山地光伏電站總圖設計要點分析

王 豐

（中冶南方都市環保工程技術股份有限公司）

0 引言

隨著光伏產業的發展，太陽能資源、地形條件較好的未利用地逐漸減少，光伏電站越來越多的向我國光照資源較好的西南地區發展，該地區地貌大部分以丘陵山地為主，故總圖設計在山地光伏電站建設中顯得越來越重要。

1 山地光伏電站前期選址設計要點

1.1 規劃選址

規劃選址是在估算的太陽能資源數據和地形數據的前提下，在指定的一個或幾個地區內，通過技術經濟論證，擇優推薦出建廠地區和場址排序，并提出建廠規模和裝機規模。

1.2 工程選址

工程選址是在規劃選址的基礎上進一步落實建廠條件，并進行必要的測量和勘探，作為開發建設光伏電站下一步工作的基本依據。工程選址階段主要針對如下方面進行選址分析：

1）太陽能資源的評估

在光伏電站選址過程中，必須對工程所在地的太陽總輻射量進行全面分析。通過計算并滿足一定的利用小時數和收益率條件，才會對擬選廠址進行進一步深入的研究。

2）光伏電站用地屬性

光伏電站的選址受土地性質影響極大，因此，在選擇合適位置時，首要任務是與當地規劃、國土、林業、環保、電網接入等有關部門積極溝通，全面了解當地土地規劃方向。在此基礎上，優先選取適合建設光伏電站的土地，傾向于利用山區荒地和未開發利用的土地。

3）山體條件

在山地光伏項目中，地形非常復雜多樣。在選址初期，必須進行現場踏勘，對擬選廠址的地形地貌進行初步評估。主要考慮坡度、坡向、地質條件三個方面。最佳選擇是開闊的場地，地形平緩，坡度從北向南逐漸增高，以便適合光伏陣列的布置［1-2］。

2 山地光伏電站總平面設計要點

2.1 山地光伏電站主要布置形式選擇

山地光伏發電站的建設往往會涉及兩種不同的總圖布置方案：一種是以最大化發電量為目標的方案，另一種是以外觀整齊美觀為目標的方案。在實際設計階段，必須根據山地光伏發電站的具體需求，選取適宜的總圖布置方案［3-6］。

1）發電量最大化總圖布置方案

發電量最大化總圖布置方案能實現了發電量的最大化，并為實際施工過程提供了強有力的支持。但是，該方案也存在一些不利因素，例如整體視覺效果不甚理想、施工放線工作量較大，以及施工的靈活性受到約束。

2）外觀整齊美觀總圖布置方案

在建設山地光伏發電站的過程中，選擇注重外觀整齊美觀的總圖布置方案，將有效改善光伏電站的整體視覺效果，并提高施工過程的靈活性。但需要考慮該方案可能會對光伏電站的發電量產生一定影響，并對施工放線精度提出較高要求。

2.2 光伏電站總平面布置

在確定主要布置形式后，將對光伏電站的總平面進行詳細布置。總平面詳細布置主要包括以下幾個方面：光伏方陣的布置，逆變升壓室的布置，站內道路的布置以及站區圍欄的布置。

1）光伏方陣的布置

山區光伏電站通常都采用固定式光伏陣列。固定式光伏陣列通常以成排的方式進行安裝，一般要求在冬至時，確保兩排光伏陣列之間的距離足夠，使得在9 點到15 點之間后排光伏陣列不會被前排陣列遮擋。

根據《光伏發電站設計規范》GB50797-2012，固定式布置的光伏方陣間距可根據以下公式計算：

式中，L：陣列傾斜面長度，D：兩排陣列之間距離，β：陣列傾角，Φ：當地緯度。

該公式對平地光伏適應性較強，對山地光伏的布置則偏差較大。山區光伏地形條件復雜，目前沒有一個比較可靠的公式來計算山區光伏兩排陣列之間的距離。

現階段山地光伏陣列的布置主要利用在Pvsyst軟件建立三維模型，模擬前后排光伏方陣的遮擋情況，選取的間距應至少滿足《光伏發電站設計規范》中規定的每個方陣全年每天無遮擋日照時數不小于6h的要求，同時計算出各個分區內前后排光伏陣列之間的間距，作為設計的依據。

2）逆變升壓室的布置

逆變升壓室布置主要考慮如下因素：逆變升壓室位于光伏方陣單元模塊中部，可以縮短光伏方陣匯流直流線纜的敷設長度，降低直流線損耗，減少投資成本；逆變升壓室于主要通道處，這樣便于設備的安裝和檢修，提高了維護的便捷性。；逆變升壓室位于場區內地勢平坦的區域：減少整平土方工程量，降低施工難度和成本。

