謝 冬,孟 添，權(quán) 逶

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063)

在光伏電站項(xiàng)目建設(shè)中，光伏組件是項(xiàng)目建設(shè)投資占比最大的設(shè)備，約占40%建設(shè)成本，加上光伏組件的最大功率和轉(zhuǎn)換效率直接決定了光伏電站整體的裝機(jī)容量和系統(tǒng)效率，而光伏支架在建設(shè)成本中占比很小且不屬于電氣設(shè)備，所以項(xiàng)目業(yè)主從收益角度考慮往往最關(guān)注光伏組件選型，從而忽略了光伏支架選型對(duì)項(xiàng)目成敗和收益的重要性[1]。

1 光伏電站項(xiàng)目建設(shè)中遇到的工程難點(diǎn)與解決方案

近年來(lái)，我國(guó)光伏電站總承包企業(yè)在國(guó)內(nèi)電站工程業(yè)務(wù)開(kāi)展得如火如荼。部分優(yōu)秀的央企已走出國(guó)門(mén)，將項(xiàng)目總承包業(yè)務(wù)開(kāi)拓至國(guó)外。這些央企通過(guò)承接海外項(xiàng)目EPC(Engineering Procurement Construction)總承包業(yè)務(wù)，不僅向世界展現(xiàn)了中國(guó)工程管理的高水平和豐富經(jīng)驗(yàn)，還將大量國(guó)內(nèi)品牌光伏組件銷售到了海外，實(shí)現(xiàn)了“工程服務(wù)”和“工程裝備”雙輸出的優(yōu)異成績(jī)。在光伏電站項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)中，EPC總承包方也遇到了許多棘手的技術(shù)問(wèn)題。

1.1 英國(guó)40兆瓦大型光伏地面電站EPC總承包項(xiàng)目

該項(xiàng)目業(yè)主為英國(guó)某光伏投資公司，EPC總承包方為我國(guó)某央企。項(xiàng)目用地為業(yè)主向農(nóng)場(chǎng)主租賃而來(lái)，租期30年。在項(xiàng)目開(kāi)工前，業(yè)主已提供項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的地勘報(bào)告給總包方。農(nóng)場(chǎng)主也開(kāi)放了一半的項(xiàng)目用地給總包方做實(shí)地調(diào)研。競(jìng)標(biāo)的三家光伏支架廠商來(lái)到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，分別根據(jù)自家支架設(shè)計(jì)進(jìn)行了專門(mén)的支架拉拔試驗(yàn)。根據(jù)拉拔試驗(yàn)結(jié)果，三家廠商都確定了適用該項(xiàng)目的光伏支架設(shè)計(jì)方案。最終，采用沖擊樁支架方案的廠商中標(biāo)了該項(xiàng)目。

當(dāng)項(xiàng)目施工時(shí)，由于部分區(qū)域地質(zhì)過(guò)硬，大量沖擊樁不能垂直打入地下。即使把打樁機(jī)壓力調(diào)大，將支架強(qiáng)行打入地下，支架也會(huì)發(fā)生彎折而達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)深挖后，施工方在地下發(fā)現(xiàn)大量硬質(zhì)巖石。這使得原有沖擊樁方案無(wú)法繼續(xù)施工，需要換其他設(shè)計(jì)方案。除了沖擊樁，光伏支架常見(jiàn)類型還有水泥灌注樁。水泥灌注樁方案需要結(jié)合地基，以當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，新澆筑的水泥基礎(chǔ)至少需要22 d的凝固時(shí)間。根據(jù)當(dāng)?shù)卣?guī)定，英國(guó)大型光伏電站項(xiàng)目需要在3月底前全容量并網(wǎng)發(fā)電，否則將拿不到當(dāng)年的新能源補(bǔ)貼，這將對(duì)業(yè)主造成巨大經(jīng)濟(jì)損失?？偘秸撟C后發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水泥灌注樁方案無(wú)法滿足該項(xiàng)目工期要求。

總包方、支架廠商與施工方三方緊急商討，設(shè)計(jì)出了一種因地制宜的新型支架方案。該方案是在支架最下方增加承重板，在承重板上加裝已成型的水泥方塊。該方案不僅達(dá)到了固定支架的目的，還省去了水泥灌注這一費(fèi)時(shí)工序。電站最終按時(shí)并網(wǎng)，總包方克服了項(xiàng)目技術(shù)難點(diǎn)、沒(méi)有延誤工期，得到了業(yè)主高度好評(píng)。

