山地光伏电站组件排布优化设计研究

计俊+甘磊明+徐泽元

摘 要：针对我国目前日趋增多的山地光伏电站普遍存在的组件排布问题进行探讨与研究，简要分析山地光伏电站特点及其排布方案所涉及的几个难点因素，着重考虑这些因素彼此之间的影响和在电站中起到重要作用。以一个项目的实际案例为理论推导，总结出一个排布优化的核心准则，为今后山地光伏电站组件排布方案的优化提供一个方向。

关键词：山地光伏电站；组件排布；倾角及方位角优化设计

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0158-01

随着近几年光伏电站建设数量的急剧增加，可供建设地面光伏电站的土地资源日益减少，因此山地光伏电站与渔光互补光伏电站、农光互补光伏电站等新型的光伏电站模式逐渐成为未来光伏电站方向的趋势。

在山地光伏电站设计中，考虑到山地、丘陵等复杂地形下，地面往往凹凸不平、且山体朝向迥异，因此电站总平面布置直接关系到电站占地面积、电缆消耗量、组件失配损失及发电收益等重要问题。

1 山地光伏电站光伏组件排布难点

（1）山地光伏电站受地质地貌局限性很大，场区普遍存在一些未加固陡坡、冲沟及大型断层等，这些不可抗拒的因素往往使山地电站组件排布的总平面布局异常复杂，间接影响场内维护道路走向、电缆走线及敷设方式、防雷接地措施及箱逆变等一些主要设备摆放位置。

（2）山地光伏电站相对于一般地面光伏电站在阴影分析上繁琐，除了山体朝向及横纵向跨度迥异外，相同朝向山体的坡度也常常随着山势高低不断改变。

（3）山体光伏电站组件排布还需要考虑施工难度及成本与发电收益等综合经济效应。比如坡度超过30°的山体上履带式打桩机很难正常施工，施工中工作人员及设备运行的危险性也较高。

2 光伏组件排布时应考虑的主要因素与彼此之间的影响

2.1 用地面积（包括组件阵列间距）

项目土地使用权勘测定界报告中划分的范围。

2.2 倾角及方位角的选择

通过项目所在地附件气象站、国外免费气象数据网站NASA或者气象数据软件Meteonorm等，对比不同倾角及方位角时的日辐照量，根据项目现场实际情况择优而定。

2.3 发电量损失

光伏组件阴影遮挡、系统效率降低（直流线损、失配损失等）及日辐照量折损，这些主要由组件排布引起的发电量损失。

3 山地光伏电站组件排布案例分析

项目案例的经纬度：36.73°N，113.72°E；最佳倾角大约为32°；数据分析软件：PVSYST；模拟装机容量为1MW单元，发电量单位为MWh；模拟条件：无阴影遮挡。

表1中可以发现如果我们改变组件倾角，对月发电量有较大影响，但是对年发电量却影响甚微，从最佳倾角32°降到25°，年发电量也仅损失约0.53%。因此在山地光伏电站中，当存在用地紧张需要减少组件间距时，我们一定幅度降低组件倾角是非常有效的途徑。

从图1中可以得到以下几点结论。

（1）如果改变相同大小的方位角，朝西方位角比朝东方位角的年发电量损失要低，即每天下午的辐照量要比上午的辐照量要高。

（2）如果改变组件方位角，对年发电量有较大影响，发电量的损失随着朝正南方位角的朝东或朝西偏移呈非线性的递增，尤其当偏移量超过45°，年发电量损失将超过5%。

4 基于山地环境条件下的光伏组件排布一般准则

4.1 任意坡度的山体，光伏倾角选择

（1）任意朝向山坡坡度倾角大于35°，光伏阵列不宜安装。

（2）任意朝向山坡坡度倾角大于25°小于等于35°时，光伏阵列安装倾角顺坡安装；

（3）任意朝向山坡坡度小于25°时，光伏安装倾角取最佳倾角。

注：如果用地面积紧张，应该适当降低倾角，但是因改变倾角导致辐照量减小所带来的发电量损失尽量不应该大于2%。

4.2 遇到东南朝向或者西南朝向的坡度时，假设正南朝向为0°，正东朝向为90°，正西朝向为-90°

（1）当山坡的方位角为大于-15°小于15°时，光伏阵列安装的方位角朝正南或顺着山坡的朝向。

（2）当山坡的方位角为大于-45°小于-15°或大于15°小于45°时，光伏阵列安装的方位角顺着山坡的朝向。

（3）当山坡的方位角为大于-90°小于-45°或大于45°小于90°时，光伏阵列不宜安装。

（4）当山坡的方位角为-90°或90°，即为正西坡或者正东坡时，光伏阵列应沿着南北等高线安装，考虑到山体东西高低落差而导致阴影遮挡的因素，可以视项目所在地的实际条件，适当降低阵列安装倾角。

注：临界方位角值45°为平均值，实际值需要测量项目所在地下午4点半时太阳的方位角，综合分析计算后得出结果。

5 结语

山地光伏电站组件排布一般准则正确来说只是一个宽泛借鉴的指导思想，考虑到每个项目的地理环境和人为因素等特殊性，在项目实际设计中，定量把控数据或者指标往往不切实际的，因此我们在山地电站组件排布优化过程中应当遵循着降低投资成本，提高系统效率及发电量，综合考虑经济效益的原则。