山地光伏電站組件排布優化設計研究

計俊+甘磊明+徐澤元

摘 要：針對我國目前日趨增多的山地光伏電站普遍存在的組件排布問題進行探討與研究，簡要分析山地光伏電站特點及其排布方案所涉及的幾個難點因素，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。以一個項目的實際案例為理論推導，總結出一個排布優化的核心準則，為今后山地光伏電站組件排布方案的優化提供一個方向。

關鍵詞：山地光伏電站；組件排布；傾角及方位角優化設計

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0158-01

隨著近幾年光伏電站建設數量的急劇增加，可供建設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光伏電站、農光互補光伏電站等新型的光伏電站模式逐漸成為未來光伏電站方向的趨勢。

在山地光伏電站設計中，考慮到山地、丘陵等復雜地形下，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系到電站占地面積、電纜消耗量、組件失配損失及發電收益等重要問題。

1 山地光伏電站光伏組件排布難點

（1）山地光伏電站受地質地貌局限性很大，場區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雜，間接影響場內維護道路走向、電纜走線及敷設方式、防雷接地措施及箱逆變等一些主要設備擺放位置。

（2）山地光伏電站相對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電收益等綜合經濟效應。比如坡度超過30°的山體上履帶式打樁機很難正常施工，施工中工作人員及設備運行的危險性也較高。

2 光伏組件排布時應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）

項目土地使用權勘測定界報告中劃分的范圍。

2.2 傾角及方位角的選擇

通過項目所在地附件氣象站、國外免費氣象數據網站NASA或者氣象數據軟件Meteonorm等，對比不同傾角及方位角時的日輻照量，根據項目現場實際情況擇優而定。

2.3 發電量損失

光伏組件陰影遮擋、系統效率降低（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電量損失。

3 山地光伏電站組件排布案例分析

項目案例的經緯度：36.73°N，113.72°E；最佳傾角大約為32°；數據分析軟件：PVSYST；模擬裝機容量為1MW單元，發電量單位為MWh；模擬條件：無陰影遮擋。

表1中可以發現如果我們改變組件傾角，對月發電量有較大影響，但是對年發電量卻影響甚微，從最佳傾角32°降到25°，年發電量也僅損失約0.53%。因此在山地光伏電站中，當存在用地緊張需要減少組件間距時，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結論。

（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，對年發電量有較大影響，發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，尤其當偏移量超過45°，年發電量損失將超過5%。

4 基于山地環境條件下的光伏組件排布一般準則

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，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，光伏安裝傾角取最佳傾角。

注：如果用地面積緊張，應該適當降低傾角，但是因改變傾角導致輻照量減小所帶來的發電量損失盡量不應該大于2%。

4.2 遇到東南朝向或者西南朝向的坡度時，假設正南朝向為0°，正東朝向為90°，正西朝向為-90°

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

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

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

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

注：臨界方位角值45°為平均值，實際值需要測量項目所在地下午4點半時太陽的方位角，綜合分析計算后得出結果。

5 結語

山地光伏電站組件排布一般準則正確來說只是一個寬泛借鑒的指導思想，考慮到每個項目的地理環境和人為因素等特殊性，在項目實際設計中，定量把控數據或者指標往往不切實際的，因此我們在山地電站組件排布優化過程中應當遵循著降低投資成本，提高系統效率及發電量，綜合考慮經濟效益的原則。