、光资源条件好的地区，固定可调方案调整的范围会更加灵活，发电收益会更明显。

4 结论

固定可调支架具备简单可靠、方案灵活、发电效果好等优点，在降本增效的压力下，具有广阔的应用前景。通过对可调支架的应用分析，得出以下结论及建议。

（1）固定可调支架电量增益与应用场景密切相关，适用于中高纬度地区、太阳能资源良好地带的光伏项目。

（2）对土地成本高昂的项目，可把年最佳倾角作为调节的最大角度进行方案设计，消除固定可调支架应用对土地的影响。

（3）在项目规划阶段，可结合当地资源、土地，灵活配置支架方案，使项目收益率最大化，助力平价上网。