日本香川縣7月8日發(fā)表了利用蓄水池的光伏發(fā)電業(yè)務的驗證實驗結果。驗證實驗是在2014～2015年度實施的。目的是驗證能否通過光伏發(fā)電電力業(yè)務，減輕土地改良區(qū)等管理的蓄水池和農(nóng)田灌溉設施的抽水機等的維護管理費用負擔。

首先，對縣內(nèi)的5座蓄水池，就可在水面設置的發(fā)電設備的形式、建設費和維護管理費及日照條件等，在進行當?shù)卣{查的基礎上確認了經(jīng)濟性等。這項工作利用國家的輔助業(yè)務(可再生能源導入研究業(yè)務)進行。

之后，對利用蓄水池水面的光伏發(fā)電，為查明水位變動及風和波浪等氣象變動的影響，以及設置設備的性能等，從2014年11月開始，在善通寺市的吉原大池水面上鋪設太陽能電池板，展開了驗證實驗(圖1)。



在同一個蓄水池內(nèi)、相同的條件下，對太陽能電池板設置角、浮體式架臺及系泊方法等，設置了三種不同類型的設備進行了驗證。是委托三井住友建設高松營業(yè)所實施的。

在水面設置光伏發(fā)電系統(tǒng)的吉原大池堤高8.0m、長247m，蓄水量為37.6萬m3，受益面積為76公頃。

使太陽能電池板浮在水面上的部件——浮體使用了三種類型(圖2)，分別是樹脂制中空型、聚苯乙烯泡沫型以及在樹脂管中填充聚苯乙烯泡沫型。輸出功率均為6.12kW，沒有發(fā)現(xiàn)因浮體式架臺不同導致的發(fā)電量差別。



設置角度為，樹脂制中空型和聚苯乙烯泡沫型各為12度，樹脂管型分5度、12度和30度三種角度作了驗證(圖3)。



聚苯乙烯泡沫型采用以兵庫縣為中心廣泛普及的類型。5m見方的正方形部材上可固定9張電池板。施工時用吊車放到水面上。評價為經(jīng)濟性最好。設置角可以任意設定。

樹脂管型采用奈良縣使用過的產(chǎn)品。在氯乙烯管內(nèi)填充聚苯乙烯泡沫制成，價格比聚苯乙烯泡沫型要高。是在地面組裝后用吊車放到水面上。設置角可以任意設定。

冷卻效果與設置角導致的發(fā)電量之差

利用三種浮體式設置的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量合計為2萬2926kWh，比當初的設想值高4.8%。設備利用率為14.3%。

試驗期間的日照量為98.3%，低于平均值。即便如此發(fā)電量依然比設想值高4.8%的理由之一，可以推測為是蓄水池的水對結晶硅型太陽能電池板的冷卻效果，提高了發(fā)電量。

與地面相比，水上的氣溫平均低了0.81℃。其中夏季平均低1.22℃。

嘗試了三種設置角度的樹脂管型，不同設置角的發(fā)電量有明顯差別(圖4)。

設置角為5度的電池板發(fā)電量為2203kWh，12度為2618kWh，30度為2857kWh，與5度相比，12度的發(fā)電量增加約19%，30度增加約30%。不過，傾斜30度設置時，投射到后排電池板上的影子變長，因此需要加長浮體式架臺南北方向的尺寸。

另外，與當初的設想值相比，5度電池板的發(fā)電量減少10.2%，12度增加3.2%，30度增加9.0%，設置角越大，發(fā)電量高于設想值的程度越高。

三種浮體式架臺的穩(wěn)定性上，在風速達11.4m/s的強風時，三種類型也都沒有大幅上下波動。穩(wěn)定性最好的是聚苯乙烯泡沫型。試驗期間曾遭遇最大瞬間風速達25.9m/s的臺風11號，但三種浮體式架臺均未發(fā)生故障。

試驗期間，發(fā)生過與浮體相關的故障(圖5)：樹脂制中空型架臺因水面波浪的影響，電池板從浮體上的固定用導軌上脫落。發(fā)現(xiàn)問題后，用螺絲固定了導軌與電池板。



聚苯乙烯泡沫型發(fā)生了兩個故障：首先，三個浮體斷裂，送電線纜的連接器脫開，送電中斷。這是由于浮體連接部的螺栓脫落或損壞造成的，源于施工錯誤，立即進行了修復。

另外，浮體式架臺內(nèi)的固定用螺栓脫落，支撐板開裂。對此未作修復等，作了觀察。

樹脂管型方面，設置角為5度的部分因鳥糞造成發(fā)電量減少。后來下雨沖刷了鳥糞污漬，發(fā)電量得以改善。

此外，還發(fā)生過顯示浮體漂浮位置的浮標與系泊的繩索斷開，在水面上漂流的情況。

關于這些故障，香川縣表示，“沒有發(fā)生大故障，鳥糞和部分施工錯誤造成的損傷，普通的維護管理就可以應對”。

但香川縣指出，由于浮體式架臺一直在水面上下浮動，發(fā)生故障后，設想損壞程度會變大，因此需要認真施工、定期檢查、在臺風等異常天氣時作現(xiàn)場確認等細致的管理。

導入成本及效益性如何？

還驗證了效益性。對2013年度討論導入的五座蓄水池試驗獲得的發(fā)電量數(shù)據(jù)、導入成本和基于FIT的收購價格等，代入2016年度的數(shù)值計算了結果(圖6)。



低壓并網(wǎng)(輸出功率為49kW)時，投資回收年數(shù)在20年以上(不滿足效益性)的為一座，15年以上20年以下的為4座。

高壓并網(wǎng)(輸出功率為500kW或者1MW)時，投資回收年數(shù)在15年以上20年以下的為2座，不到15年的為3座。

浮體式架臺的成本為，樹脂制中空型約為452萬日元，聚苯乙烯泡沫型約為410萬日元，樹脂管型中設置角為5度時約445萬日元，12度時約470萬日元，30度時約543萬日元。

這樣，換算由每kW的成本和設置角導致的發(fā)電量差異“換算業(yè)務費”就為，樹脂制中空型約62萬日元(每kW的成本：約74萬日元)；聚苯乙烯泡沫型中，設置角為5度時約67萬日元(每kW的成本：約67萬日元)，設置角為12度時約56萬日元，設置角為30度時約51萬日元；樹脂管型在設置角為5度時約73萬日元(每kW的成本：約73萬日元)，設置角為12度時約65萬日元(每kW的成本：約77萬日元)，設置角為30度時約68萬日元(每kW的成本：約89萬日元)。

關于效益性的驗證，聚苯乙烯泡沫型中設置角為30度的類型經(jīng)濟性最高，但討論時需要考慮蓄水池的地理條件和風雨的影響等。

聚苯乙烯泡沫型可以自由決定設置角。雖能根據(jù)蓄水池的情況，設定綜合了設置角和浮體式架臺面積的經(jīng)濟、高效的系統(tǒng)，但因發(fā)生多次故障等，長期耐久性令人擔憂。

此外，利用蓄水池水面開發(fā)光伏電站時，還要擔心太陽能電池板覆蓋住水面對景觀、文化財產(chǎn)及環(huán)境等造成的影響等，因此，需要向漁業(yè)權者、當?shù)鼐用窦袄嫦嚓P方等做充分的說明以獲得理解。