山地光伏電站組件排布優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

計(jì)俊+甘磊明+徐澤元

摘 要：針對(duì)我國(guó)目前日趨增多的山地光伏電站普遍存在的組件排布問(wèn)題進(jìn)行探討與研究，簡(jiǎn)要分析山地光伏電站特點(diǎn)及其排布方案所涉及的幾個(gè)難點(diǎn)因素，著重考慮這些因素彼此之間的影響和在電站中起到重要作用。以一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際案例為理論推導(dǎo)，總結(jié)出一個(gè)排布優(yōu)化的核心準(zhǔn)則，為今后山地光伏電站組件排布方案的優(yōu)化提供一個(gè)方向。

關(guān)鍵詞：山地光伏電站；組件排布；傾角及方位角優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0158-01

隨著近幾年光伏電站建設(shè)數(shù)量的急劇增加，可供建設(shè)地面光伏電站的土地資源日益減少，因此山地光伏電站與漁光互補(bǔ)光伏電站、農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站等新型的光伏電站模式逐漸成為未來(lái)光伏電站方向的趨勢(shì)。

在山地光伏電站設(shè)計(jì)中，考慮到山地、丘陵等復(fù)雜地形下，地面往往凹凸不平、且山體朝向迥異，因此電站總平面布置直接關(guān)系到電站占地面積、電纜消耗量、組件失配損失及發(fā)電收益等重要問(wèn)題。

1 山地光伏電站光伏組件排布難點(diǎn)

（1）山地光伏電站受地質(zhì)地貌局限性很大，場(chǎng)區(qū)普遍存在一些未加固陡坡、沖溝及大型斷層等，這些不可抗拒的因素往往使山地電站組件排布的總平面布局異常復(fù)雜，間接影響場(chǎng)內(nèi)維護(hù)道路走向、電纜走線及敷設(shè)方式、防雷接地措施及箱逆變等一些主要設(shè)備擺放位置。

（2）山地光伏電站相對(duì)于一般地面光伏電站在陰影分析上繁瑣，除了山體朝向及橫縱向跨度迥異外，相同朝向山體的坡度也常常隨著山勢(shì)高低不斷改變。

（3）山體光伏電站組件排布還需要考慮施工難度及成本與發(fā)電收益等綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。比如坡度超過(guò)30°的山體上履帶式打樁機(jī)很難正常施工，施工中工作人員及設(shè)備運(yùn)行的危險(xiǎn)性也較高。

2 光伏組件排布時(shí)應(yīng)考慮的主要因素與彼此之間的影響

2.1 用地面積（包括組件陣列間距）

項(xiàng)目土地使用權(quán)勘測(cè)定界報(bào)告中劃分的范圍。

2.2 傾角及方位角的選擇

通過(guò)項(xiàng)目所在地附件氣象站、國(guó)外免費(fèi)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)站NASA或者氣象數(shù)據(jù)軟件Meteonorm等，對(duì)比不同傾角及方位角時(shí)的日輻照量，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擇優(yōu)而定。

2.3 發(fā)電量損失

光伏組件陰影遮擋、系統(tǒng)效率降低（直流線損、失配損失等）及日輻照量折損，這些主要由組件排布引起的發(fā)電量損失。

3 山地光伏電站組件排布案例分析

項(xiàng)目案例的經(jīng)緯度：36.73°N，113.72°E；最佳傾角大約為32°；數(shù)據(jù)分析軟件：PVSYST；模擬裝機(jī)容量為1MW單元，發(fā)電量單位為MWh；模擬條件：無(wú)陰影遮擋。

表1中可以發(fā)現(xiàn)如果我們改變組件傾角，對(duì)月發(fā)電量有較大影響，但是對(duì)年發(fā)電量卻影響甚微，從最佳傾角32°降到25°，年發(fā)電量也僅損失約0.53%。因此在山地光伏電站中，當(dāng)存在用地緊張需要減少組件間距時(shí)，我們一定幅度降低組件傾角是非常有效的途徑。

從圖1中可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）如果改變相同大小的方位角，朝西方位角比朝東方位角的年發(fā)電量損失要低，即每天下午的輻照量要比上午的輻照量要高。

（2）如果改變組件方位角，對(duì)年發(fā)電量有較大影響，發(fā)電量的損失隨著朝正南方位角的朝東或朝西偏移呈非線性的遞增，尤其當(dāng)偏移量超過(guò)45°，年發(fā)電量損失將超過(guò)5%。

4 基于山地環(huán)境條件下的光伏組件排布一般準(zhǔn)則

4.1 任意坡度的山體，光伏傾角選擇

（1）任意朝向山坡坡度傾角大于35°，光伏陣列不宜安裝。

（2）任意朝向山坡坡度傾角大于25°小于等于35°時(shí)，光伏陣列安裝傾角順坡安裝；

（3）任意朝向山坡坡度小于25°時(shí)，光伏安裝傾角取最佳傾角。

注：如果用地面積緊張，應(yīng)該適當(dāng)降低傾角，但是因改變傾角導(dǎo)致輻照量減小所帶來(lái)的發(fā)電量損失盡量不應(yīng)該大于2%。

4.2 遇到東南朝向或者西南朝向的坡度時(shí)，假設(shè)正南朝向?yàn)?°，正東朝向?yàn)?0°，正西朝向?yàn)?90°

（1）當(dāng)山坡的方位角為大于-15°小于15°時(shí)，光伏陣列安裝的方位角朝正南或順著山坡的朝向。

（2）當(dāng)山坡的方位角為大于-45°小于-15°或大于15°小于45°時(shí)，光伏陣列安裝的方位角順著山坡的朝向。

（3）當(dāng)山坡的方位角為大于-90°小于-45°或大于45°小于90°時(shí)，光伏陣列不宜安裝。

（4）當(dāng)山坡的方位角為-90°或90°，即為正西坡或者正東坡時(shí)，光伏陣列應(yīng)沿著南北等高線安裝，考慮到山體東西高低落差而導(dǎo)致陰影遮擋的因素，可以視項(xiàng)目所在地的實(shí)際條件，適當(dāng)降低陣列安裝傾角。

注：臨界方位角值45°為平均值，實(shí)際值需要測(cè)量項(xiàng)目所在地下午4點(diǎn)半時(shí)太陽(yáng)的方位角，綜合分析計(jì)算后得出結(jié)果。

5 結(jié)語(yǔ)

山地光伏電站組件排布一般準(zhǔn)則正確來(lái)說(shuō)只是一個(gè)寬泛借鑒的指導(dǎo)思想，考慮到每個(gè)項(xiàng)目的地理環(huán)境和人為因素等特殊性，在項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)中，定量把控?cái)?shù)據(jù)或者指標(biāo)往往不切實(shí)際的，因此我們?cè)谏降仉娬窘M件排布優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循著降低投資成本，提高系統(tǒng)效率及發(fā)電量，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益的原則。