日本旭川市百万瓦级光伏电站：利用双面受光面板“变雪为宝”

北海道旭川市是日本屈指可数的寒冷城市。积雪深度常年在大约70厘米，虽比上越等暴雪地区要少，但隆冬时节白天气温也多在零下，雪都结成冰，不容易融化。在2012年7月开始实施可再生能源发电固定价格收购制度时，曾有大型企业到旭川考察百万瓦级光伏电站的建设用地。但由于存在业务风险，并未大规模投资建设百万瓦级光伏电站。

雪从太阳能电池板上滑落

就在这个不适合建设百万瓦级光伏电站的地方，输出功率为1.25兆瓦的光伏电站“旭川北都光伏电站”于2013年11月29日启动（图1）。负责设计、建设、维护及发电业务的是当地的电气设备企业西山坂田电气公司（北海道旭川市）。该公司在“旭川北都光伏电站”之前，还于2013年9月30日启动了输出功率为250千瓦的“旭川仓沼光伏电站”（图2）。并在旭川市内运营着2座光伏电站。

图1：2013年11月29日启动的“旭川北都光伏电站”。（摄影：西山坂田电气）

图2：2013年9月30日启动的“旭川仓沼光伏电站”。（摄影：西山坂田电气）

2014年1月下旬，记者到这两座电站进行了采访。那天天气晴朗，但3天前下了大雪，市内积雪深度达到60厘米。250千瓦的“旭川仓沼光伏电站”位于郊外，从市内驱车20分钟左右才能到达。电站周围银装素裹，而电站的太阳能电池板上却基本没有积雪（图3）。西山坂田电气的董事、经营策划室长西山智解释说：“天晴了，太阳能电池板开始发电，面板表面的温度升高，雪开始融化，积雪自然地滑落了下来。”

图3：三天前下了大雪，但面板上基本没有积雪。（摄影：日经BP）

面板上下积雪“连成一片”

“雪滑落下来后，就会在面板下堆积。堆积到和面板一样高时，面板上的雪就难以滑落。这座电站已用大型机械除去了面板下的积雪，所以雪全部滑落了下来。但另一座电站——旭川北都光伏电站还未及除去面板下的雪堆，就又下了一场新雪，雪难以滑落，在面板上堆积了很多。”经营策划室长西山非常后悔未能及时除雪。

笔者也实际参观了“旭川北都光伏电站”。面板上下的雪堆积连成一片，没有从面板上滑落，积了很多（图4）。“旭川北都光伏电站”也位于郊外，从旭川市驱车10分钟左右即可到达。该电站建在废弃高中的操场上，其附近的桥比周围略高，因此从桥的栏杆上可以俯视整个百万瓦级光伏电站（图5）。作为靠近市民的百万瓦级光伏电站，这个位置绝佳。

图4：面板下的积雪未及时清除，与面板上的雪连成一片，雪难以滑落下来。（摘自：日经BP）

图5：从桥的栏杆上眺望“旭川北都光伏电站”。（摄影：日经BP）

在西山坂田电气经营的两座光伏电站里，太阳能电池板的设置角度均为40度，地上高度均为1.8米（图6）。这样，积雪很容易滑落下去，滑落的雪与面板不容易衔接起来。在多雪地区的百万瓦级光伏电站，太阳能电池板的设置角度一般在30～40度，地上高度一般在2米左右。市内除这两座电站外，还有很多由当地企业运营的光伏电站。这些电站的设置角度和地上高度都跟西山坂田电气的电站一样，笔者当天还参观了其他电站，看到太阳能电池板上的积雪没有滑落下去，整面都是积雪（图7）。在未及时除雪“旭川北都光伏电站”，虽然面板上还有没有完全滑落到面板下的积雪，但比其他电站少。