1.2 緬甸220兆瓦大型光伏地面電站EPC總承包項(xiàng)目

該項(xiàng)目業(yè)主為泰國(guó)某投資公司，EPC總承包方為我國(guó)某央企。項(xiàng)目用地采用與政府指定公司簽訂長(zhǎng)期租賃協(xié)議的方式獲得使用權(quán)，租賃期限與購(gòu)電協(xié)議30年相匹配并允許在獲準(zhǔn)展期的前提下允許租約展期。該電站是當(dāng)時(shí)東南亞單體裝機(jī)容量最大的光伏電站，同時(shí)也是“一帶一路”區(qū)域的代表性新能源項(xiàng)目。因此，海內(nèi)外有多家大型工程企業(yè)主動(dòng)競(jìng)標(biāo)該項(xiàng)目的總承包工作，競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。經(jīng)過(guò)多輪評(píng)標(biāo)，我國(guó)某央企以極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格獲得了該項(xiàng)目的總承包標(biāo)段。為了確保盈利，該總包方?jīng)Q定將“精益生產(chǎn)”的思想落實(shí)到工程每個(gè)環(huán)節(jié)。

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地表植被稀少、土質(zhì)疏松，緬甸雨季強(qiáng)降雨巨多，存在水土流失導(dǎo)致光伏支架不穩(wěn)固乃至倒塌的隱患。按照光伏項(xiàng)目行業(yè)慣例，一個(gè)光伏項(xiàng)目只需要設(shè)計(jì)一種型號(hào)的光伏支架，由光伏支架廠商負(fù)責(zé)大規(guī)模生產(chǎn)即可[2]。為了達(dá)到解決水土流失隱患和節(jié)約支架采購(gòu)成本兩個(gè)目的，中方總包團(tuán)隊(duì)聯(lián)合葡萄牙第三方支架設(shè)計(jì)公司以及光伏支架廠商，一起根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)計(jì)了4種長(zhǎng)度不同的立柱，共組合成8種不同類型的光伏陣列。設(shè)計(jì)思路是：在土質(zhì)越松軟的地塊，光伏陣列的立柱越深；在抗風(fēng)荷載要求越高的地塊，光伏陣列的立柱數(shù)量越多。項(xiàng)目施工方是第一次接觸定制化支架。為了確保施工時(shí)工人們能正確無(wú)誤地安裝光伏支架并不影響項(xiàng)目工期，總包方還特地讓葡萄牙第三方的支架設(shè)計(jì)公司派工程師到緬甸項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工方如何正確快速地安裝支架。

項(xiàng)目最終按期順利并網(wǎng)，并在運(yùn)營(yíng)期間經(jīng)受住了強(qiáng)風(fēng)暴雨等惡劣天氣的考驗(yàn)?？偘降膬?yōu)異表現(xiàn)得到了業(yè)主高度評(píng)價(jià)，業(yè)主后續(xù)將項(xiàng)目二、三、四期的總承包標(biāo)段也交給了這家中方公司。在項(xiàng)目竣工核算時(shí)，總包方經(jīng)過(guò)與原設(shè)計(jì)的常規(guī)支架方案對(duì)比后計(jì)算得出，該新支架方案使項(xiàng)目在光伏支架采購(gòu)單項(xiàng)上節(jié)約了約22%成本。

1.3 英國(guó)60兆瓦大型光伏地面電站EPC總承包項(xiàng)目

上海某央企中標(biāo)了該項(xiàng)目總承包標(biāo)段。中標(biāo)時(shí)的11月在英國(guó)當(dāng)?shù)匾咽嵌荆凑沼?guó)政府新能源政策，項(xiàng)目必須趕在明年3月底前全額上網(wǎng)才能拿到當(dāng)年光伏電價(jià)補(bǔ)貼。工期短、冬季不利于施工，都是該總包方必須想方設(shè)法解決的工程難點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)支架安裝時(shí)，每塊光伏組件需要用四個(gè)夾具壓塊來(lái)固定，每塊夾具壓塊需要用一個(gè)螺栓來(lái)固定。整個(gè)安裝流程至少需要兩名工人同時(shí)配合，較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力?？偘綄?duì)支架廠商提出了新支架快速安裝的設(shè)計(jì)訴求，希望新支架在安裝時(shí)可以盡可能減少工序，同時(shí)也減少小型配件數(shù)量。

