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垂直雙面光伏在法國建成
最近，Engie 集團(tuán)旗下的法國能源公司 Compagnie Nationale du Rhône (CNR)開始沿著400 公里之長的堤壩安裝垂直型光伏。
該公司認(rèn)為這是開發(fā)大規(guī)模垂直光伏發(fā)電的絕佳機(jī)會(huì)。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以提高原有土地的價(jià)值，同時(shí)還可以保留其本有的發(fā)電用途。但由于其涉及許多技術(shù)挑戰(zhàn)，例如電纜長度和電阻損耗，而一直沒有得到廣泛利用。
作為“光伏大線路”創(chuàng)新計(jì)劃的一部分，CNR共計(jì)劃部署三個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在展示這些長達(dá)數(shù)十公里的光伏園區(qū)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。
該公司自 2017 年以來一直在開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，第一個(gè)試點(diǎn)設(shè)施于2021年 12 月在法國伊澤爾省的 Sablon 堤壩上投入使用。此次采用的是3米高的垂直型雙面光伏面板，容量為104 kW，被安裝在350 m長的運(yùn)河沿岸上。
此外，CNR 還與法國能源轉(zhuǎn)型研究所INES. 2S 合作，以優(yōu)化垂直設(shè)施的架構(gòu)。例如，該研究所開發(fā)出了一種軟件工具，可以確定此類發(fā)電廠的最佳布局，并對(duì)所涉問題進(jìn)行精確盤點(diǎn)。
第二個(gè)項(xiàng)目將長達(dá) 1.5 公里，位于 ViaRhôna 的堤壩上。該堤壩沿著羅納河不斷延伸，因此，光伏面板是東西朝向的。這項(xiàng)計(jì)劃將于 2023 年開始建設(shè)。值得關(guān)注的是，此次將允許測(cè)試新型的能量疏散裝置，以減少由于電纜運(yùn)輸造成的能量損失。此外，該公司表示，第三個(gè)項(xiàng)目將全長10-20公里，2025年預(yù)計(jì)可以建成。
02
垂直型雙面光伏的優(yōu)勢(shì)
為了提高發(fā)電效率，對(duì)于雙面光伏組件的研究成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)之一。
一般情況下，組件背部將接收到多少太陽輻射，最重要的是取決于周圍表面的反射率以及組件的安裝方式。所謂的反照率值是衡量表面反射太陽輻射的程度。例如，反照率值在深水上方的高日照情況下約為10 %，草地為10 % - 30 %，新下的雪高達(dá)75 % - 95 %。因此，周圍地表的反照率值是產(chǎn)量增加的一個(gè)重要因素。
另一個(gè)因素是所謂的“雙面因素”，它衡量面板后部與面板前部相比將產(chǎn)生多少能量。 目前，在雙面組件中，雙面系數(shù)通常在 70% 到 95% 之間。 例如，95% 的雙面系數(shù)意味著，在相同條件下，組件背面將僅產(chǎn)生前部的 95% 的能量。因此，如果設(shè)施位于理想的安裝條件（高反照率值，例如雪或明亮的屋頂表面、完美的方向、無陰影），則可能的產(chǎn)量增益將可在 30 % 到 50 %之間變化。
雙面組件的特別之處在于，除了從背面產(chǎn)生的產(chǎn)量增益之外，還可以為用戶提供其他安裝方式。當(dāng)然，與傳統(tǒng)面板相比，最根本的變化就是垂直安裝，而其中最常見的就是組件的東/西方向。與傳統(tǒng)布局相比，這種模式有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：
首先，垂直地布局雙面組件會(huì)改變發(fā)電曲線。目前大多數(shù)光伏組件的發(fā)電高峰期都在中午達(dá)到最大值，但這種垂直型雙面組件可以分別在上午和下午達(dá)到峰值。這樣不僅可以比傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備多產(chǎn)生5 %至10 %的收益率之外，其真正的優(yōu)勢(shì)是，在現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格普遍上漲的情況下，現(xiàn)在產(chǎn)生了更多的電力供給。在世界各地，我們可以看到越來越多的發(fā)電廠正在規(guī)劃或建設(shè)中。 就這些發(fā)電廠而言，未來的電價(jià)將取決于電力交易的情況，這對(duì)于其盈利水平來講至關(guān)重要。而這種組件可以避免光伏電站產(chǎn)生所謂的“蠶食效應(yīng)”（即中午高峰電價(jià)大幅降低），減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。
