大型地面光伏新型组件支架安装项目管理分析

许 鑫

福建永福电力设计股份有限公司 福建福州 350108

“十四五”规划是碳达峰关键期、推进碳中和起步期。提升“非化石能源占比”是实现碳排放目标的核心路径，碳减排需要能源供给侧和需求侧共同革命。因此，发展新能源发电将成为“十四五”期间的全球主题。在大政策大背景的前提下，如何提升光伏组件的发电能力和降低度电成本已经成为发展的一个重要工作，所以需要在设备、应用方案、项目管理等方面不断创新和优化来降低度电成本，达到降本增效的目的。

1 大型地面光伏支架分析的必要性

在当前环境下，光伏行业已经趋于饱和状态，同时也面临着土地短缺、平价上网的压力，如想达到成本优化的目的，需要对光伏项目进行全方位的优化，来提高竞争力和节省造价成本。因此，对大型地面光伏支架的分析和优化管理是必不可少的环节。通过研究大型地面光伏支架系统，分析影响支架系统整体造价成本的影响因素，从而得到最大化发电量和最优化成本的方案，为后续工程提供参考和指导方向。

2 光伏组件固定式支架对比分析

2.1 光伏方阵方位角的选择

方位角是太阳光线在地平面投影与地平面正南方向线之间的夹角。它表示太阳光线的水平投影偏离正南方向的角度，取正南方向为起始点(即0°)，向西为正，向东为负。一般情况下，方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0°)时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南(北半球)30°时，方阵的发电量将减少10%～15%；在偏离正南(北半球)60°时，方阵的发电量将减少20%～30%。所以本工程中方阵方位角选为0°，即朝向正南。

2.2 光伏支架桩基比选

组件安装支架由桩基和支架两部分组成，结合越南平顺涵剑49MWp地面光伏EPC总承包项目对桩基和支架进行比对分析，以1MW容量为基准，将对预制混凝土桩、螺旋钢管桩、钢管桩、微型灌注桩以及PHC管桩进行桩型比选。

2.2.1 预制混凝土桩

经计算，一个光伏阵列需布置9根桩，分为10跨，1MW约为43个阵列。预制混凝土桩材料如表1所示：

表1

2.2.2 螺旋钢管桩

经计算，一个光伏阵列需布置18根桩，分为10跨，1MW约为43个阵列。螺旋钢管桩材料如表2所示：

表2

2.2.3 钢管桩

经计算，一个光伏阵列需布置9根桩，分为10跨，1MW约为43个阵列。钢管桩材料如表3所示：

表3

2.2.4 微型灌注桩

经计算，一个光伏阵列需布置18根桩，分为10跨，1MW约为43个阵列。微型灌注桩、钢材材料如表4所示：

表4

2.2.5 PHC管桩

经计算，一个光伏阵列需布置9根桩，分为10跨，1MW约为43个阵列。PHC管桩材料如表5所示：

表5

2.2.6 桩基形式比选

表6

2.2.7 结论

预制混凝土方桩生产成本低，相对节约钢材，承载能力大，施工技术难度小，可用于现场直接预制，便于施工；微型灌注桩是一种小直径的钻孔灌注桩，成孔后插入型材再灌注水泥砂浆，施工时对附近的桩基及建筑物影响小，施工过程相对简单，但灌注桩成形时间较长，对施工周期会造成影响；钢管桩及螺旋钢管桩施工过程简单方便，螺旋钢管桩还具备后期处理优势，可反向旋转拔出，重复利用，同时具备良好的抗拔性能，采用螺旋钢管桩需要采用双排柱，桩的数量增加一倍，桩基施工周期较长；钢管桩方案钢材耗量大，造价较高；PHC管桩单桩承载力高，抗弯性能及抗拔性能较好，应用范围广，生产工艺成熟，可在工厂内标准化大批量生产。

同时考虑到地下水对混凝土结构具有中～强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构具有腐蚀性，而且螺旋钢管桩的钢材防腐比较复杂，桩基生产成本增加较大。微型灌注桩在强腐蚀环境中一般不建议使用，目前缺乏此类工程应用的经验。预制混凝土方桩通过提高混凝土强度等级，降低水灰比，添加抗腐蚀参合料，提高抗渗性，一般可应用在强腐蚀环境，国内已有较多应用。相对PHC桩，预制混凝土方桩的强度等级和抗渗性相对较差。所以考虑桩基工程量、场地适应性、质量等因素影响，通过各类桩基的比选，本工程推荐选用Φ300mm截面的PHC管桩作为光伏支架桩基。

2.3 光伏组件支架比选

2.3.1 支架

由于电池组件自重很小，支架设计时，风荷载起控制作用，因此最不利荷载组合中不考虑地震荷载，光伏支架设计风荷载考虑25年一遇荷载取值。

2.3.2 组件排列方案比选

结合越南平顺涵剑49MWp地面光伏EPC总承包项目，按照1MW光伏组件布置进行比较，计算得28块组件组成一个光伏组件串，基于接线和布置方便，对2×28(双排布置)、4×14(横排布置)、8×7(之字形布置)共三种光伏组件排列方式进行比较。桩基形式选用PHCΦ300管桩。

