太瓦时代太阳能扩张：土地、并网与数字解决方案

文 | Rakesh 

翻译 | Selina Shi

编辑 | 肖蓓

出品 | PV-Tech 每日光伏新闻

与许多其它细分市场一样，自2020年以来，太阳能行业面临着数项挑战，这些挑战使太阳能行业的扩张速度无法达到实现气候协议目标所需的水平。

不同的设备成本、劳动力短缺以及与性能、传输升级和可用土地相关的不确定性都妨碍了太阳能市场规模的扩大。这些挑战再加上企业和公众对实现气候目标进度的期望使当前的光伏发展环境颇具挑战。

如果我们要实现太阳能的大规模开发、满足全球太阳能需求的承诺，那么太阳能开发商需要工具来解决这些稀缺性和不确定性障碍问题。

通过实现大量项目的自动化、优化和精简，用于完成早期开发任务的工具可以为太阳能开发商带来巨大变化，这些工具能够降低软性成本，释放工程资源，尤其是对面临激烈竞争的项目而言。这些项目可能最终陷入漫长的并网等待队列中，获建机会渺茫。

同时，尽管速度和软成本的下降至关重要，但为了适应项目的本土要求，光伏设计人员仍需要在越来越具挑战性的地形上灵活的为电站建模。

当条件允许时，先进的多学科太阳能软件可自动执行早期设计、优化步骤，而不会限制设计。当扩张受到稀缺性或不确定性的阻碍时，这是一项强大的优势。

土地和输电容量稀缺

我们建造的太阳能项目越多，土地和输电容量就越稀缺，尤其是靠近有可用输电容量线路的，具有合适的土壤条件、丰富的太阳能资源的平坦土地。

从加州到荷兰，再到其他太阳能光伏市场快速扩张的地区，光伏开发商往往要经过相当长的时间才能进入电网（而在某些情况下根本无法进入），部分原因是电网扩建时间通常比太阳能施工所需时间要长的多。在美国，随着等待时间的持续增长和完工率的下降，排队等待并网的太阳能光伏发电项目超过了600GW。

我们迫切需要修订法规，改革并网。为了让开发商根据不确定的信息做出明智的决定，问题依然是必须对所有的方案进行初步设计、优化和建模。在工程资源有限、成本和时间压力不断增长的情况下，我们需要可将大部分手动流程转变为综合数字化流程的先进太阳能软件。

目前，计算技术的进步使我们能够自动处理地形和组件限制因素，用以评估不同的安装方案，运行数以千计的参数以及比较不同的直流方案（交流比、地面覆盖比、方位角和倾斜度的各种设计方案）。这么做可以最大限度的提升前期项目的经济性，生成可无缝集成到CAD软件中的设计参数，从而进行更详细的地形分析，在几分钟内完成最终设计和文件编制。

图A：详细的 3D 表面模型，根据设备规格显示坡度和可施工面积

更深入的了解在何处建造项目、如何在不太理想的地形中设计项目有助于降低项目开发风险和不确定性。

例如，与在零散、多变的地形上建设光伏电站相比，借助快速的设计迭代和建模，太阳能设计软件可以帮助开发人员评估建在远离输电线路的，有充足、空闲容量的矩形平坦土地上的太阳能电站的发电量。此外，还可以评估围栏内的项目经济性，例如紧贴农民耕地的地块，沿着山丘的轮廓，三叶草形状公路的边界，或者绕过湿地、水路和其他珍贵的自然资源的地块，这些地块紧挨着容量有限的输电线路。

图B：显示 GCR 和 DC：AC 比率的 3D 图形，这一比率令该项目的 LCoE 最低

对于图A中的项目，一家开发商选择将开发资源集中在这个靠近丘陵地带可用电网并网点的25MW项目，而不是在地形更理想、太阳能条件更优越的地块上扩大电网基础设施。尽管产能（kWh/kWp）下降了3%，但对地形、地貌、产量、项目和并网成本的综合分析表明，这一项目带来了较低的最佳LCoE（见图B），且完工概率较高。通过使用先进的太阳能软件，分析和优化可在几个小时内完成，而此前流程需要数日乃至数周的时间。

你可以看到先进的太阳能软件如何帮我们做出明智的决定，同时提出可以更低成本获得更大成功的更多项目方案。

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不断变化的成本结构和供应链困境

过去，光伏项目的特点是成本结构以组件为主导，电价固定或可预测。近年来，情况发生了巨大变化。

组件成本的下降速度明显快于系统、安装和其他成本的平衡，以至于在某些地区，后者已成为大型地面光伏项目的主要成本驱动因素。

图C：成本占比发展趋势，来源：BNEF

如图C所示，预计这一趋势有望在固定倾角大型地面光伏系统中继续。这种不断变化的成本结构带来了更密集、更大型的（高直流/交流比）光伏项目。光伏设计人员难以继续基于通用特定收益率来定义项目的最佳设计向量。

此外，与疫情相关的供应链困境持续存在，美国关税的不确定性影响挥之不去，这些因素都推迟了千兆瓦容量项目的开发。因此，开发商需要灵活使用施工期可获得的组件，并根据这些组件的规格和限制因素迅速调整设计。

我们需要先进的太阳能软件。这种先进软件可以在各个项目的基础上，快速运行完整设计向量，使光伏设计师和开发商获得必要的洞察力和灵活度，使他们的设计适应不断变化的市场和当地监管条件。

即使在必须改变设备的情况下，有时，设备在场地建设之前就已变更数次，这种先进软件仍可使项目保持在正轨上。

转向多学科光伏设计与分析

与此前的多种行业一样，太阳能行业已经达到了这样一种成熟度和复杂度——需要调整传统的工程实践以继续扩大规模，达到净零碳排放所需的水平。

一个大型地面光伏电站的开发流程通常需要数个学科团队的专业知识，每个团队都会制定特定的性能相关目标。地理信息系统团队寻找最接近电网基础设施的合适地形，采购团队寻找成本最低的优质设备，性能团队在各种约束条件下优化产能，土木和电气团队以成本为导向布局土木和电气设计，财务团队评估项目的经济性。

在传统方法中，每个团队都以连续和迭代的方式纳入各自的见解与建议，直至实现可行设计。

先进的太阳能软件正在开创一个多学科设计优化（MDO）的新时代，所有相关学科和投入都被同时纳入开发流程。随着太阳能项目变得越来越复杂，软件推动了信息共享，允许多学科团队利用一个共享平台作为 "真理的单一来源"。

由于得以了解具体设计活动对最终设计目标的影响，这种方法可以确保开发流程的每一步都能无缝吸收已执行的分析，使所有团队角色的效率和效益都变得更高。先进的集成工具组合和复杂的建模工具使团队能够以一种多学科的、精简、灵活的方式为一个共同目标而工作。

克服稀缺性和不确定性影响

太阳能行业正面临着一个非常现实的威胁，也就是由于稀缺性和不确定性，完工项目会变得更少。许多因素将继续影响太阳能产业的规模化。

尽管如此，在降低软成本、优化设计资源、复杂性管理和更灵活的项目设计领域，先进的太阳能软件为光伏开发商提供了强大的工具，使他们可以应对稀缺性和不确定性问题，改善并优化经济性，让更多项目顺利完工。

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