日本香川县验证蓄水池光伏发电的效益性

日本香川县7月8日发表了利用蓄水池的光伏发电业务的验证实验结果。验证实验是在2014～2015年度实施的。目的是验证能否通过光伏发电电力业务，减轻土地改良区等管理的蓄水池和农田灌溉设施的抽水机等的维护管理费用负担。

首先，对县内的5座蓄水池，就可在水面设置的发电设备的形式、建设费和维护管理费及日照条件等，在进行当地调查的基础上确认了经济性等。这项工作利用国家的辅助业务(可再生能源导入研究业务)进行。

之后，对利用蓄水池水面的光伏发电，为查明水位变动及风和波浪等气象变动的影响，以及设置设备的性能等，从2014年11月开始，在善通寺市的吉原大池水面上铺设太阳能电池板，展开了验证实验(图1)。



在同一个蓄水池内、相同的条件下，对太阳能电池板设置角、浮体式架台及系泊方法等，设置了三种不同类型的设备进行了验证。是委托三井住友建设高松营业所实施的。

在水面设置光伏发电系统的吉原大池堤高8.0m、长247m，蓄水量为37.6万m3，受益面积为76公顷。

使太阳能电池板浮在水面上的部件——浮体使用了三种类型(图2)，分别是树脂制中空型、聚苯乙烯泡沫型以及在树脂管中填充聚苯乙烯泡沫型。输出功率均为6.12kW，没有发现因浮体式架台不同导致的发电量差别。



设置角度为，树脂制中空型和聚苯乙烯泡沫型各为12度，树脂管型分5度、12度和30度三种角度作了验证(图3)。



聚苯乙烯泡沫型采用以兵库县为中心广泛普及的类型。5m见方的正方形部材上可固定9张电池板。施工时用吊车放到水面上。评价为经济性最好。设置角可以任意设定。

树脂管型采用奈良县使用过的产品。在氯乙烯管内填充聚苯乙烯泡沫制成，价格比聚苯乙烯泡沫型要高。是在地面组装后用吊车放到水面上。设置角可以任意设定。

冷却效果与设置角导致的发电量之差

利用三种浮体式设置的光伏发电系统的发电量合计为2万2926kWh，比当初的设想值高4.8%。设备利用率为14.3%。

试验期间的日照量为98.3%，低于平均值。即便如此发电量依然比设想值高4.8%的理由之一，可以推测为是蓄水池的水对结晶硅型太阳能电池板的冷却效果，提高了发电量。

与地面相比，水上的气温平均低了0.81℃。其中夏季平均低1.22℃。

尝试了三种设置角度的树脂管型，不同设置角的发电量有明显差别(图4)。

设置角为5度的电池板发电量为2203kWh，12度为2618kWh，30度为2857kWh，与5度相比，12度的发电量增加约19%，30度增加约30%。不过，倾斜30度设置时，投射到后排电池板上的影子变长，因此需要加长浮体式架台南北方向的尺寸。

另外，与当初的设想值相比，5度电池板的发电量减少10.2%，12度增加3.2%，30度增加9.0%，设置角越大，发电量高于设想值的程度越高。

三种浮体式架台的稳定性上，在风速达11.4m/s的强风时，三种类型也都没有大幅上下波动。稳定性最好的是聚苯乙烯泡沫型。试验期间曾遭遇最大瞬间风速达25.9m/s的台风11号，但三种浮体式架台均未发生故障。

试验期间，发生过与浮体相关的故障(图5)：树脂制中空型架台因水面波浪的影响，电池板从浮体上的固定用导轨上脱落。发现问题后，用螺丝固定了导轨与电池板。



聚苯乙烯泡沫型发生了两个故障：首先，三个浮体断裂，送电线缆的连接器脱开，送电中断。这是由于浮体连接部的螺栓脱落或损坏造成的，源于施工错误，立即进行了修复。

另外，浮体式架台内的固定用螺栓脱落，支撑板开裂。对此未作修复等，作了观察。

树脂管型方面，设置角为5度的部分因鸟粪造成发电量减少。后来下雨冲刷了鸟粪污渍，发电量得以改善。

此外，还发生过显示浮体漂浮位置的浮标与系泊的绳索断开，在水面上漂流的情况。

关于这些故障，香川县表示，“没有发生大故障，鸟粪和部分施工错误造成的损伤，普通的维护管理就可以应对”。

但香川县指出，由于浮体式架台一直在水面上下浮动，发生故障后，设想损坏程度会变大，因此需要认真施工、定期检查、在台风等异常天气时作现场确认等细致的管理。

导入成本及效益性如何？

还验证了效益性。对2013年度讨论导入的五座蓄水池试验获得的发电量数据、导入成本和基于FIT的收购价格等，代入2016年度的数值计算了结果(图6)。



低压并网(输出功率为49kW)时，投资回收年数在20年以上(不满足效益性)的为一座，15年以上20年以下的为4座。

高压并网(输出功率为500kW或者1MW)时，投资回收年数在15年以上20年以下的为2座，不到15年的为3座。

浮体式架台的成本为，树脂制中空型约为452万日元，聚苯乙烯泡沫型约为410万日元，树脂管型中设置角为5度时约445万日元，12度时约470万日元，30度时约543万日元。

这样，换算由每kW的成本和设置角导致的发电量差异“换算业务费”就为，树脂制中空型约62万日元(每kW的成本：约74万日元)；聚苯乙烯泡沫型中，设置角为5度时约67万日元(每kW的成本：约67万日元)，设置角为12度时约56万日元，设置角为30度时约51万日元；树脂管型在设置角为5度时约73万日元(每kW的成本：约73万日元)，设置角为12度时约65万日元(每kW的成本：约77万日元)，设置角为30度时约68万日元(每kW的成本：约89万日元)。

关于效益性的验证，聚苯乙烯泡沫型中设置角为30度的类型经济性最高，但讨论时需要考虑蓄水池的地理条件和风雨的影响等。

聚苯乙烯泡沫型可以自由决定设置角。虽能根据蓄水池的情况，设定综合了设置角和浮体式架台面积的经济、高效的系统，但因发生多次故障等，长期耐久性令人担忧。

此外，利用蓄水池水面开发光伏电站时，还要担心太阳能电池板覆盖住水面对景观、文化财产及环境等造成的影响等，因此，需要向渔业权者、当地居民及利益相关方等做充分的说明以获得理解。