光伏電站采用不同支架方案的經(jīng)濟(jì)性分析

唐勇，賈憲武，李冠贏

（1.天津大唐國(guó)際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司，天津 301901；2.中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司火力發(fā)電技術(shù)研究院，北京 100040）

光伏支架是電站系統(tǒng)的骨骼，一方面決定了光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，另一方面，其結(jié)構(gòu)型式也決定了光伏系統(tǒng)接收太陽(yáng)能輻照的能力。固定支架的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、價(jià)格低、故障率低，因此初始投資、維護(hù)成本都較低，但是接收太陽(yáng)能輻照的能力較弱，發(fā)電量較低。跟蹤支架由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（可旋轉(zhuǎn)支架）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（包括通信控制箱、傳感器、云平臺(tái)、電控箱等部件）三部分組成，通過(guò)電機(jī)控制追蹤太陽(yáng)高度角和方位角，能夠接收更多的太陽(yáng)輻射，從而增加發(fā)電量；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)部件多、故障率高、占地面積大，因此初始投資、維護(hù)費(fèi)用都較高。隨著光伏進(jìn)入平價(jià)時(shí)代，發(fā)電成本開(kāi)始取代初始投資成本成為投資業(yè)主最關(guān)心的因素。跟蹤支架在不同地形、緯度、氣候等條件下對(duì)發(fā)電量的提升效果不同，因此針對(duì)一個(gè)具體的項(xiàng)目，采用跟蹤支架方案的發(fā)電成本是否優(yōu)于固定支架和固定可調(diào)支架方案，需要借助經(jīng)濟(jì)性分析進(jìn)行判斷。

1 發(fā)電量計(jì)算分析

本文以天津盤山某58.24MW光伏項(xiàng)目為例，選取了5種光伏支架，分別為固定傾角支架、固定可調(diào)支架、平單軸支架、斜單軸支架和雙軸跟蹤支架。非固定傾角支架的調(diào)節(jié)角度設(shè)定如表1所示。

表1 五種光伏跟蹤支架的調(diào)節(jié)角度設(shè)定值

經(jīng)模擬計(jì)算，不同支架方案的光伏系統(tǒng)月度發(fā)電量和年度發(fā)電量分別如圖1和表2所示，可以得到，固定傾角35°時(shí)，光伏系統(tǒng)的全年發(fā)電量最高，為77389MWh。因此，若天津盤山光伏項(xiàng)目采用固定支架，最佳傾角為35°。光伏系統(tǒng)若采用固定可調(diào)支架或跟蹤支架，其年度發(fā)電量均高于固定傾角支架方案。與35°固定支架方案相比，若采用固定可調(diào)支架，其發(fā)電量提升比例為4.26%；若采用平單軸跟蹤支架，其發(fā)電量提升比例為9.68%；若采用斜單軸跟蹤支架，其發(fā)電量提升比例為19.45%；若采用雙軸跟蹤支架，發(fā)電量提升比例為22.81%，如圖2所示。

圖1 不同支架方案的光伏系統(tǒng)月度發(fā)電量

圖2 不同支架方案的光伏系統(tǒng)發(fā)電量提升率

表2 不同支架方案的光伏系統(tǒng)年度發(fā)電量

非固定支架可以盡量讓太陽(yáng)光垂直于光伏組件，因此高直射比的地方更適合采用非固定支架方案，天津盤山地區(qū)的直射比為0.625，屬于較高水平，因此從發(fā)電量提升角度看，該地適合采用斜單軸和雙軸跟蹤支架。但考慮到非固定傾角支架的成本較高，因此需要從發(fā)電成本角度來(lái)判斷采用非固定傾角支架是否優(yōu)于35°固定傾角支架。

2 發(fā)電成本計(jì)算分析

光伏電站的投資成本分為技術(shù)成本和非技術(shù)成本，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已逐步邁進(jìn)平價(jià)時(shí)代，技術(shù)成本不再是光伏發(fā)電上網(wǎng)的阻礙，且技術(shù)成本下降的速度逐漸減緩、下降空間有限，未來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)光伏平價(jià)上網(wǎng)的關(guān)鍵為非技術(shù)成本。大型地面光伏電站的非技術(shù)成本包含土地及稅費(fèi)成本、限電成本、融資成本、電網(wǎng)送出成本以及前期開(kāi)發(fā)費(fèi)等。其中，土地成本占到光伏發(fā)電投資成本的6%～8%，甚至更高。由于不同的光伏支架的單瓦成本和占地面積均有較大差異，因此本文主要考慮這兩個(gè)因素來(lái)論證不同光伏支架對(duì)發(fā)電成本的影響。

