采用30度傾角也不會積雪

解決積雪問題的對策重點是在架臺上安裝電池板時的“傾角”，和電池板底部與地面之間的“地面高度”。傾角需要采用讓雪能夠滑落的角度，地面高度則要保證電池板不被大雪掩埋。雖說角度越大，雪越容易滑落，但陽光的入射角度會隨之變小，導致發電量減少。地面高度越高越不容易被雪掩埋，但會導致安裝成本增加。而且，電池板的傾角和地面高度的越大，清晨和傍晚時的影子就越長，容易遮掩其他的電池板。而如果擴大間隔，安裝數量又會隨之減少。在實證中，不同時期安裝的電池板采用了不同的傾角和地面高度，為相互矛盾的發電量與積雪對策尋找最佳的平衡點。

一期設置的傾角為33度，地面高度為2米。采用33度是因為按照正午太陽高度推算，這一角度的發電量最大。地面高度則是根據過去的積雪情況，采用了電池板不會被掩埋的高度。但是，采用33度傾角，電池板上的積雪不會滑落。因此，二期把傾角加大到45度，將地面高度降低到了1米。這一次，雪雖然順利滑落，但滑落的雪堆積在電池板下方，高度足有1米以上，覆蓋了電池板的底部。三期保持45度不變，只把地面高度調回到了2米（圖3）。結果不僅沒有積雪，滑落的雪也沒有遮擋住電池板。四期則是采用30度的傾角，對電池板表面實施“清雪加工”，檢驗了效果（圖4）。清雪加工是指在電池板的框架與保護玻璃的邊界部分填充硅填縫，以消除縫隙的措施（圖5）。因為通過之前的檢驗已查明，容易積雪是因為太陽能電池板表面存在落差和縫隙。填充取得了明顯效果，盡管傾角只有30度，但多數情況下都沒有積雪。

圖3：傾角45度、地面高度2米的太陽能電池板
（出處：日經BP）

圖4：傾角30度、地面高度1.8米的太陽能電池板
（出處：日經BP）

圖5：利用硅填縫填充了框架與玻璃之間的縫隙
（出處：日經BP）

但是，與填縫同時實施的“太陽能電池板加高對策”卻出師不利。“加高對策”是指在安裝時，將最下排的太陽能電池板單獨加高，使其與上排的電池板之間形成縫隙。這樣一來，上排的積雪將經由縫隙落到架臺內側，從而防止雪集中堆積在電池板正下方。不出所料，上排電池板的積雪的確順著縫隙落到了架臺內側，但堆積在內側的“雪山”從后方擠壓最下排的電池板，使電池板發生了傾斜，因此，這一對策只得作罷。

2010年設備利用率達到11.8％，達到全國平均水平

為了研究利用大型蓄電池的系統穩定化技術，實證實驗安裝了日本礙子公司制造的1.5兆瓦鈉硫（NAS）電池，使其與5兆瓦的百萬瓦級光伏電站聯動（圖6）。運轉主要采用兩種方式。分別是“功率變化抑制”和“計劃運轉”。在晴天時，如果云彩遮住太陽，光伏發電的輸出功率會在短時間內劇烈波動。如果能夠遏制這樣的變化，就能減輕電力系統承受的負荷。實證把變化幅度減少8成作為目標，并成功取得了接近目標的控制效果。“計劃運轉”是根據天氣預報預測光伏發電每個時段的輸出功率，配合蓄電池的充放電提前制定發電計劃，并通過控制，使負載（發電量變化）符合計劃的方法。計劃運轉的重現性很大程度上取決于根據天氣預報預測發電量的精度，通過實證，預測精度得到了提高。

圖6：日本礙子制造的鈉硫電池
（出處：日經BP）

實證結束后，稚內百萬瓦級光伏電站已經成為稚內市經營售電業務的設施。日本實行可再生能源發電固定價格收購制度后，這座電站現在1年給該市創造的售電收入高達1.4億日元～1.5億日元。同時，作為日本國內首座百萬瓦級光伏電站，其設備還可以對電池板經年劣化的影響進行評價，因此備受關注。最近幾年的年設備利用率分別為2010年度11.8％，2011年度10.1％，2012年度10.1％。雖然會受到天氣影響，但自從2006年投入使用以來，設備利用率一直保持穩定。寒冷地區雖然給人以不適合進行光伏發電的印象，但在有的年度，這座發電站的設備利用率并不遜色于日本全國的平均水平（約12％），例如2010年度。從月均發電量的變化來看，在不下雪的寒季，也就是4月～6月，設備利用率甚至在全國領先（圖7）。如何借助清雪措施提高處于低谷的11月～2月的發電量？如何在發電量大的春夏儲存電能？雪國的百萬瓦級光伏電站面臨的重點與課題已經清晰地浮現了出來。

圖7：2012年度的年發電量變化
（出處：稚內市）