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垂直双面光伏在法国建成

最近，Engie 集团旗下的法国能源公司 Compagnie Nationale du Rhône (CNR)开始沿着400 公里之长的堤坝安装垂直型光伏。

该公司认为这是开发大规模垂直光伏发电的绝佳机会。这项技术不仅可以提高原有土地的价值，同时还可以保留其本有的发电用途。但由于其涉及许多技术挑战，例如电缆长度和电阻损耗，而一直没有得到广泛利用。

作为“光伏大线路”创新计划的一部分，CNR共计划部署三个试点项目，旨在展示这些长达数十公里的光伏园区的技术和经济可行性。

该公司自 2017 年以来一直在开发这项技术，第一个试点设施于2021年 12 月在法国伊泽尔省的 Sablon 堤坝上投入使用。此次采用的是3米高的垂直型双面光伏面板，容量为104 kW，被安装在350 m长的运河沿岸上。

此外，CNR 还与法国能源转型研究所INES. 2S 合作，以优化垂直设施的架构。例如，该研究所开发出了一种软件工具，可以确定此类发电厂的最佳布局，并对所涉问题进行精确盘点。

第二个项目将长达 1.5 公里，位于 ViaRhôna 的堤坝上。该堤坝沿着罗纳河不断延伸，因此，光伏面板是东西朝向的。这项计划将于 2023 年开始建设。值得关注的是，此次将允许测试新型的能量疏散装置，以减少由于电缆运输造成的能量损失。此外，该公司表示，第三个项目将全长10-20公里，2025年预计可以建成。


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垂直型双面光伏的优势

为了提高发电效率，对于双面光伏组件的研究成为了人们关注的重点之一。

一般情况下，组件背部将接收到多少太阳辐射，最重要的是取决于周围表面的反射率以及组件的安装方式。所谓的反照率值是衡量表面反射太阳辐射的程度。例如，反照率值在深水上方的高日照情况下约为10 %，草地为10 % - 30 %，新下的雪高达75 % - 95 %。因此，周围地表的反照率值是产量增加的一个重要因素。

另一个因素是所谓的“双面因素”，它衡量面板后部与面板前部相比将产生多少能量。 目前，在双面组件中，双面系数通常在 70% 到 95% 之间。 例如，95% 的双面系数意味着，在相同条件下，组件背面将仅产生前部的 95% 的能量。因此，如果设施位于理想的安装条件（高反照率值，例如雪或明亮的屋顶表面、完美的方向、无阴影），则可能的产量增益将可在 30 % 到 50 %之间变化。

双面组件的特别之处在于，除了从背面产生的产量增益之外，还可以为用户提供其他安装方式。当然，与传统面板相比，最根本的变化就是垂直安装，而其中最常见的就是组件的东/西方向。与传统布局相比，这种模式有三个优势：

首先，垂直地布局双面组件会改变发电曲线。目前大多数光伏组件的发电高峰期都在中午达到最大值，但这种垂直型双面组件可以分别在上午和下午达到峰值。这样不仅可以比传统发电设备多产生5 %至10 %的收益率之外，其真正的优势是，在现货市场价格普遍上涨的情况下，现在产生了更多的电力供给。在世界各地，我们可以看到越来越多的发电厂正在规划或建设中。 就这些发电厂而言，未来的电价将取决于电力交易的情况，这对于其盈利水平来讲至关重要。而这种组件可以避免光伏电站产生所谓的“蚕食效应”（即中午高峰电价大幅降低），减轻电网负担。

另一个显著的区别是土地使用的变化。与传统安装方式的组件相比，为了避免自身遮挡，垂直安装的双面组件需要更大的间距。这会导致土地利用率较低，但这种较大的间距可以在如农业用地等具有诸多限制的土地上安装。这样，既可以保持农业生产正常进行，还可以降低土地租赁成本，从而解决日益严重的土地消耗问题。因为项目开发商在出售电站时通常会寻求获得最大装机容量以优化利润，所以能源供应商会对这一概念更加感兴趣。

第三个优点是将组件表面因积雪和积灰造成的损失降至最低，这种垂直型组件不会造成雪或者灰尘的堆积，可以减少大部分在多雪地区和沙漠地区的损失。至于其适用于哪种发电站，还将取决于组件的透明度。因此，正常情况下，这种垂直型双面组件最适合安装在汽车停车棚、隔音屏障、围栏、浮式光伏以及上述农业光伏发电系统中。


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德国学者：在农地上的应用

如上问所述，与传统光伏的安装方法相比，这种垂直型的组件的最大优势就是其土地的使用面积小，这就有利于新型农业光伏系统的发展。此外，这种垂直的形态与传统倾斜光伏系统的结合还可以在有限的面积内安装更大的光伏发电容量，且由于其错峰发电，对电网连接的难度也相对较小。

这样，传统中光伏项目对土地的高需求成为了次要问题。而其不与食品生产争夺土地的事实也成为了它未来发展的很大优势。

2021年，德国技术与支持中心 ( TFZ ) 的研究人员对几种类型的垂直型农业光伏电站和传统的地面安装项目的前期成本进行了比较。

在一份88 页的报告中，该研究所的专家分析了垂直型农业光伏技术成本、土地使用率、投资回报、德国的法律框架以及社会接受度问题。

在投资方面，由于垂直安装的双面组件还没有进行大规模生产和标准化，因此这项新技术将比传统安装方式消耗更高的成本。组件的成本预计将从 220 欧元增至 250 欧元/千瓦，支架的成本则将从 75 欧元增至 200 欧元/千瓦。

科学家估计，包括地基在内的整个电站建设的总成本约为400欧元/千瓦。安装组件系统的成本预计在 130 到 220 欧元/kW 之间，而高度透明组件的成本可能会上升到 330 欧元/kW。此外，场地准备和组件部署成本在 250 至 350 欧元/千瓦之间。

但专家表示，但如果可以和农业生产相结合，那么至少这些额外成本的一部分将会通过土地的双重用途、更低的电网连接成本和更高的光伏发电量得到回报。此外，由于此次试验是在未获得政府补贴和支持的土地上进行的，因此，如果能获得补贴，那么将会得到更高的市场收入。

从农业的角度来看，这项技术为用户提供了广泛的使用选择。除了将草地用于畜牧业之外，它还可以实现田间耕作。由于组件提供额外的遮荫，还特别适合在部分遮荫的地区种植甜菜或马铃薯。

结语

这种垂直型双面光伏可以说是光伏业界的一种创新。虽然目前的应用场景还不多，但是却给人们提供了新的思路。特别是在正午发电量最多的时候，如果能够以上午和下午的太阳光发电的形式来平缓发电量的波动，那么不仅是减少电网的压力，还可以在原有的基础上增加发电的总量。

如果未来这种模式可以展开规模，那么光伏发电“不稳定”的弱势，将会得到弥补。而对于其他可再生能源发电的发展也会有一些新思路。

原标题：法国首个垂直型双面太阳光发电站建成