農業光伏 or 光伏農業——漁光互補

相對光伏大棚,漁光互補有一定的優勢。首先,魚塘、灘塗等地域基本不能種植作物、跟農業不產生衝突所以土地性質不敏感。其次,光伏大棚的光伏與植物爭奪陽光資源,光伏直接影響植物生長的“大環境”。而漁光互補影響的是局部的“小環境”。第三,漁光互補的投資比農業大棚小,一個達到基本要求的連棟大棚投資約為400-500元每平方米。(不含光伏部分)而漁光互補項目,只有樁基部分投資相對地面電站較大。本文就漁光互補項目自身特點,簡述漁光互補項目對環境的影響、經濟可行性、以及技術方面的應該注意的問題。

1.光照對水產類的影響

江蘇省水網密集、大小湖泊密集,漁業資源豐富;我們常見的克氏龍蝦(小龍蝦)、中華絨螯蟹(閘蟹)都養殖在水體較淺的地方。而光伏也適合安裝佈置在水淺的地方。

中科院海洋所做過有關不同光照條件對甲殼類水生物影響的實驗。實驗對象為凡納濱對蝦(南美對蝦)以黑暗條件作為對照,研究了白熾燈、日光燈、金滷燈作為照明光源及不同光照時間對凡納濱對蝦生長的影響。投餵的飼料相同,實驗持續50 天。

結果表明:凡納濱對蝦在金滷燈照明的條件下生長最快,在日光燈的連續照明下生長最慢 ,在其他的光照條件下與黑暗對照的情況下其生長沒有顯著差異。其中,金滷燈照明條件下凡納濱對蝦的特定生長率比日光燈連續照明時要快55.89%。

但高功率白熾燈照明條件下凡納濱對蝦的生長速度稍快於剩餘各處理。低功率白熾

燈照明條件下凡納濱對蝦的特定生長率略低於黑暗對照,即使延長光照時間也未見顯著的改善。在具晝夜節律日光燈照明條件下凡納濱對蝦的特定生長率稍高於黑暗對照,但延長日光燈照明的時間反而顯著降低了凡納濱對蝦的生長速度。出現上述情況可能與

作為光源的各種燈具的光譜範圍、光色、光強等屬性有關。日光燈的光譜通常包含有紫外線的成份,可能是對蝦生長較慢的原因之一。金滷燈的光譜含有較多近紅外線成份,更接近於太陽光線,這可能是金滷燈更適宜於生物生長的原因。

《生態學雜誌》第6期有相關文獻記載了光照對魚類的影響,實驗對象為鯉魚。鯉魚在性未成熟時,長光照能誘導排卵;接近成熟的鯉魚,長光照並沒有產生此作用。 當把其從長光照移到短光照條件下,性未成熟魚的卵巢在發育中出現退化現象.而性腺已發育成熟的魚出現此種現象。該文獻還同時記載了關於光照對鯉魚新陳代謝和激素分泌的一些影響。

光伏影響光照,但是光照對水產品的影響遠比對綠色植物的小。主要原因是水產生物的自主性高於植物,魚蝦可以自主的遷移到光照較好的地方。綜上我們可以得出推論,光伏對水產品是有影響的,但影響有限。

2 農光、漁光互補對比

農光互補項目受到大棚結構的影響佔地面積相對變化較大,江蘇宿遷地區連棟大棚使用普通組件1MW面積約為20畝。如果使用透光雙玻組件或者透光薄膜組件,1MW佔地面積可以達到38-40畝。

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

在同樣的地區魚塘佔地面積相對較小,靠宿遷較近鹽城地區的漁光項目1MW佔地面積約為17畝。除了樁基高於普通的地面電站,其他設計要素和地面電站沒有差別。

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

漁光項目安裝在水面上,對樁基有特殊的要求。一般會依據《10G409預應力混凝土管樁》圖冊進行設計。要求施工過程中以標高控制為準,要求底部樁端全截面進入池塘底不小於3m. 上部樁端高出設計洪水位不小於0.4m。

魚塘越深樁基的成本越高,例如魚塘水深3米,樁基高度至少需要6.4米。邊長300mm的方形樁基含人工大約每米100元,直徑300mm的空心圓樁大約70元每米。支架跟地面電站使用的沒有太大差異。

根據下圖所示,1MW單元需要740根左右樁基。支架部分使用Q235b鋼材按照0.4元/w的市場均價計算。1MW漁光項目的樁基+支架成本大致約84萬(6米樁基)。按照連棟大棚1MW佔地20畝,每平米400元計算。(含:浮法玻璃、遮陽簾、通風系統、加溼系統等)成本約532萬。即使用最簡易形式連棟大棚成本也在250萬左右。

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

按照10MW的容量進行財務建模。假設不含支架與樁基其他設備的成本相同並按照6.5元/W計算;太陽能年均日照小時取1400h;系統效率相同取75%。

漁光項目支架與樁基項目成本換算為0.8元/W;農光項目支架與樁基成本換算為2.5元/W;系統運維費用100萬/年;銀行貸款利率6%;電價1元/kwh。

同時江蘇省地區農業用地租金600-1000元/畝/年;魚塘租金800-1200畝/年。差距約200元/畝/年,25年土地使用費用差距很小。

財務評價指標彙總表(漁光項目)

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

財務評價指標彙總表(農光項目)

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

財務模型數據分析農光和漁光項目,IRR相差是比較大的。如果對比現金流量表(資本金),假設資本金比例為30%,我們會發現農光項目在第4年資本金條件下的現金流就變成正現金流了。而農光項目資本金下的現金流在第8年才轉為正現金流。

