用三维CAD优化配置电池板的矢吹町百万光伏电站

福岛县矢吹町的“Allow Lake乡村倶乐部”是起伏平缓的丘陵球场。现在是普通的18洞(9洞×2球道)球场，但以前还有一个球道(9洞)，是合计27洞的高尔夫球场。

受东日本大地震及其引发的核电站事故影响等，来打球的客人减少，俱乐部会所东侧的9洞球道(原东球道)于2013年5月关闭。之后，2015年3月，输出功率约为13MW的“矢吹光伏电站”在此投入了运转(图1)。

图1：输出功率约为13MW的“矢吹光伏电站”(摄影：日经BP社)

建设该发电站的，是从事半导体装置部件制造等的Advantec(东京都千代田区)。该公司除了制造装置外，还擅长电子材料生产，作为多元化的一环，很早就开始开展制造和销售太阳能电池板等太阳能电池相关业务。

北坡也设置了电池板

太阳能电池板采用总部位于挪威的大型太阳能电池板厂商REC的多晶硅型(260W/张)产品。光伏逆变器(PCS)为东芝三菱电机产业系统(TMEIC)制造(图2)。

图2：太阳能电池板为REC制造，光伏逆变器(PCS)采用东芝三菱电机产业系统(TMEIC)的产品(摄影：日经BP社)

整个球道并不全是南坡，还有很多平缓的北坡，这里也铺满了电池板。因此，东西方向的短阵列(电池板的设置单位)在南北方向设置了好几重。高尔夫球场的球道大多向中央附近凹陷。建设时保留了这种地势起伏，顺地势铺设了电池板，因此阵列也向中央凹陷，看起来呈“く”字形的区域很多(图3)。

图3：保留了球道的起伏，阵列向中央凹陷(摄影：日经BP社)

用“项目融资”+“私募债券”，节约自有资金

“矢吹光伏电站”除了这种一目了然的电池板配置上的工夫外，还有几项单从完成的设施上看不出来的先进特点。

首先，融资方面，组成项目融资时，没有采用常见的成立SPC(特殊目的公司)的方式，而是利用了信托计划。发电站的所有者为Advantec，该公司还主导完成后的资产管理，但发电设备采用信托方式，发电运营商就是信托公司。

另外，还发行了“私募债券”供其他公司购买，这种筹资方式也是先进的金融手法。私募债券不同于通过证券公司向普通公众募集的公募债券，而是由少数投资者直接购买的公司债券。还款次序排在银行贷款之后、投资者(股权)之前，是介于融资与资本金之间的一种资金(夹层)形态。

另外，技术方面的特点是，没有对高尔夫球场旧址进行平整，而是利用“3D CAD”(利用计算机的三维设计)反复模拟，在起伏不平的用地上优化配置了电池板(图4)。在高尔夫球场旧址建设百万光伏电站时，为了免去新的开发许可，大多不会作大规模平整，但多会大概平整一下地面。而矢吹光伏电站几乎没有进行平整，就高效率配置了电池板。其背后是基于IT的设计技术。

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图4：利用了“3D CAD”模拟(出处：Advantec)

关于O&M(运营和维护)，导入了以组串(电池板的直流电路)为单位的发电量监控系统和基于性能比(PR：输出系数)的发电量评价系统。Advantec成立了专门的O&M子公司Cool Earth(东京都千代田区)，在积累经验。

利用GPS获取三维数据

关于在高尔夫球场旧址设置电池板，最初还讨论过平整土地扩大平地面积的方案，但由于成本太高，最终没有平整，而是顺地势设置的。

决定采用最大能在20度的斜坡上设置的德国Mounting System公司生产的桩基和架台系统，在该范围内铺设电池板(图5)。于是，测量人员首先手持GPS(全球定位系统)测量仪，以一定的间隔在整个占地外周和内部步行测量，收集了用地内的3D坐标数据。

图5：采用德国Mounting System生产的桩基和架台系统(摄影：日经BP社)

然后，利用3D CAD反复模拟，计算出了获得最大发电量的电池板配置方式。根据电池板的设置角和阵列间隔，决定电池板上的阴影尺寸和设置数量。设置角越小，阴影越短，但接近平坦的话，电池板的转换效率会降低。阵列间隔越窄，设置数量越多，但阴影对前排阵列的影响会变大。

对这些相互影响因素以各种模式进行估算，计算出了获得最大发电量的平衡点。结果，决定以设置角15度，阵列间隔1m左右为基本方式，根据斜坡的朝向加以调整。在南坡上，电池板阴影的影响较小，因此缩窄了阵列间隔，而北坡则稍微扩大了间隔。

实际上，即便这样，在冬至前后的早晚时段等，阵列下部的一部分依然会投上阴影，不过从全年来估算，还是增加设置数量的方法有利于发电量的最大化(图6)。

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图6：在北坡设置时，扩大了阵列间隔(摄影：日经BP社)

提高运转率和应对故障是关键

Advantec称，今后对O&M将有将战略性措施。成立专业的O&M子公司Cool Earth也是为此。

经营策划部长水野说：“打算确立主动的O&M方法，而非被动的”。在百万光伏电站的运营中，要使发电量最大化，“如何提高运转率，以及如何应对故障这两点是关键”(水野部长)。

提高运转率方面，PCS因某种原因停止运转时等，能否迅速采取行动，将停止时间降到最短，使售电的机会损失最小化非常重要。

Advantec与Cool Earth共同开发了以组串为单位的监控系统(图7、图8)。停止运转时，除了当地的持牌电工外，还会以邮件和手机提醒通知O&M负责人，建立了彻底的防再启动迟缓的体制。

图7：具备组串监控功能的接线盒(摄影：日经BP社)

图8：收纳接线盒电缆的集电箱(摄影：日经BP社)

水野部长说，“通过主动的O&M服务确保发电量的事例还比较少。在这个领域，可以发挥Advantec在从事太阳能电池板制造中积累的经验。包含其他公司的项目在内，将积极开展业务”。

●设施概要