3）道路及排水溝的布置。

參考GBJ22-87《廠礦道路設計規范》中露天礦山三級道路標準進行設計，道路布置主要考慮如下因素：

道路路線的規劃應結合光伏方陣的劃分、逆變器及箱變的安裝位置進行布置，以確保道路與電站設施的合理連接。道路應盡量形成環線，若無法形成環線，則應在道路末端設置回車平臺，以滿足車輛掉頭及消防回車的需求。道路的走向應考慮集電線路的布置，以方便后期維護檢修工作。

2.3 光伏電站站區圍欄的布置

為了確保光伏電站的安全運行，避免外界人員和動物的侵入，在光伏電站外圍按照《電力安全設施條例》安裝圍網，作為發電場區防護設施，廠區圍墻為浸塑鐵絲網圍墻，高度為1.8m，外傾防攀爬角度30°。

3 光伏電站道路設計要點

3.1 道路寬度設計

在山地光伏電站道路的設計過程中，采用露天礦山三級單車道道路設計，3.5m 寬的路面，兩邊各設有寬度為0.5m 的土路肩。光伏方陣的路面通常采用0.12~0.15m 厚的泥結碎石路面，升壓站的進站道路和內部道路則應采用混凝土、瀝青等硬化路面，減少灰塵。

3.2 道路縱斷面設計

考慮到建成后僅有少量檢修車輛通行的需要，為降低道路邊坡高度并節省工程投資，建議光伏方陣區道路的縱坡控制在13%以內。同時，在制定升壓站進站道路方案時，考慮到需要運輸主變等大型設備，建議該區域的縱坡最大控制在9%以內。

3.3 道路橫斷面設計

山地并網光伏電站的道路多建設于坡面上，因此在橫斷面設計時必須考慮挖填方的高度，并在道路兩側設置排水溝。同時還需要充分考慮電纜與道路坡頂、坡腳以及排水溝的相互關系，以確保道路穩固且排水暢通。

4 山地光伏電站豎向設計要點

影響山地光伏電站豎向布置的因素主要包括：自然地形地貌、場地排水、土方工程量、水土流失、必要的擋墻、護坡、截洪溝等工程設施等。基于上述因素，山地光伏豎向設計分為以下三類。

1）平坡式布置

平坡式布局適用于地形較為緩和的丘陵地區，要求光伏電站場地的坡度控制在2%以下。在進行場地整平時，需要確保整平標高經濟合理，并使自然排水方向與山坡的主體坡向保持一致，以減少土方工程量和附屬設施的工程量。這種設計方式能夠更好地利用地形條件，使光伏電站的建設更加穩固，并降低建設成本。

2）臺階式布置

臺階式布局適用于自然坡度較陡的山地。該設計將場地分為幾個臺地，光伏組件沿著臺地的長度方向布置，臺階之間采用護坡或擋土墻進行連接。通過這種布局方式，可以充分利用山地地形，增強光伏電站的穩定性和適應性。

3）隨坡就勢布置。

考慮到山地生態脆弱的情況，為了降低水土流失的風險，光伏組件采取隨坡就勢布置的豎向設計的方法，即在光伏電站的規劃中保持和充分利用原有地形地貌，進行適度改造，以最大程度隨坡就勢，地減少對原始地貌的破壞。通過這樣的設計，能夠在建設光伏電站的同時保護山地生態環境，實現生態保護和經濟發展的雙贏。

5 山地光伏電站場地安全風險及防護

5.1 防洪

山地光伏防洪設計中不要局限于分析場地內的雨水徑流，還需分析紅線外周邊山體的情況，利用地圖識別分水嶺、各水系的關系及洪水影響范圍等。具體措施如下：山地光伏電站位于山谷內平地時，應在廠區外上方山坡設置截洪溝；山地光伏電站位于大的山坡上，在廠區下方周邊設置排洪溝。

5.2 邊坡

在山地光伏電站建設中，由于地形條件限制，施工和檢修道路設計以及場地平整時必須進行大量的開挖和填筑，從而形成大量的人工邊坡。這些人工邊坡內部的應力狀態會隨著邊坡形成過程中的變化而改變，導致應力的重分布和應力集中等效應。此外，長期的雨水沖刷、風化等地質因素也會不可避免地導致部分邊坡失穩，形成不穩定的邊坡。因此，在總圖設計階段，必須充分考慮邊坡的防護和加固，以確保道路的運行安全和場地邊坡的穩定性。

5.3 火災

光伏發電站中容易引起火災隱患的設備主要有充油變壓器、逆流箱、逆變器和配電柜等。在光伏發電站的安全管理中，預防火災事故的發生同事，應在電站周邊設置好火災自動報警系統和自動滅火系統，防止電廠外部火災的蔓延。

6 結束語

隨著光伏電站的大量建設，大面積平坦的未利用地越來越少，光熱充足的我國西南山區越來越受到重視，山區光伏電站的建設是一個發展的長期趨勢。本文從選址、平面布置、豎向布置、道路設計及地安全風險及防護等方面，對山地光伏電站總圖設計要點進行的全方位的探討，為后續山地光伏的總圖設計提供較好的參考。