3 漁光項目選址

漁光項目的很多手續和設計要遵守海洋局等相關部門的規定,比如站址位於行洪區、滯洪區、洩洪區等,屬於水利工程管理範圍,根據國家及水行政主管部門相關法律法規要求,項目建設需獲請水行政主管部門審批。站址位於海灘、河灘、湖灘等,屬於水利工程管理範圍,根據國家及水行政主管部門相關法律法規要求,項目建設需獲請海洋局等主管部門審批。自然地勢偏低,必要時委託有資質單位開展建設項目防洪評價工作。如果項目在水庫附近還要注意避開水庫的保護範圍,《江蘇省水庫管理條例》中規定:第二十條,水庫的管理範圍為“小型水庫大壩及其兩端各三十至五十米、大壩背水坡壩腳外五十至一百米,小型水庫大壩及其兩端各十至三十米、大壩背水坡壩腳外十至五十米”;“庫區水域、島嶼和校核洪水位以下的區域”;“縣級以上地方人民政府應當按照上述規定劃定水庫的具體管理範圍和必要的管理設施用地,並確定水庫大壩管理和保護範圍。”

這些規定雖然繁瑣,可以保證光伏電站不會被突如其來的洪水損壞。

4 漁光項目的設備選用

4.1 組件選用

水氣和水氣中的鹽分即鹽霧對組件的危害是非常大的,傳統電池組件在封裝的層壓過程中,分為5層。從外到內為:玻璃、EVA、電池片、EVA、背板。由於EVA材料不可能做到100%的絕緣,特別是在潮溼環境下水氣通過作為封邊用途的硅膠或背板進入組件內部。EVA的酯鍵在遇到水後按下面的過程發生分解,產生可以自由移動的醋酸。醋酸和玻璃表面鹼反應後,產生了鈉離子。鈉離子在外加電場的作用下向電池片表面移動並富集到減反層而導致PID現象的產生。

PID效應的危害使得電池組件的功率急劇衰減。使得電池組件的填充因子(FF)、開路電壓、短路電流減少。減少太陽能電站的輸出功率,減少發電量。減少太陽能發電站的電站收益。下圖為PID效應的EL圖和U-I圖

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补
农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

使用雙玻組件或者非金屬邊框組件可以有效避免PID效應的發生。

PID:雙玻組件由於其特殊的安裝結構和無金屬邊框免接地的特點,因此可以阻止。蝸牛紋: 雙玻組件由於沒有水氣透過背板滲入,而且隱裂比普通組件少, 所以不會產生黑線。脫層:雙玻組件由於沒有水氣滲入,所以不會脫層。

背板老化: 背板屬於塑料材料,防酸防腐蝕性能不如玻璃,長期暴露在空氣中會黃變、開裂、降解和粉化。(下表為天合傳統組件和雙玻組件的對比)

农业光伏 or 光伏农业——渔光互补

4.2 逆變器

逆變器是整個光伏電站的心臟,在鹽霧和高溼環境下,主要的汙染源為鹽霧和溼塵。集中型逆變器一般放置於集裝箱內,其發熱量大,一般採用風道強制風冷方式,從室外直接抽取空氣進入逆變器房,然後經過逆變器散熱風道,排到室外。在這種情況下,外部的鹽霧顆粒和潮氣將被吸入逆變器,並在電路板、接插件、IGBT模塊、配電開關、銅排電纜等內部部件上積累。鹽霧腐蝕破壞過程中起主要作用的是氯離子。氯離子與金屬發生電化學反應。同時,氯離子含有一定的水合能,降低器件的絕緣能力和連接面的導電能力,導致產品失效。白天逆變器工作時溫度比較高,晚上停止工作,空氣溫度和逆變器溫度差異導致在逆變器上有水珠凝結。潮溼空氣的危害很大。如果電站建設在魚塘,沿海,灘塗附近,周圍空氣潮溼,溼氣通過直通風進入逆變器房,非常容易引起控制設備內部發生凝露,引起爬電等電氣事故。

目前筆者觀察到的集中式逆變器只有臺達的500KW戶外式集中逆變器是具有IP65防護等級的,抗潮溼抗鹽霧。可以不使用集裝箱,有效的降低了成本和重量。魚塘附近的土壤承載能力不會很高,過重的機器會讓基礎變大,增加成本。

以上組圖分別顯示了水氣和鹽霧對逆變器外殼、PCB、接線排的腐蝕。而臺達逆變器分別針對這些問題做了相應的防護措施。

4.3 金屬支架和接地網

江蘇、山東、浙江等分佈著大量面積不等的鹽田,利用地下滷水進行“井灘曬鹽”高鹽分的土壤對金屬有強腐蝕性。鹽田場地水質對混凝土結構具有強腐蝕性;對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有強腐蝕性。地下水水位以上的場地土壤對混凝土結構具有弱腐蝕性,對鋼筋混凝土結構中的鋼筋及具有強腐蝕性。

在支架系統的選擇上應採取:預應力混凝土管樁採用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、摻入抗硫酸鹽的外加劑、摻入鋼筋阻鏽劑、摻入礦物摻和料,表面塗刷防腐蝕塗層35mm。

常規光伏電站接地材料首選鍍鋅扁鋼。但廠址為鹽場或者強腐蝕地區時,需選擇鋼鍍銅材料。 鋼材不存在點蝕,屬於緩慢的均勻腐蝕,銅在土壤中的腐蝕速度大約是鋼的1/5,銅的年腐蝕率約為0.02mm/年,純銅接地裝置的壽命可達50年,鋼鍍銅接地裝置的實際壽命可達25-30年。

結論:漁光項目在經濟上優於農光項目,但是選址複雜,應仔細選擇項目。

潮溼環境是電子設備最大的不利因素,應該選擇防護等級高的設備。


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