電力工程的初始投資金額一般較大，投資單位往往采用項(xiàng)目融資方式籌集建設(shè)資金。為了更加真實(shí)地反映光伏發(fā)電成本，本文按照如下方式計(jì)算發(fā)電成本。

式中，NI為光伏電站凈投資，元；TI為光伏電站總投資，元，計(jì)算依據(jù)如表3所示；TR為光伏電站稅率，%，本文按照25%稅率計(jì)算；LA為光伏電站貸款本金，元，本文按照貸款本金等于凈投資（NI）處理；AIT為光伏電站貸款年利率，%，本文按照4.9%貸款年利率計(jì)算；RY為光伏電站還貸款年數(shù)、年，本文按照還貸款20年計(jì)算；GC為光伏發(fā)電成本，元/kWh；RA為光伏電站每年支出成本，元/年；APO為光伏電站每年發(fā)電量，kWh/年。

表3 光伏電站總投資計(jì)算依據(jù)

不同光伏支架的單瓦成本如表3所示。占地面積方面，在地理位置北緯40°附近，相比固定支架，固定可調(diào)支架的占比面積略微增加，平單軸跟蹤支架的占地面積提高約4.32%，斜單軸跟蹤支架的占地面積提高約98.92%，雙軸跟蹤支架的占地面積提高約116.76%。若按照600元/畝/年的土地價(jià)格和一次性繳納20年租金將土地成本折算為單瓦投資，則固定可調(diào)支架提高約0.005元/Wp，平單軸跟蹤支架提高約0.021元/Wp，斜單軸跟蹤支架提高約0.475元/Wp，雙軸跟蹤支架提高約0.560元/Wp，如表3“其他成本”所示。

按照公式（1）～（3）計(jì)算，天津盤山光伏項(xiàng)目若采用35°固定支架，其發(fā)電成本約為0.2769元/kWh。與之相比，若采用固定可調(diào)支架，其發(fā)電成本約為0.2768元/kWh，降低了0.06%；若采用平單軸跟蹤支架，其發(fā)電成本約0.2778元/kWh，提高了0.31%；若采用斜單軸跟蹤支架，其發(fā)電成本約0.3023元/kWh，提高了9.17%；若采用雙軸跟蹤支架，其發(fā)電成本約0.3236元/kWh，提高了16.86%，如圖3所示。

圖3 不同支架方案的光伏系統(tǒng)發(fā)電成本對(duì)比

從上述計(jì)算和分析可知，盡管采用固定可調(diào)支架和跟蹤支架能明顯提升光伏電站的發(fā)電量，但是，由于設(shè)備投資成本和土地成本均有明顯增加，折算到發(fā)電成本，天津盤山光伏項(xiàng)目若采用跟蹤支架，發(fā)電成本不降反增，若采用固定可調(diào)支架，發(fā)電成本略微下降。如果再考慮到跟蹤支架的高度較高，清洗、維修難度均較高，導(dǎo)致運(yùn)維費(fèi)用增加，自耗電較高以及故障率較高等因素，采用跟蹤支架的經(jīng)濟(jì)性將更低。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著光伏發(fā)電步入平價(jià)上網(wǎng)階段，發(fā)電成本成為投資光伏項(xiàng)目首要考慮因素，可調(diào)支架和跟蹤支架可明顯提升發(fā)電量，但是，由于其初始投資成本、運(yùn)維成本和故障率等均較高，對(duì)發(fā)電成本的影響需要具體項(xiàng)目具體分析。本文以天津盤山某光伏項(xiàng)目為例，分析了不同傾角的固定支架，以及可調(diào)支架和跟蹤支架的發(fā)電量和發(fā)電成本差異，得出以下結(jié)論：

（1）從發(fā)電量提升角度看，若采用固定支架方案，35°傾角的全年發(fā)電量最高，采用固定可調(diào)支架和跟蹤支架均能明顯提升發(fā)電量，斜單軸和雙軸跟蹤支架提升發(fā)電量最明顯。（2）從發(fā)電成本角度看，考慮光伏支架的投資成本和土地成本，采用跟蹤支架并不能降低發(fā)電成本，首先，成本最低的光伏支架方案為固定可調(diào)支架，其次為35°固定傾角支架。若再考慮跟蹤支架運(yùn)維難度、自耗電率、故障率等因素，跟蹤支架的經(jīng)濟(jì)性將更低。

綜上所述，本文建議天津盤山該光伏項(xiàng)目采用固定可調(diào)支架或35°固定傾角支架。