表7 单桩形式三种光伏组件排列方式对照表

2.3.3 结论

通过对比，1MW容量光伏组件的三种布置方式：采用2×28(双排布置)布置形式在桩基数量相同的情况下，用钢量较4×14(横排布置)布置方式少约7.72t，较8×7(之字形布置)布置方式少约2.51t。用桩量上2×28(双排布置)形式和4×14(横排布置)形式数量相当，较8×7(之字形布置)形式数量少。

3 光伏组件发电量对比分析

3.1 太阳能电池选型

太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件，目前国内外使用最普遍的是单晶硅、多晶硅太阳能电池，其各项参数指标的优劣直接影响着整个光伏发电系统的发电性能，以下是对常用的晶体硅太阳能电池技术性能比较：

多晶硅。转换效率：电池片一般17%～19%；价格：材料制造简便，节约电耗，总的生产成本不断降低；外部环境适应性：输出功率与光照强度成正比，在高温条件下效率发挥不充分；自主化产能：产业链完整，生产规模大、技术先进，产能大；实际工程应用：现阶段大多数电站采用多晶硅组件。

单晶硅。转换效率：电池片一般19%～21%；价格：生产工艺相对复杂，总的生产成本与多晶硅造价高；外部环境适应性：输出功率与光照强度成正比，在高温条件下效率发挥不充分；自主化产能：产业链较完整，生产规模大、技术先进；实际工程应用：现阶段大多数地面电站采用单晶硅组件。

从比较结果可以看出：(1)单晶硅太阳能电池组件较多晶硅太阳能电池组件转化效率高，单块组件容量大，可提高装机容量，可节省占地面积，减少系统造价，适用于大型地面光伏。(2)单晶硅太阳能电池组件弱光性能比多晶硅太阳能电池组件好，单晶硅太阳能电池组件更适用于光资源略差的地区。(3)单晶硅太阳能电池组件比多晶硅太阳能电池组件价格略高，两者差别较小。(4)目前电站主流组件大多采用单晶硅太阳能电池组件。

因此，综合考虑上述因素，推荐选用单晶硅太阳能电池组件。

3.2 光伏组件选型

单晶硅太阳能电池组件的功率规格较多，且产品应用较为广泛。从太阳辐照特征和环境条件的角度来说，本工程场址区内各种类型的太阳能电池均可应用，但本工程属大型地面光伏，综合考虑选择性价比以及市场主流产品型号。

3.3 光伏组件发电量模拟仿真计算

结合本项目，运用PVSYST对2×28(双排布置)、4×14(横排布置)、8×7(之字形布置)三种支架形式进行发电量仿真模拟如表8：

表8 模拟仿真表数据结果表

总结：运用Pvsyst软件结合本项目分析如下：(1)2×28(双排布置)、4×14(横排布置)、8×7(之字形布置)三种支架布置形式发电量变化不明显，最大相差不足8%；(2)2×28(双排布置)、4×14(横排布置)支架布置形式占地面积几乎相当；8×7(之字形布置)支架布置形式占地面积明显减少，相比其他两种支架形式减少比例高达36%。

所以在本项目中推荐采用8×7(之字形布置)支架布置形式，在不影响发电量的前提下，可以节约土地面积降低造价成本。

3.4 光伏组件度电成本对比分析

结合本项目，对2×28(双排布置)、4×14(横排布置)、8×7(之字形布置)三种支架形式进行占地费用、桩基费用及支架费用统计比较，并形成度电成本如表9：

表9 度电成本对比分析表

总结：8×7(之字形布置)支架形式在占地费用、桩基费用及支架费用总和中费用最低，2×28(双排布置)支架形式次之，4×14(横排布置)支架形式最差。所以在本项目中推荐采用8×7(之字形布置)支架布置形式，度电成本较低。

4 结论

(1)每1MW容量，三种布置方式采用2×28(双排布置)布置形式在用钢量较4×14(横排布置)布置方式少约7.72t，较8×7(之字形布置)布置方式少约2.51t。在用桩量上2×28(双排布置)形式和4×14(横排布置)形式数量相当，较8×7(之字形布置)形式数量少。

(2)三种布置方式发电量变化不明显，最大相差不足8%；8×7(之字形布置)支架布置形式占地面积减少明显，相比其他两种支架形式减少比例高达36%。

(3)8×7(之字形布置)支架布置形式在占地费用、桩基费用及支架费用总和中费用最低，2×28(双排布置)支架形式次之，4×14(横排布置)支架形式经济性最差。

选择“之字形”支架布置适用于大型地面光伏，可以在发电量保持不变的前提下，大量节省占地面积，节约项目成本，提高单位面积的发电量，达到降本增效的目的。