手把手教您学会山区型光伏电站布置.docx

手把手教您学会山区型光伏电站布置（一） 前几年光伏电站都建设在一马平川的大西北，场地的自然坡度都很小，笔者曾经主持设计的一个光伏电站所用的光伏方阵长度是40米啊（下图），现场施工也没有问题，实在太平坦了。 好日子不长久，渐渐地电站所在的场地越来越不平了。先是南北向有坡度了，再是东西向也有小的坡度了，再最后就是啥方向都有坡度的纯山区型电站了。 本系列文章分七篇介绍山区型光伏电站的布置方法。 今天我们首先探讨仅南北向有坡度情况下光伏方阵的布置。 假设一长度为H的物体在某天某一时刻的影子长度在东西、南北方向的分量分别为L和D，如图1-1所示。L和D可由公式（1-1）、（1-2）求得。冬至日上午9点或下午3点（真太阳时）是的D/H值定义为当地的影子倍率（用表示）。 图1-1 影子长度计算示意图 (1-1 ) 1-2 ) 其中： ：太阳高度角，可由公式（1-3）计算得到。 ：太阳方位角，可由公式（1-4）计算得到。 (1-3) (1-4 ) (1-5) (1-6 ) 公式（1-3）至（1-6）中： ：当地纬度，北半球为正，南半球为负 ：太阳赤纬角 ：当日在一年中的序数，范围为：1~366 TO：当地时区下的时间，以小时为单位，如上午9点半为T0=9.5 LL：当地的经度 LH：当地时区对应的经度 sign()：为正时，sign()=1；为负时，sign()=-1；为0时，sign()=0。 当场地南北向存在坡度时，如图1-2所示。光伏方阵前后排的间距D可由公式（1-7）计算得到。 图1-2 有坡度时方阵前后排间距计算示意图 (1-7 ) 式中， 为南北向坡度，南低北高时为正，南高北低时为负； D’为方阵在南北向的投影长度； 为当地的影子倍率； H’为方阵前后端的高差 看到这里，读者有没有被公式吓倒？没关系了，我已经将上述公式编制成excel程序，将在系列文章（二）中提供大家下载。 手把手教您学会山区型光伏电站布置（二） 《手把手教您学会山区型光伏电站布置》系列文章（一）介绍了仅南北向有坡度时的光伏方阵布置，今天我们介绍仅东西向有很小坡度时的光伏方阵布置。 当东西相邻的固定式方阵标高相同时，若没有特殊要求（比如两者之间有通道、道路或有直埋电缆沟等），方阵东西向间距一般100-200mm即可。 当场地在东西、南北向存在很小的坡度（如3%以下）时，光伏方阵一般仍按照朝向正南、东西纵向水平布置的方案。同时，为减少场平费用及保护环境，一般东西向相邻的方阵的基准标高会一定的差值，如图2-1所示。 图2-1 东西、南北向坡度很小时光伏方阵的布置 在这种情况下，方阵东西向、南北向的间距如何计算呢？ （一） 东西向间距计算 图2-2是两个东西向相邻的方阵，两个方阵的高差为H。在给定时刻，当两个方阵东西向间距为De-w时，正好不遮挡。 图2-2东西向相邻的两个方阵（地坪高差为H、东西间距为De-w） 在上述情况下，必须根据高差H计算出相应的东西向间距De-w，从而指导光伏方阵的布置，以尽量避免遮挡对发电量的影响。 为了找出H和De-w之间的关系，将图1-3相关的量简化后放在长方体中，如图2-3所示。图2-3中，在长方体ABCD-A’B’C’D’中，GD和B’H分别为相邻两个光伏方阵的右边框和左边框，GO为太阳光的方向，BC方向正北方向；在间距为De-w时，东西向方阵确好不相互遮挡。 图2-3东西向相邻的两个方阵间距计算用立体几何模型 根据几何公式推导如下： 作垂线OF⊥B’C’，垂足为F；过O点作A’F的平行线，交AA’于E。图2-3中，∠GOE即为太阳高度角，∠A’FB’ 即为太阳方位角 ，∠OB’F即为固定式方阵的倾角β。 不难证明： OE=h1*ctg() OE=h2*ctg(β)/cos() 因此， h1*ctg()=h2*ctg(β)/cos() 再由H=h1+h2得到： h2=H*() De-w=h2*ctg(β)*tg()=H* （2-1） 同时对相邻方阵高差H，有： H=(L+De-w）∙tan(θe-w) （2-2） 其中， L为方阵的长度； De-w为方阵东西向净间距 tan(θe-w)为坡面东西向坡度（一律为正） 将（2-1）与（2-2）联立得到： De-w= （2-3） （二）南北向间距计算 在计算出东西向间距之后，我们再来看南北向间距。