支架廠商為該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了新型滑軌式支架。該支架在安裝光伏組件時(shí)無(wú)需使用夾具壓塊和螺栓等配件，只需將組件兩端對(duì)齊滑入導(dǎo)軌內(nèi)即可。該設(shè)計(jì)極大提高了工人安裝的便利性，使得項(xiàng)目整體安裝支架工期比以往縮短了25%以上。導(dǎo)軌支架比標(biāo)準(zhǔn)的壓塊支架在用料上有所增加，相應(yīng)的總包方的支架采購(gòu)成本也有所增加。該項(xiàng)目地處英國(guó)，施工隊(duì)伍都是歐洲工人，人工成本較高。該新型支架縮短了工期，也就節(jié)約了項(xiàng)目施工中的人工費(fèi)用。經(jīng)過(guò)核算，節(jié)省的人工費(fèi)用完全可以覆蓋新型支架增加的采購(gòu)成本，而且還有盈余。綜上分析，滑軌型光伏支架適合人工成本較高區(qū)域的光伏電站項(xiàng)目。

2 對(duì)未來(lái)光伏支架發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)與展望

在過(guò)往光伏電站總承包工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的規(guī)劃，筆者認(rèn)為光伏支架未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分為三部分：從規(guī)?；D(zhuǎn)為定制化、設(shè)備化轉(zhuǎn)為建材化、工業(yè)化轉(zhuǎn)為綠色化。

2.1 從規(guī)?；D(zhuǎn)為定制化

光伏電站在我國(guó)發(fā)展初期大都建設(shè)在新疆、青海、甘肅等省份。這些地區(qū)有大片閑置地塊，由于交通不便和缺乏配套資源，不適宜建工廠；由于地質(zhì)貧瘠和降水量較少，也不滿足農(nóng)作物種植條件，但這些地區(qū)太陽(yáng)光資源條件較好，光伏電站在這些區(qū)域會(huì)有較高的電能產(chǎn)出。因?yàn)樯鲜鲈?，這些地區(qū)在當(dāng)時(shí)成為了我國(guó)建設(shè)光伏電站的首選項(xiàng)目地。隨著光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，單個(gè)地面光伏電站的裝機(jī)容量也從最初的兆瓦級(jí)別發(fā)展到現(xiàn)在的上百兆瓦級(jí)別。這些項(xiàng)目的光伏支架大都是同一類型，不同項(xiàng)目中使用的支架設(shè)計(jì)區(qū)別不大，支架廠商不需要在設(shè)計(jì)上投入太多物力人力，只需快速大規(guī)模生產(chǎn)即可。

近年來(lái)光伏項(xiàng)目遍地開(kāi)花，土地資源越來(lái)越稀缺，項(xiàng)目用地成本水漲船高，滿足建設(shè)大型光伏電站條件的土地資源越來(lái)越少。光伏電站的主流將會(huì)從大型地面電站逐步轉(zhuǎn)為分布式小型電站。分布式電站大多建在工廠、學(xué)校、商場(chǎng)等建筑物外立面上。光伏支架需要在不破壞原有建筑物的前提下，牢牢地把光伏組件安裝在建筑物外立面。每個(gè)建筑物外立面的結(jié)構(gòu)和材料各不相同，所以每個(gè)項(xiàng)目對(duì)光伏支架的技術(shù)要求并不一致，需進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。這些光伏電站與建筑物融為一體，所以對(duì)光伏支架的整體美感也有一定要求。與大型地面光伏電站一般選用晶硅組件不同，光伏幕墻首選組件類型為薄膜組件，例如銅銦鎵硒組件和碲化鎘組件，而在建筑物屋頂上則首選晶硅組件。換言之，分布式光伏電站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在滿足建筑安全和美觀的前提下，需要把晶硅組件和薄膜組件和諧統(tǒng)一地設(shè)計(jì)在同一系統(tǒng)里，讓分布式電站可以安全高效地產(chǎn)出電能。這對(duì)光伏支架廠商提出了更高的要求，不僅要懂光伏電站還要對(duì)建筑學(xué)有一定的了解。

