探秘全球最大水上光伏电站

 在兵库县加西市的逆池水面上建设的约2.3MW“兵库加西市逆池水上百万光伏电站”（图1）开始了运转。这是全球最大规模的水上设置型百万光伏电站。

       
      图1：在逆池的水面上建设的约2.3MW光伏电站是全球最大规模水上设置型光伏电站（摄影：日经BP社）

 发电站从6月11日开始向关西电力售电。年间发电量预计约为2680MWh，相当于约820户普通家庭的用电量。

发电运营商为京瓷和东京盛世利租赁合资设立的SPC（特殊目的公司）京瓷TCL太阳能（东京都千代田区）。

京瓷TCL太阳能从事地面、大规模建筑物的屋顶以及蓄水池和水库等水面上的百万光伏电站开发。

规模仅次于逆池的水上设置型百万光伏电站，是京瓷TCL太阳能在兵库县加东市运营的项目，输出功率约为1.7MW。今后还计划在千叶县市原市的山仓水库开发约13.4MW的水上百万光伏电站。

 可再生能源电力固定价格收购制度（FIT）开始实施后，日本的百万光伏电站开发加速，适合开展光伏发电业务，而且并网条件良好的业务用地逐渐减少。

在这种情况下，利用蓄水池和水库开发的水上设置型百万光伏电站逐渐受到关注。

日本全年的降水量变化比较大，全国建有大量提供农业用水的蓄水池、储存工业用水的水库，以及河流的水量增加到一定程度以上时使用的调节池等。

 这些水池和水库归地方政府及当地的自治团体等所有。将水面出租给光伏发电运营商，可以削减每年的维护管理费用。

 因为在出租期间内，光伏发电运营商会负责大部分的维护和管理工作。而且还能从光伏发电运营商手中收取以前无法想象的租金。

 对光伏发电运营商来说，与租赁土地相比，水面的租金相对较低，便于提高业务效率。 

无需平整和除草，可抑制水草异常生长

京瓷就水上设置型百万光伏电站的好处强调了三点：第一，没有在地面设置时不可避免的建设时整地及运营时除草等成本增加因素。

第二，池水具有冷却太阳能电池板的效果。据称因池水的冷却效果，电池板的温度若降低1℃，输出功率可增加0.5％。

结晶硅型太阳能电池板具有高温时发电损失会增大，转换效率会降低的特性。若设置在水面上，则由水的冷却效果，在夏季高温时与地面和屋顶上设置的太阳能电池板相比，可以降低发电损失。

第三是对水池的好处（图2）。水面上覆盖了太阳能电池板，可以减少池水的蒸发量。据称还有可抑制藻类等水草异常生长的效果。

      
     图2：遮住阳光，抑制水草异常生长据称施工前水面的约8成都被水草所覆盖（摄影：日经BP社）

     在逆池，有望抑制菱等水草生长的效果。施工前割掉了这类水草，但保留了莲等具备观赏性的水生植物。

     以工序和施工方法的高效化降低成本是关键逆池担负着为栽培水稻和小麦的耕地提供农业用水的任务。大约1300年来一直为附近的农田供水。目前有144户农家的耕地要依赖逆池的水。