图6：正在建设的“旭川仓沼光伏电站”。设置角度为40度，地上高度为1.8米。

图7：位于旭川市内、采用普通单面发电型面板的光伏电站（摄影：日经BP）

双面受光面板的效率最高

经营策划室长西山介绍说：“没想到‘双面受光面板’的除雪效果这么好”。该公司在百万瓦级光伏电站中首次采用了双面受光型太阳能电池板。双面受光面板是指背侧也采用太阳能发电单元（发电元件）的面板。普通的太阳能电池板背侧贴着白色树脂后板，而双面受光面板的背侧用透明的后板覆盖，可以导入太阳光进行发电（图8）。由于背侧也发电，因此双面受光型面板比普通单面发电面板的发电量大。西山坂田电气采用了太阳能电池风险企业PVG Solutions公司（横滨市港北区）开发生产的双面受光型太阳能电池单元“EarthON”。双面受光型太阳能电池的原理早就为人所熟知，但面临着难以提高背侧的转换效率等课题，因此投产的企业很少。而PVG Solutions确立了能够提高背侧转换效率的量产技术，因此决定投产。该公司在爱媛县西条市的工厂生产单元，委托中国厂商将单元组装到面板上。

图8：采用了PVG Solutions开发生产的双面受光型太阳能电池单元。（摄影：日经BP）

西山经营策划室长解释说，西山坂田电气之所以决定采用双面受光面板，是因为“在多雪地区，被白雪覆盖的地面反射太阳光，面板背侧也容易照到阳光。背侧能够发电的双面受光的优势增大”。现在包括背侧发电量在内的双面受光面板的转换效率方面还没有官方数字。原因是现在的太阳能电池板标准中还没有双面型的测量标准。2012年，PVG Solutions与日本北见工业大学等对双面受光面板的发电进行了实证实验。PVG Solutions董事堀内慎二介绍说，PVG Solutions根据该实证结果等分析了采用“EarthON”的面板的转换效率，认为“当地表被雪覆盖成白色时，包括背侧发电在内，转换效率约为18％，但地面是土时，包括背侧发电在内，转换效率在16～17％左右”。如果地面变白，增大反射量，在现已量产的太阳能电池板中也是转换效率最高的。经营策划室长西山参观了北见市的验证实验，决定采用双面受光面板。西山说：“如果采用双面受光面板，可以变雪为宝。”为了在不下雪期间也增加背侧发电量，现在正考虑在地面上撒白色材料等。

克服土地和资金难题

设有双面受光面板的百万瓦级光伏电站启动后第一个冬天，便看出这种面板除雪效果很好。太阳能电池板发电时，单元温度升高20～30℃，可以有效融化积雪。不过，如果下一场大雪，厚厚地积在面板上，太阳光就基本照不到面板了。这样的话，就无法用发电时的热量来融化积雪了。不过，采用双面受光面板的话，只要大雪后天气转晴，光就能照到面板背侧而发电。这时，面板的温度就会升高，从而容易融化积雪。虽然这已经预想到了，但融雪效果比预想的还要好。经营策划室长西山表示：“启动后，10月的发电量略低于预期，而11月以后都高于预期。”“变雪为宝”的意图得以实现。

西山坂田电气的百万瓦级光伏电站业务虽然看似顺风顺水，但最初却困难重重。除双面受光面板外，功率调节器（PCS）决定采用可靠性高的东芝三菱电机产业系统公司（TMEIC）的产品（图9）。不过，最初找地皮费了一番周折。经营策划室长西山说，旭川市周边有很多广袤的土地，但“广袤的土地大部分是农地。非农地的地方，日照大多不好，因此不适合建设百万瓦级光伏电站。本来已经放弃了，这时旭川市对已废弃市立高中的操场进行公开招标，我们的提案被采纳了”。

图9：采用了东芝三菱电机产业系统（TMEIC）生产的PCS（功率调节器）（摄影：西山坂田电气）

下一个问题是资金问题。西山坂田电气从金融机构直接贷款后，自有资本比例降低，企业的信用等级下降。这样就很难获得公共系统的订单了。于是，该公司决定以匿名合伙人身份对由有限责任公司组成的特殊目的公司（SPC）进行出资，成功从日本政策金融公库和多家地方银行获得对SPC的6亿日元融资。由此解决了土地和资金问题。该公司的百万瓦级光伏电站业务在技术和筹资两方面的经验都非常值得当地企业借鉴。