相信在未來(lái)對(duì)建筑學(xué)有更深更遠(yuǎn)理解的光伏支架廠商才能在激烈的光伏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。相應(yīng)的，未來(lái)的光伏電站總承包方不僅要對(duì)光伏電站了如指掌，同時(shí)要對(duì)建筑的工程要點(diǎn)有所掌控，才能在未來(lái)有所建樹(shù)。

2.2 從設(shè)備化轉(zhuǎn)為建材化

光伏市場(chǎng)未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是光伏建筑一體化BIPV (Building Integrated Photovoltaics)。當(dāng)前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了很多BIPV光伏產(chǎn)品和工程。經(jīng)過(guò)深入研究，會(huì)發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)是在已完工交付的建筑上進(jìn)行安裝施工，準(zhǔn)確說(shuō)這類產(chǎn)品和工程屬于“安裝型光伏建筑”BAPV (Buliding Attached Photovoltaics)，并不屬于BIPV。

BIPV的要點(diǎn)在于光伏系統(tǒng)成為建筑物本身不可或缺的結(jié)構(gòu)件，而不僅僅是成為建筑物外立面上負(fù)責(zé)發(fā)電的附加件，所以這對(duì)光伏組件提出了很多建筑方面的技術(shù)要求。BIPV的光伏組件需要把電器屬性與建筑性能相結(jié)合，目前較成熟的方案是三明治結(jié)構(gòu)案。該方案是一個(gè)集成模塊，由三層組成：最外層為光伏組件，利用光生伏打效應(yīng)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；最里層為玻璃，功能是采光隔熱；中間層為真空狀態(tài)，起到保溫隔熱、隔音降噪作用；三層結(jié)構(gòu)外部根據(jù)不同承重要求，可用輕鋼或鋁合金做外邊框，起到固定和承重的作用。這個(gè)光伏模塊需要光伏支架廠商和光伏組件一起研發(fā)制造。

未來(lái)理想化中BIPV系統(tǒng)，無(wú)論是建筑物頂部的光伏彩鋼瓦還是墻面的光伏幕墻，都是模塊化的，只需在建筑物建造過(guò)程中一起安裝完成即可。光伏組件已從單一的電氣設(shè)備轉(zhuǎn)為一種新型建材。到那時(shí)，光伏電站項(xiàng)目總包方需要在建筑設(shè)計(jì)時(shí)就與建筑物項(xiàng)目總包方一起參與其中，并在建筑施工時(shí)與建筑總包方相互配合一起完成建筑的建設(shè)。

2.3 從工業(yè)化轉(zhuǎn)為綠色化

光伏企業(yè)屬于新能源行業(yè)，為了響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略，將用產(chǎn)品和工程做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，擁有大量生產(chǎn)型企業(yè)，無(wú)論是勞動(dòng)密集型的電子產(chǎn)品廠還是玻璃、水泥等大型工業(yè)生產(chǎn)線，節(jié)能減排都是與贏利同等重要的任務(wù)。利用光伏改造這些工廠，讓工廠盡可能多地使用自發(fā)自用的電能，是新能源業(yè)務(wù)的主攻方向之一。

光伏支架廠商和光伏組件企業(yè)正在研發(fā)光電轉(zhuǎn)換率更高、安裝更便捷的光伏模塊。目前研發(fā)方向是把光伏組件產(chǎn)生的熱量，作為建筑物供暖的補(bǔ)充。光伏電站項(xiàng)目總包方和光伏支架廠商通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探勘，研究如何在這些工廠內(nèi)找到盡可能多的建筑面積來(lái)合理安裝光伏組件，以制定出裝機(jī)容量最多的設(shè)計(jì)方案。最終目標(biāo)是通過(guò)光伏改造，讓原本高耗能的生產(chǎn)企業(yè)變成“零碳工廠”[3]。

3 結(jié) 語(yǔ)

光伏電站總包方在做完項(xiàng)目盡職調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘后，對(duì)于不同項(xiàng)目需要針對(duì)性地選用最適宜的光伏支架方案，要在追求發(fā)電量最大化與安裝可靠性之間找到平衡的最優(yōu)解[4]。

未來(lái)光伏電站總包方不僅需要在工程管理技術(shù)方面努力提升水平，更需要聯(lián)合光伏支架等光伏設(shè)備供應(yīng)商一起研發(fā)適合市場(chǎng)的光伏設(shè)備。只有這樣，光伏總包企業(yè)才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的紅海中走出一條康莊大道。