另一個(gè)顯著的區(qū)別是土地使用的變化。與傳統(tǒng)安裝方式的組件相比，為了避免自身遮擋，垂直安裝的雙面組件需要更大的間距。這會(huì)導(dǎo)致土地利用率較低，但這種較大的間距可以在如農(nóng)業(yè)用地等具有諸多限制的土地上安裝。這樣，既可以保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行，還可以降低土地租賃成本，從而解決日益嚴(yán)重的土地消耗問題。因?yàn)轫?xiàng)目開發(fā)商在出售電站時(shí)通常會(huì)尋求獲得最大裝機(jī)容量以優(yōu)化利潤，所以能源供應(yīng)商會(huì)對(duì)這一概念更加感興趣。
第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將組件表面因積雪和積灰造成的損失降至最低，這種垂直型組件不會(huì)造成雪或者灰塵的堆積，可以減少大部分在多雪地區(qū)和沙漠地區(qū)的損失。至于其適用于哪種發(fā)電站，還將取決于組件的透明度。因此，正常情況下，這種垂直型雙面組件最適合安裝在汽車停車棚、隔音屏障、圍欄、浮式光伏以及上述農(nóng)業(yè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中。
03
德國學(xué)者：在農(nóng)地上的應(yīng)用
如上問所述，與傳統(tǒng)光伏的安裝方法相比，這種垂直型的組件的最大優(yōu)勢(shì)就是其土地的使用面積小，這就有利于新型農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)的發(fā)展。此外，這種垂直的形態(tài)與傳統(tǒng)傾斜光伏系統(tǒng)的結(jié)合還可以在有限的面積內(nèi)安裝更大的光伏發(fā)電容量，且由于其錯(cuò)峰發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)連接的難度也相對(duì)較小。
這樣，傳統(tǒng)中光伏項(xiàng)目對(duì)土地的高需求成為了次要問題。而其不與食品生產(chǎn)爭(zhēng)奪土地的事實(shí)也成為了它未來發(fā)展的很大優(yōu)勢(shì)。
2021年，德國技術(shù)與支持中心 ( TFZ ) 的研究人員對(duì)幾種類型的垂直型農(nóng)業(yè)光伏電站和傳統(tǒng)的地面安裝項(xiàng)目的前期成本進(jìn)行了比較。
在一份88 頁的報(bào)告中，該研究所的專家分析了垂直型農(nóng)業(yè)光伏技術(shù)成本、土地使用率、投資回報(bào)、德國的法律框架以及社會(huì)接受度問題。
在投資方面，由于垂直安裝的雙面組件還沒有進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化，因此這項(xiàng)新技術(shù)將比傳統(tǒng)安裝方式消耗更高的成本。組件的成本預(yù)計(jì)將從 220 歐元增至 250 歐元/千瓦，支架的成本則將從 75 歐元增至 200 歐元/千瓦。
科學(xué)家估計(jì)，包括地基在內(nèi)的整個(gè)電站建設(shè)的總成本約為400歐元/千瓦。安裝組件系統(tǒng)的成本預(yù)計(jì)在 130 到 220 歐元/kW 之間，而高度透明組件的成本可能會(huì)上升到 330 歐元/kW。此外，場(chǎng)地準(zhǔn)備和組件部署成本在 250 至 350 歐元/千瓦之間。
但專家表示，但如果可以和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，那么至少這些額外成本的一部分將會(huì)通過土地的雙重用途、更低的電網(wǎng)連接成本和更高的光伏發(fā)電量得到回報(bào)。此外，由于此次試驗(yàn)是在未獲得政府補(bǔ)貼和支持的土地上進(jìn)行的，因此，如果能獲得補(bǔ)貼，那么將會(huì)得到更高的市場(chǎng)收入。
從農(nóng)業(yè)的角度來看，這項(xiàng)技術(shù)為用戶提供了廣泛的使用選擇。除了將草地用于畜牧業(yè)之外，它還可以實(shí)現(xiàn)田間耕作。由于組件提供額外的遮蔭，還特別適合在部分遮蔭的地區(qū)種植甜菜或馬鈴薯。
結(jié)語
這種垂直型雙面光伏可以說是光伏業(yè)界的一種創(chuàng)新。雖然目前的應(yīng)用場(chǎng)景還不多，但是卻給人們提供了新的思路。特別是在正午發(fā)電量最多的時(shí)候，如果能夠以上午和下午的太陽光發(fā)電的形式來平緩發(fā)電量的波動(dòng)，那么不僅是減少電網(wǎng)的壓力，還可以在原有的基礎(chǔ)上增加發(fā)電的總量。
如果未來這種模式可以展開規(guī)模，那么光伏發(fā)電“不穩(wěn)定”的弱勢(shì)，將會(huì)得到彌補(bǔ)。而對(duì)于其他可再生能源發(fā)電的發(fā)展也會(huì)有一些新思路。
原標(biāo)題：法國首個(gè)垂直型雙面太陽光發(fā)電站建成
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