“碳达峰、碳中和”新形势下,光伏电站的开发与应用正如火如荼。随着国家乡村振兴战略的提出,光伏与农村的结合也多次出现在相关政策文件中。3月31日,国家能源局发布了《定点帮扶和对口支援工作要点通知》,光伏被列为乡村振兴定点帮扶工作要点。但随着土地资源的愈发紧张,尤其是在中东部省份,进一步提高土地利用价值成为“光伏+乡村振兴”的关键因素。

  国家大战略加持下,光伏+农业、渔业等复合项目的开发趋势愈发明显,这不仅意味着光伏电站的应用场景愈发多样化,同时也对光伏电站的建设标准提出了更高的要求,尤其是土地的高效复合利用。

  “以往的光伏电站开发我们更偏重于光,而忽视了对农、渔的关注,如何把土地的复合利用做到更好,带给我们一个新的思考。”通威新能源工程设计四川有限公司销售服务总监翁晓军在2022年中国光伏市场开发论坛上介绍到,“从目前行业的技术路线分析,柔性技术具备高效土地复合利用的特性。”

  据翁晓军介绍,柔性支架的优势众多,相比传统光伏支架,柔性光伏支架抗裂性能好;柔性支架用钢材量少,承重小,造价低;对场地基础要求小,预装性强,大大缩短了施工周期;大跨度和灵活的操作方式,可以实现最大化的土地空间利用率,保证通风性能好,发电效率高。

  鉴于柔性支架灵活可调、占地面积小的特点,使其具有广泛的应用范围,滩涂、渔塘、污水厂、复杂山地、荒坡和水池等复杂地形都可利用,并且在国家大力倡导渔光互补、农光互补的前提下,柔性光伏支架具有广阔的应用前景。

  “事实上,柔性支架技术早在十几年前就已经出现,之所以一直未能实现大规模、成批量应用的原因,主要是因为之前它存在的一些技术路线问题,使得行业对这项技术产生了质疑”,翁晓军补充到。

  首先是安全性。柔性支架索的疲劳循环使用寿命,随着永久索力水平与应力变幅的增加而迅速下降;高索力及索力波动幅度增加系统成本的同时,增大了索的疲劳破坏(断裂)风险。如何保证索25年甚至30年的寿命是一大挑战。

  其次是跨度、挠度、索系问题。目前大部分的光伏电站跨度普遍为15m~20m,很少电站可以做到25m,不满足大跨度的要求。而国内很多项目选择的挠度为1/100或1/50,超过了规范的2~4倍,使跨中存在扭转现象,组串各组件平面不一致导致适配减少发电量。为了安全打地网,索系设计的很密集,形状如蛛网,不能保证阵列下方有效净空。

  第三,索的耐候性也是行业关注的问题。目前1870MPa公称抗拉强度钢丝可实现A级镀锌,镀锌重量250g/m2等效厚度35μm,索的镀锌无法镀到55μm以上,不能满足室外使用时国标最低要求。所以各厂家采用热镀锌涂油+再生PE保护,并带来新的水面污染风险,包括再生PE老化碎屑、油脂滴漏等。

  另外,由于组件与索为刚性连接,索在安装组件及后张拉过程中伸长,导致组件联合受力,进一步增加组件隐裂风险及索疲劳断裂风险。而现在很多组件厂家对于柔性技术的并不愿意提供质保。这些问题形成了目前我们所看到的柔性支架应用现状。

  面对复合土地利用“门槛”提高以及柔性技术的困局,作为在复合光伏项目上经验积累丰富的企业之一,通威新能源借助在渔光互补方面的经验,将来自于渔业经营的意见汇集到建设项目中去,创新研发了更安全、更耐久、成本更低、效率更高的柔性支架技术,帮助业界实现更高效的土地复合利用,为光伏电站开发和建设提供更多的选项和可能。

  “几年下来,我们总结了一些比较好的柔性技术路线特征,形成了自己的核心优势。现在通威柔性支架的净跨度最大可以做到60米,每MW 50根立柱。一般项目净跨度控制在40米左右,每MW 40根以内立柱,净空可以做到10米,但是净空是可调的”,翁晓军表示。

  据翁晓军介绍,通威柔性支架技术通过了行业最严苛的气动弹性模型试验,三索的柔性索结构符合组件安全、雪载、风载等设计要求,最大抗载能力13级风内,在37.7m/s的风速下能够保证每套系统的安全无损,同时没有扭转风险。

  “近似0挠度的设计提升了系统抗负风的能力(避免了负风延迟响应区),规避了第三方方案下,组件安装平面不一致带来的电流失配问题。专有的Cross-Tie风致振动抑制技术,最大减振98%,系统稳如泰山。独特的低恒载,低变幅,高冗余系统架构,使钢索磨损及疲劳损失大幅度减少,保证了25-30年的寿命。数据验证通威钢索寿命为第三方10倍”,翁晓军坦言,“目前真正做到高冗余、也就是安全备份的厂商并不多,因为安全备份代表着成本上升,而通威是自己投资、持有、运维为一体的,所以我们在这方面的思路与市场上不一样。”

  相比于传统方案,柔性方案实现了部件数量、用钢量、立柱数量大幅度减少,简洁优雅的设计,保证了解决方案的成本竞争力和安装的便捷性。同时,通威还引入了业界领先的锌-5%铝稀土合金预应力钢绞线技术及环氧涂层钢绞线技术,索体挤压锚固前,预先浸涂SK323-AB双组份灌封胶。铝合金、不锈钢、热渗锌达到C4级别,抗腐蚀性能优异。

  在不断升级、成熟的技术支撑下,通威提出了新一代柔性支架设计理念和架构体系。基于仿张弦索桁架结构、Cross-Tie横向减振体系等创新技术特征的柔性支架结构,实现了单跨40m以上,连续920m的全球最大跨度零挠度组件安装平面,兆瓦管桩(立柱)数量降低至50根以下,兆瓦用钢量降低至15t以下,分别为传统固定支架的1/6和1/3,全面领先行业。

  翁晓军强调:“当有足够大的通风以及足够大的跨度,各方面指标都达到以后,整个项目的复合利用才存在可能性。而通威的产品设计,不仅可以实现复合项目实现上面发电+下面种植、养殖的双收益,还可以在全面平价时代,帮助行业降低成本压力。”

  另外,翁晓军还表示,“柔性支架技术开辟了电量增发的新途径。组件上下表面通畅均匀的流场、更高的平均风速水平,增强组件风冷效果的同时,更均匀的温度场可以规避组件间和电池间的失配现象,现场实测方阵有2%左右的增发。”

  以下两张图是通威天津、常德项目的柔性与固定支架的利用小时数对比测试。根据两组数据可以发现,柔性支架下的项目利用小时数均高于固定支架,发电效率也优于固定支架。

  截至目前,在一些技术特征得到保证的情况下,通威的柔性支架故障率几乎可以实现0%,同时拥有全行业最长的1000多小时行业验证时间;目前,通威新能源已在全国建成48座“渔光一体”电站,并网规模超过2.7GW,其中两个百兆瓦级电站全部应用具有专利的柔性设计,在黑龙江、天津、湖北、四川、湖南、广西、广东等地,总规模超391MW的并网和在建项目也在充分发挥通威专利柔性支架设计的优势。通威的专利柔性支架设计已然成为核心竞争力之一。