兵库县企业厅在两处大坝上设置的百万光伏电站于2016年2月开始了发电。均是在拦水的“坝坡”上铺设了太阳能电池板。
投入运转的分别是在加古川市平庄町池尻的“平庄大坝”(图1)和姫路市丰富町神谷的“神谷大坝”的坝坡上建设的百万光伏电站,平庄大坝的输出功率为1.61MW,神谷大坝为4.99MW。
图1:在平庄大坝建设的输出功率1.610MW的光伏电站
在拦水的大坝坝坡上铺设了太阳能电池板(摄影:Novac)
两座光伏电站的EPC(设计、采购及施工)服务均是由三和电气土木工事(大阪市)与Novac(兵库县姫路市)的合资企业负责的。太阳能电池板采用夏普生产的单晶硅型产品,光伏逆变器(PCS)为东芝三菱电机产业系统(TMEIC)制造。
至此,利用大坝坝坡建设的百万光伏电站,兵库县就有了三座。之前利用加古川市平庄町上原的“权现大坝”坝坡建设的1.76MW光伏电站,2014年11月就开始发电了。
以近乎理想的“朝南、倾斜角约30度”的条件设置电池板
用于光伏发电的三处大坝坝坡的共同点是朝南。并且,坝坡的表面坡度均在20度以上(图2)。
图2:在平庄大坝平均坡度为22度的坝坡上设置
因没有前排电池板阴影的影响,还有可缩短前后排之间的间隔设置电池板的优点(摄影:Novac)
因此,只要顺坡度固定太阳能电池板,就能以日本光伏发电中近乎理想的“朝南、倾斜角约30度”的条件设置电池板。
利用上述优点,在三座大坝上开发了百万光伏电站。据称,利用大坝坝坡的事例在日本国内绝无仅有,在全世界也不多见。
南向斜坡的优点有很多。例如,与普通的百万光伏电站相比,可以缩短太阳能电池板前后排之间的间隔,能铺设更多数量的电池板。
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南向大坝的坝坡是向北升高的(图3)。如果与坝坡的斜面平行固定电池板,则后排电池板的高度要比前排高。这样,前排电池板的影子不会投射到后排电池板上,没有前排电池板阴影的影响,就可以缩短前后排之间的间隔。
图3:可缩短前后排电池板之间的间隔
后排电池板的位置比前排高,不会被阴影遮挡(摄影:日经BP社)
但称利用大坝的坝坡也需要一些额外措施。除了是20度以上这种通常不会设置电池板的陡坡外,还必须虑及不可有损大坝的功能和不对大坝的管理造成影响等。
首先,基础的埋入深度、其高出坝坡表面的高度、设置面积占坝坡整体的比例,以及承重条件等都有制约(图4)。其次,还要求大坝坝坡管理设施的周边不能设置光伏发电设备。
图4:PCS的基础比通常高,固定围栏也使用了基础
受地面挖掘深度限制的影响之一(摄影:日经BP社)
由于存在这些制约,施工费很可能会升高。
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最大约27度,平均22度的坡度
此次开始光伏发电的平庄大坝并不是拦蓄水坝,而是从流经附近的加古川抽水蓄水的扬水坝(图5)。是为稳定供应工业用水而建设的。
图5:坝坡高26m,东西方向长570m
设置光伏发电系统的平庄第一大坝的坝坡(摄影:Novac)
坝坡的平均坡度约为22度(图6)。实际上有约27度、约22度和约18度的几部分。
图6:越往上坡度越陡
主要有约18度、约22度、约27度三种角度(摄影:日经BP社)
受作业制约,基础采用砂浆
平庄第一大坝的坝坡与之前已开始发电的权现大坝的坝坡结构不同(图7)。
图7:表面种植草坪的“土坝”
与平庄第一大坝一样,采用土坝方式的平庄第二大坝的坝坡(摄影:日经BP社)
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权现大坝是由岩石和沙土堆积构筑的“堆石坝”。而平庄第一大坝是由土堆积成的“土坝”。
堆石坝的坝坡表面为岩石覆盖,而土坝被草坪覆盖。草坪是为了保护构成坝坡的土壤而种植的。
率先开始发电的权现大坝百万光伏电站,将表面的部分岩石用混凝土替换而构成基础。而此次的平庄大坝则采用了在坝坡表面上,用砂浆形成基础的方法(图8)。
图8:基础采用砂浆
将砂浆喷到坝坡表面形成(摄影:日经BP社)
将架台支柱埋入基础中固定
架台埋入基础中固定(图9)。砂浆基础在中央留了用于插入架台支柱的孔。在洞中插入支柱后,再浇注水泥浆(水泥与水的混合材料)固定。
图9:架台支柱埋到基础中固定
以约50m范围的阵列为一个区调节高度(出处:上图和左下图由Novac拍摄,右下图由日经BP社拍摄)
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太阳能电池板沿着坝坡的斜面,以相同的高度整齐排列固定。基础完成后,以约50m范围内的阵列为一个区,利用临时固定夹具和水平仪(用线来确认构造物位置的方法),调节了架台支柱的高度。
通过调节架台,在吸收坝坡表面的微小起伏的同时,使太阳能电池板实现了整齐划一的配置(图10)。
图10:太阳能电池板整齐划一地排列
吸收了坝坡表面的微小起伏(摄影:日经BP社)