山地光伏电站总图设计要点分析

王 丰

（中冶南方都市环保工程技术股份有限公司）

0 引言

随着光伏产业的发展，太阳能资源、地形条件较好的未利用地逐渐减少，光伏电站越来越多的向我国光照资源较好的西南地区发展，该地区地貌大部分以丘陵山地为主，故总图设计在山地光伏电站建设中显得越来越重要。

1 山地光伏电站前期选址设计要点

1.1 规划选址

规划选址是在估算的太阳能资源数据和地形数据的前提下，在指定的一个或几个地区内，通过技术经济论证，择优推荐出建厂地区和场址排序，并提出建厂规模和装机规模。

1.2 工程选址

工程选址是在规划选址的基础上进一步落实建厂条件，并进行必要的测量和勘探，作为开发建设光伏电站下一步工作的基本依据。工程选址阶段主要针对如下方面进行选址分析：

1）太阳能资源的评估

在光伏电站选址过程中，必须对工程所在地的太阳总辐射量进行全面分析。通过计算并满足一定的利用小时数和收益率条件，才会对拟选厂址进行进一步深入的研究。

2）光伏电站用地属性

光伏电站的选址受土地性质影响极大，因此，在选择合适位置时，首要任务是与当地规划、国土、林业、环保、电网接入等有关部门积极沟通，全面了解当地土地规划方向。在此基础上，优先选取适合建设光伏电站的土地，倾向于利用山区荒地和未开发利用的土地。

3）山体条件

在山地光伏项目中，地形非常复杂多样。在选址初期，必须进行现场踏勘，对拟选厂址的地形地貌进行初步评估。主要考虑坡度、坡向、地质条件三个方面。最佳选择是开阔的场地，地形平缓，坡度从北向南逐渐增高，以便适合光伏阵列的布置［1-2］。

2 山地光伏电站总平面设计要点

2.1 山地光伏电站主要布置形式选择

山地光伏发电站的建设往往会涉及两种不同的总图布置方案：一种是以最大化发电量为目标的方案，另一种是以外观整齐美观为目标的方案。在实际设计阶段，必须根据山地光伏发电站的具体需求，选取适宜的总图布置方案［3-6］。

1）发电量最大化总图布置方案

发电量最大化总图布置方案能实现了发电量的最大化，并为实际施工过程提供了强有力的支持。但是，该方案也存在一些不利因素，例如整体视觉效果不甚理想、施工放线工作量较大，以及施工的灵活性受到约束。

2）外观整齐美观总图布置方案

在建设山地光伏发电站的过程中，选择注重外观整齐美观的总图布置方案，将有效改善光伏电站的整体视觉效果，并提高施工过程的灵活性。但需要考虑该方案可能会对光伏电站的发电量产生一定影响，并对施工放线精度提出较高要求。

2.2 光伏电站总平面布置

在确定主要布置形式后，将对光伏电站的总平面进行详细布置。总平面详细布置主要包括以下几个方面：光伏方阵的布置，逆变升压室的布置，站内道路的布置以及站区围栏的布置。

1）光伏方阵的布置

山区光伏电站通常都采用固定式光伏阵列。固定式光伏阵列通常以成排的方式进行安装，一般要求在冬至时，确保两排光伏阵列之间的距离足够，使得在9 点到15 点之间后排光伏阵列不会被前排阵列遮挡。

根据《光伏发电站设计规范》GB50797-2012，固定式布置的光伏方阵间距可根据以下公式计算：

式中，L：阵列倾斜面长度，D：两排阵列之间距离，β：阵列倾角，Φ：当地纬度。

该公式对平地光伏适应性较强，对山地光伏的布置则偏差较大。山区光伏地形条件复杂，目前没有一个比较可靠的公式来计算山区光伏两排阵列之间的距离。

现阶段山地光伏阵列的布置主要利用在Pvsyst软件建立三维模型，模拟前后排光伏方阵的遮挡情况，选取的间距应至少满足《光伏发电站设计规范》中规定的每个方阵全年每天无遮挡日照时数不小于6h的要求，同时计算出各个分区内前后排光伏阵列之间的间距，作为设计的依据。

2）逆变升压室的布置

逆变升压室布置主要考虑如下因素：逆变升压室位于光伏方阵单元模块中部，可以缩短光伏方阵汇流直流线缆的敷设长度，降低直流线损耗，减少投资成本；逆变升压室于主要通道处，这样便于设备的安装和检修，提高了维护的便捷性。；逆变升压室位于场区内地势平坦的区域：减少整平土方工程量，降低施工难度和成本。

