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产业动向日本探访实证设施密布的日本太阳能研发核心基地2012/10/21【日经BP社报道】日本山梨县年均日照时间长，有望实现稳定的太阳能发电。因此，该县的北杜市曾被选作实证实验基地，以找出在日本普及百万瓦级太阳能发电所存在课题。而且，在实证实验结束后，NTT设施公司还在相邻地区建设实验设备，继续自行进行着验证。东京电力公司也在甲府市开始运营10MW的大规模太阳能发电设施。本文将对在山梨县建设的百万瓦级太阳能设施的技术特点进行介绍。 沿中央高速公路下行，在快到长坂出入口时望向左侧，映入眼帘的是一片排满了各式各样太阳能电池模块的场地。这就是山梨县北杜市运营的百万瓦级太阳能设施“北杜SITE太阳能电站”（图1），其最大输出功率为1.8MW。 图1：在山梨县北杜市实施实证实验位于山梨县北杜市、最大输出功率为1.8MW的百万瓦级太阳能设施“北杜SITE太阳能电站”毗邻中央高速公路。过去是进行NEDO委托事业“大规模供电用太阳光发电系统稳定化等实证研究”（20062010年度）的场所。这座太阳能电站由北杜市与NTT设施合作建设，原本是供日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）20062010年度实施的实证实验之用。实验的目的是调查太阳能发电系统对电力系统的影响及其对策，实验共对27种太阳能电池模块进行了比较，并且还对功率调节器、架台等进行了评价。实证实验结束后，在公开通过实验积累的专有技术的同时，NEDO把这座设施转让给了北杜市。 之所以在山梨县建设实验设施，是因为该县有望实现稳定的太阳能发电。这里不仅年均日照时间长，而且地处海拔700米的凉爽地域，能够把发热导致的发电量下降控制到最小限度。实际上，实验设施的设备利用率达到了15左右的高水平。在日本，太阳能电池的设备利用率一般在12左右。 如上所述，在有望实现稳定发电的山梨县，百万瓦级太阳能设施的建设计划早已展开。这一次，记者走访了位于山梨县的NTT设施与东京电力的百万瓦级太阳能设施。下面就来介绍二者百万瓦级太阳能设施的特点。 评价电池板、架台、电源调节器，限制参观严防技术外流 与NEDO的实验设施一路之隔，有着NTT设施的实验设施“F太阳能研究园”（包括山梨县北杜市长坂町塚川地区及夏秋地区）（图2）。这座设施于2012年2月竣工，目前已经设置了233kW的模块。按照预定，在大约4万平方米的园区内，最终建设约2MW的百万瓦级太阳能设施。 图2：比较各公司的模块NTT设施的实验设施“F太阳能研究园”对16种太阳能电池模块进行着比较。现在系统规模为233kW，预定最终将达到2MW左右。 NTT设施是一家全盘进行百万瓦级太阳能设施的策划、设计、建设及运营的“SIer”，也就是系统集成商。该公司充分利用F太阳能研究园积累着作为SIer的专有技术经验。因此，“为了防止技术经验外流，这里仅限客户参观”，该公司太阳能计划本部实证研究负责课长、实证研发小组组长高木晋也这样解释道。也就是说，只要看到该设施正在实施的评价内容，就能够了解到百万瓦级太阳能现在面临的课题。 F太阳能研究园实施的评价项目分为三种，模块评价、架台评价和功率调节器评价。在百万瓦级太阳能设施的成本中，太阳能电池模块约占40，架台及其施工约占30，功率调节器约占10，受电和接线盒约占10，电气工程约占10，其中占比例较大的模块和架台的评价尤为重要。 模块评价使用的是印度、韩国、日本、中国大陆及台湾地区企业生产的16种模块。在日本，随着可再生能源全量固定价格收购制度于2012年7月启动，海外厂商也开始积极涉足日本市场。因此实证实验的目的在于，除了了解各公司模块的性能和价格之外，还要验证其投入实际使用所取得的成果，以向客户提供信息。NEDO的实证实验也对27种模块进行了比较，但由于相关大型企业发生了变化，因而有必要重新进行评价。 NTT设施的实验设施因为是从2012年2月才开始运转，模块的输出功率和外观并没有太大的变化。因为输出功率出现差异对卖电收入影响巨大，所以该公司准备长期对模块的发电量和劣化程度进行评价。而且今后还会考虑增加最新的太阳能电池。 评价构造和材料各异的架台对架台实施的评价分为三种：（1）对构造和材料各异的架台进行比较；（2）对用于软地的架台进行评价；（3）对能够改变角度的架台进行评价。在进行（1）构造和材料各异的架台的比较时，支撑模块的V字架台分别采用的是铝合金和钢铁材料。铝合金的重量是钢铁材料的1/4，而且具有抗盐害能力强的优点。钢铁材料的优点则是价格便宜。在倾斜的地面上，很难确保构建V字构造的空间。因此，对在地面上插入棒状钢管，利用钢管支撑模块的架台也进行着评价（图3）。图3：降低架台成本对铝合金和钢铁材料进行比较，并改变构造等，以研究如何降低架台成本。 （2）开发用于软地的架台，其目的在于应对因填海造地等，地基不均所导致的土地下沉。填海造成的土地因为利用方法有限，所以作为数量正在激增的百万瓦级太阳能设施的建设用地，而备受关注。但是，随着时间的推移，填海造成的土地会逐渐下沉。如果各个位置的沉降程度不同，模块有可能偏离原本设计的角度。因此，在填海造成的土地上使用的架台，可以调整V字钢材的角度，局部改变架台的高度（图4）。图4：对用于填海造成的土地的架台进行验证在填海造成的土地上，各个地点有时会出现不同程度的地面沉降。作为解决措施，NTT设施开发出了便于调节高度的机构，并在进行验证。 （3）角度可变架台配备了根据各个季节不同的太阳角度调整模块的机构（图5）。模块角度可以手动调整，按照设想，模块角度将一年调整4次，分别为从15度调整到30度、45度，再返回30度、15度。虽然已有自动追踪太阳位置的系统，但采用这种系统会增加初期投资。手动式角度调整架台则是在减少初期投资的同时增加年发电量的方法。图5：根据季节调整角度这种架台可以根据每个季节不同的太阳角度，调整模块的角度。易于变换角度是其关键所在。 不过，在普通的角度固定式模块中，多数模块的角度都设定在15度左右。如果角度从15度增加到30度以及45度，每个模块的输出功率会增加5左右。但是，由于角度的增加会加大阴影对于其他模块的影响，因此，在相同占地面积上能够设置的模块数量将会减少。相反，如果角度小于15度，附着在模块上的脏污就无法利用雨水冲刷干净，清洁起来十分困难。 最后，功率调节器的评价是对4家日本公司的产品进行比较。评价的内容包括，不同的功率调节器对于发电特性的影响、故障的尽早发现与修复，以及发生故障时的发电特性等。功率调节器由于构成部件多，因此发生故障的概率高，而且因为集成的模块数量多，所以在发生故障时，发电损失很大。出于这一原因，NTT设施选择了在构筑维护体制方面领先的日本国内企业的产品。 设置于丘陵的百万瓦级太阳能设施，为降低成本而采取的对策随处可见 从F太阳能研究园沿中央高速驶往东京方向，在甲府南出入口附近的山梨县甲府市下向山町，坐落着从2012年1月开始运营的百万瓦级太阳能设施“米仓山太阳能电站”（图6）。这座电站的最大输出功率为10MW，是日本国内目前投入运行的最大规模的百万瓦级太阳能设施（图7）。作为山梨县与东京电力的合作事业，该设施的土地由山梨县提供，建设、运营及维护由东京电力负责。 米仓山太阳能电站使用Solar Frontier制造的CIS类太阳能电池模块。安装角度仅为10度（图8）。其目的是削弱风荷载，借此降低混凝土底座需要的重量，削减建设成本。而且，处于中央部分的模块的底座比外周模块重量更小、数量更少，进一步降低了成本（图9）。底座部分采用的是直接放置于地面上的方式。 图6：在丘陵地带建设百万瓦级太阳能设施东京电力的百万瓦级太阳能设施“米仓山太阳能电站”位于丘陵地带。该电站设置了大约8万枚CIS类太阳能电池模块，最大输出功率高达10MW。（全貌摄影：东京电力）图7：转换成66kV交流电后并网模块输出的直流电通过功率调节器转换成交流电。之后，电流经多台变压器升压至66kV，并入电力系统。（图：日经电子根据东京电力资料制作）图8：安装角度为10度米仓山太阳能电站把模块的安装角度设定在10度。这样可以减少风的影响，减轻底座的重量。图9：每个位置的底座大小和数量各异考虑到风的影响，周边模块的混凝土底座更大、数量更多。中央模块的底座减少了混凝土的使用量，降低了成本。 2011年，东京电力曾在神奈川县川崎市启用了两座百万瓦级太阳能设施，米仓山太阳能电站是第三座。米仓山太阳能电站与川崎市的百万瓦级太阳能设施的最大差别在于设置场所。川崎市选择的是临海的平坦土地，而米仓山太阳能电站顾名思义，是建设在丘陵上。因此，为了适应丘陵地貌，设计上做了很多调整。 具体来说，在设计时，将太阳能电池模块组成的“阵列”分成了若干基本模式。米仓山太阳能电站分为大小和形状各异的多个区域。分别对每个区域进行优化设计，就能够充分有效地利用土地，但是会增加设计和施工的劳动强度。于是，东京电力把阵列分成若干模式，在该电站的各个区域中像拼图一样对这些模式进行了组合。 借自然之力控制维护成本 米仓山太阳能电站对公众开放，可以随意参观。令来访者感到惊奇的是厂区里有山羊。采访当天，在没有设置太阳能电池的区域中，2头山羊正坐在草丛中悠闲地吃草。放养这些山羊是为了减少人工割草的工作量。而之所以选择山羊，是因为山羊可以在丘陵的斜坡上放养，而且容易适应人类的存在（图10）。 图10：利用山羊除草米仓山太阳能电站通过放养山羊为斜坡除草。2只羊一年可以除掉23公顷的杂草。而在设置太阳能电池的区域，则事先采取了控制杂草生长的措施。在土地表面掺杂了利用抗菌、杀菌能力强的柳杉和扁柏的疏伐材等加工而成的材料。这样不仅省去了除草的麻烦，还能够降低模块的安装位置。 东京电力在网站上公开了百万瓦级太阳能设施的发电情况。从米仓山太阳能电站的发电情