水面的面积约为8万m2，在蓄水池中属于比较大的，其中约三分之一铺设了太阳能电池板。

发电站的EPC（设计、采购及施工）服务由京瓷集团的工程公司京瓷信息系统（京都市）负责。

京瓷信息系统表示，在水上作构造物的施工除了光伏发电系统以外几乎没有先例。

与地面上的施工不同，目前尚未确立高效率施工的设备和方法，需要今后不断积累经验。

与在地面上设置相比，很难大量使用重型机械等进行高效率施工。需要潜水或者在船上的作业也很多。

这些都是人海战术施工方法，会导致施工费用增加。并且，在船上等作业时，还要在脚下一直摇摆不定的情况下确保安全性。

一道工序所需的时间也比在地上设置时要长。通过提高这些工序和作业的效率来降低成本是关键。

另外，还不能动蓄水池的堤坝。因为堤坝可能会受损。

同样，也不能采用可能会损坏水池本身功能的施工方法。在不损坏水池功能的前提下铺设太阳能电池板，是水上设置型百万光伏电站的基本原则。

并且，此次水池的所有者还提出了让发电站尽量融入周围景观的要求（图3）。

水池周围绿意盎然，春天是赏樱花的知名景点。

       
                        图3：注重与周围自然环境融合的景观性

水池周围绿意盎然，春天是赏樱花的知名景点。左边的水池上漂浮着电池板（摄影：日经BP社）

潜水员潜到水下固定锚栓，利用浮台设置电池板

施工时将太阳能电池板和接线盒浮在水面上，将集电箱、光伏逆变器（PCS）和并网设备设置在池边的地面上。

太阳能电池板和接线盒利用树脂制浮台设置在水池上（图4）。浮台是类似于竹筏的树脂制部件，起着地上设置时使用的基础和架台的作用。

     
      图4：使太阳能电池板漂浮在水面上的“浮台”设置成可吸收水面的波动，而不会大幅移动的状态（摄影：日经BP社）

浮台载着太阳能电池板和接线盒浮在水面，不会因水面的波动和大风而大幅移动。水池的水位发生变化时，太阳能电池板也不能过于倾斜。

浮台纵横连接，呈平面状漂浮。而且，还像停泊中的船那样，用锚栓在池底固定，以确保移动幅度不超过一定的范围以上。

首先固定锚栓。潜水员潜入池底，按照GPS（全球定位系统）和地面的指示，在池底提前设计好的位置固定锚栓。

锚栓和浮台利用钢丝连接。将钢丝连接到锚栓上，然后系到浮标上。

潜水员参与普通施工的情况很少见，重点是，首先要保证找到能执行这种作业的潜水员。

怎样保证作业场地？

其次，利用浮台，使太阳能电池板和接线盒浮在水池上。要提高这一步骤的效率，有效的方法是，尽可能多地在地面上作业，来减少船上作业。

船上作业不仅工作效率低于地面，而且设备或配件万一掉入水中的话，就必须潜入水中打捞。

水池常常环绕着道路，而且不能动堤坝。由于平坦的地方有限，因此需要设法在不伤及堤坝的情况下保证作业场地。如何保证足够的作业场地在很大程度上左右着施工效率。

逆池电站是京瓷通信系统的第三个水上百万光伏电站施工项目。前两个项目都是在加西市隔壁的加东市实施的。

根据前两个项目的经验，京瓷通信系统使用单管和木板在堤坝水面附近搭建了作业场地（图5）。逆池电站与加东市的项目相比，脚手架的面积扩大到了约两倍，达到约48m2，从而提高了效率。

       
      图5：在不破坏堤坝的情况下搭建作业场地宽敞的作业场地便于施工（摄影：京瓷通信系统）

逆池电站在作业场地上将28个浮台连接起来，在固定好太阳能电池板之后，用船运送到指定位置（图6）。以两个组串（太阳能电池板串联在一起的单位）为一组进行水上运输。

      
      图6：在作业场地上连接28个浮台，然后用船舶运送一次运送两个串组（摄影：京瓷通信系统）

连起来运送的浮台数越多，水上运送次数就会越少，但船舶行进的速度也会越慢。考虑到三者的平衡，京瓷通信系统称每次运送28个浮台为佳。

虽然也可以使用大船来增加每次的搬运量，但使用一定规模的船舶时，必须配置拥有小型船舶驾照的作业人员。

与可在一定程度上计算作业量的地面安装项目相比，水上作业很难作“每天投入几名工人才能安装多少块太阳能电池板”这种估计。京瓷通信系统制定了周密的临时计划，从而避免了工期大幅延迟。

经过这些努力，京瓷通信系统终于将9072块京瓷太阳能电池板浮在了水面上。

从最初的加东市项目开始，浮台就一直使用法国CielTerreInternational公司的产品。逆池百万光伏电站安装了日本企业获得CielTerre的授权而制造的产品。

太阳能电池板的尺寸差异可以使用浮台附带的金属件来调节。京瓷TCL太阳能认为，因今后预定开发多座水上百万光伏电站，通过改进电池板的固定方法，提高效率和降低成本尚有余地。

为了便于使用卷扬机，采用直线型布线

从浮在水面上的接线盒一直伸向地面上集电盒的浮台上的布线，极力地敷设成直线状，从而提高了作业效率。

原因是，要有效利用可使用旋转鼓轮卷绕送电线缆来铺设的卷扬机，直线型布线方式最为合适。送电线缆集中于各列浮台的端部。最长铺设距离为400m。

从浮台东端到设有集电盒的地面之间，有些地方的送电线缆套上了树脂管漂浮在水面上（图7）。

      
          图7：送电线缆离开浮台漂浮在水面上套上了树脂管（摄影：日经BP社）

据称，这证明了树脂管内已完全密闭。如果密闭不好的话，水就会进入树脂管内，因重量增加而沉入水中。送电线缆被树脂包覆并绝缘，因此接触水以后，可能会导致树脂劣化，从而损害绝缘性。

在易于设置的水池上，可高效施工在水上的施工不是在船上就是在浮台上，作业时会摇晃（图8），与地面安装相比，在冬季天气寒冷时，施工人员的身体温度会降低，消耗增大，去厕所的频率也会增加，这些影响都需要考虑。

      
      图8：在船或浮台上移动或作业在浮台上移动时，左右摇晃较少，但上下有些摇晃（摄影：日经BP社）

今后，京瓷通信系统将利用三个水上安装型百万光伏电站的经验，争取在施工时实现更高的作业效率和质量。

虽然看起来是一样的水池，但有的适合在水上安装太阳能电池板池，有的却不适合。比如，不同水深和水底的形状。

据称，水深要适度，不能太浅也不能太深。逆池光伏电站的水深为3～4.6m，比较适合安装太阳能电池板。水深基本一定、水底凹凸不平的地方较少、水位不变的水池适合安装太阳能电池板。

与地面安装施工相比，水上施工容易给人以工期很长的印象，但普通的地面2MW电站需要约5个月的工期，而约为2.3MW的逆池电站花了6个月的时间，工期上并不比地面项目逊色。

据称费用基本与地面安装项目相同。虽然设备购买费用比较高，但因没有建造费用，因此二者基本相同。运营及维护（O&M）方面，虽然不需要除草费用，但需要乘坐船舶来检测，因此难度会增加。