3）道路及排水沟的布置。

参考GBJ22-87《厂矿道路设计规范》中露天矿山三级道路标准进行设计，道路布置主要考虑如下因素：

道路路线的规划应结合光伏方阵的划分、逆变器及箱变的安装位置进行布置，以确保道路与电站设施的合理连接。道路应尽量形成环线，若无法形成环线，则应在道路末端设置回车平台，以满足车辆掉头及消防回车的需求。道路的走向应考虑集电线路的布置，以方便后期维护检修工作。

2.3 光伏电站站区围栏的布置

为了确保光伏电站的安全运行，避免外界人员和动物的侵入，在光伏电站外围按照《电力安全设施条例》安装围网，作为发电场区防护设施，厂区围墙为浸塑铁丝网围墙，高度为1.8m，外倾防攀爬角度30°。

3 光伏电站道路设计要点

3.1 道路宽度设计

在山地光伏电站道路的设计过程中，采用露天矿山三级单车道道路设计，3.5m 宽的路面，两边各设有宽度为0.5m 的土路肩。光伏方阵的路面通常采用0.12~0.15m 厚的泥结碎石路面，升压站的进站道路和内部道路则应采用混凝土、沥青等硬化路面，减少灰尘。

3.2 道路纵断面设计

考虑到建成后仅有少量检修车辆通行的需要，为降低道路边坡高度并节省工程投资，建议光伏方阵区道路的纵坡控制在13%以内。同时，在制定升压站进站道路方案时，考虑到需要运输主变等大型设备，建议该区域的纵坡最大控制在9%以内。

3.3 道路横断面设计

山地并网光伏电站的道路多建设于坡面上，因此在横断面设计时必须考虑挖填方的高度，并在道路两侧设置排水沟。同时还需要充分考虑电缆与道路坡顶、坡脚以及排水沟的相互关系，以确保道路稳固且排水畅通。

4 山地光伏电站竖向设计要点

影响山地光伏电站竖向布置的因素主要包括：自然地形地貌、场地排水、土方工程量、水土流失、必要的挡墙、护坡、截洪沟等工程设施等。基于上述因素，山地光伏竖向设计分为以下三类。

1）平坡式布置

平坡式布局适用于地形较为缓和的丘陵地区，要求光伏电站场地的坡度控制在2%以下。在进行场地整平时，需要确保整平标高经济合理，并使自然排水方向与山坡的主体坡向保持一致，以减少土方工程量和附属设施的工程量。这种设计方式能够更好地利用地形条件，使光伏电站的建设更加稳固，并降低建设成本。

2）台阶式布置

台阶式布局适用于自然坡度较陡的山地。该设计将场地分为几个台地，光伏组件沿着台地的长度方向布置，台阶之间采用护坡或挡土墙进行连接。通过这种布局方式，可以充分利用山地地形，增强光伏电站的稳定性和适应性。

3）随坡就势布置。

考虑到山地生态脆弱的情况，为了降低水土流失的风险，光伏组件采取随坡就势布置的竖向设计的方法，即在光伏电站的规划中保持和充分利用原有地形地貌，进行适度改造，以最大程度随坡就势，地减少对原始地貌的破坏。通过这样的设计，能够在建设光伏电站的同时保护山地生态环境，实现生态保护和经济发展的双赢。

5 山地光伏电站场地安全风险及防护

5.1 防洪

山地光伏防洪设计中不要局限于分析场地内的雨水径流，还需分析红线外周边山体的情况，利用地图识别分水岭、各水系的关系及洪水影响范围等。具体措施如下：山地光伏电站位于山谷内平地时，应在厂区外上方山坡设置截洪沟；山地光伏电站位于大的山坡上，在厂区下方周边设置排洪沟。

5.2 边坡

在山地光伏电站建设中，由于地形条件限制，施工和检修道路设计以及场地平整时必须进行大量的开挖和填筑，从而形成大量的人工边坡。这些人工边坡内部的应力状态会随着边坡形成过程中的变化而改变，导致应力的重分布和应力集中等效应。此外，长期的雨水冲刷、风化等地质因素也会不可避免地导致部分边坡失稳，形成不稳定的边坡。因此，在总图设计阶段，必须充分考虑边坡的防护和加固，以确保道路的运行安全和场地边坡的稳定性。

5.3 火灾

光伏发电站中容易引起火灾隐患的设备主要有充油变压器、逆流箱、逆变器和配电柜等。在光伏发电站的安全管理中，预防火灾事故的发生同事，应在电站周边设置好火灾自动报警系统和自动灭火系统，防止电厂外部火灾的蔓延。

6 结束语

随着光伏电站的大量建设，大面积平坦的未利用地越来越少，光热充足的我国西南山区越来越受到重视，山区光伏电站的建设是一个发展的长期趋势。本文从选址、平面布置、竖向布置、道路设计及地安全风险及防护等方面，对山地光伏电站总图设计要点进行的全方位的探讨，为后续山地光伏的总图设计提供较好的参考。