当场地在东西、南北向有一定的坡度时，方阵B比方阵C的高差除了有南北向坡度的影响，还有东西向坡度的影响。 图2-4东西、南北相邻光伏方阵示意图 此时方阵B与方阵C的高差为： h'=W∙sin(β)+(L+De-w）∙tan(θe-w)-Dn-s∙tan(θn-s) （2-4） Dn-s=h'∙τ （2-5） 其中： W为方阵的宽度； L为方阵的长度； β为方阵的倾角； De-w为方阵东西向净间距 Dn-s为方阵南北向净间距 tan(θe-w)为坡面东西向坡度（一律为正） tan(θn-s)为坡面南北向倾角（朝南为正） 将（2-4）、（2-5）联立求得： Dn-s=W∙sin(β)-W∙cosβtan(θn-s)+(L+De-w）∙tan(θe-w)1τ+tan(θn-s) （2-6） 说明：公式（2-6）有可能不适用L较短的情况，请注意。 看到这里，读者有没有被公式吓倒？没关系了，我已经将上述公式编制成excel程序，供大家下载，参见附件。 （三）算例 以某项目为例，当地的纬度为39.4°，采用固定式支架，支架倾角为35°；由于场地东西向存在东西坡度2%，南北向也存在坡度（阴坡，-2%）；方阵长10m、宽3.2米。为了保证在冬至日、春分日下午3点时东西相邻的方阵不遮挡，相邻的东西向方阵的间距De-w计算过程如下： 根据天文公式计算出，冬至日下午3点时的太阳高度角=14.4°，太阳方位角=42.1°，再根据公式（2-3）计算得出： De-w=0.18米。 根据天文公式计算出，春分日下午3点时的太阳高度角=33.1°，太阳方位角=57.6°，再根据公式（2-3）计算得出： De-w=0.17米。 两者取最大值，即De-w=0.18米。 由公式（2-6）可计算出Dn-s=6.42米。 手把手教您学会山区型光伏电站布置（三） 前面介绍了两种比较简单的情况下光伏方阵的布置，即场地有南北向坡度或场地有东西向小坡度时的间距计算。看看下面这张图，这可是纯山区型光伏电站了，这可这么布置呢？ 图3-1 山地光伏电站照片 要想布置的话，首先要实测地形图了，对于山地复杂性地形，地形图的比例最好是1:500了，而不是平坦地区的1:2000了。 拿到地形图之后，就需要根据自然坡向划分区域了，即：将相似坡度及朝向的坡面划为一个区域，以便于分别进行布置。 图3-2 山地型光伏电站区域划分 接着对每个区域的东西向坡度和南北向坡度进行测量和计算，这样就能得到表3-1： 表3-1 各区域山坡倾角及朝向（规定朝正南为0，朝东为负，朝西为正） 区域编号 山坡倾角（°） 山坡朝向（°） 东西向坡度（°） 南北向坡度（°） 1-1 1-2 1-3 ••• ••• ••• ••• ••• 2-1 2-2 2-3 ••• ••• ••• ••• ••• 表3-1中，坡面的东西向分量坡度、南北向分量坡度可由山坡倾角及朝向计算得到。之所以需要这两项，是由于PVSYST里面不是按倾角和朝向，而是按南北向分量坡度和东西向分量坡度。因此这里有个转换，转换公式如下： βn-s=atancosα∙tan(β） (3-1) βe-w=atansinα∙tan(β)（3-2） 式（3-1）、（3-2）中： α：坡面的方位角，正南为0，朝西为正 β：坡的倾角，南坡为正，阴坡为负 βn-s坡面的南北向分量的坡度 βe-w坡面的东西向分量的坡度 在使用时，可利用附件中的excel小程序自行计算。 对表3-1中的区域应先从以下几个方面进行初步筛选： （1）朝向选择 对于朝北向的坡面，除非北坡的角度很小（对北纬30-40°地区，建议不超过5°-10°），一般应尽量避免布置光伏方阵。 （2）坡度选择 目前山坡型光伏电站普遍采用履带式液压打桩机打桩，这种机器爬坡有一定的限制，一般厂家限值在25-30°，应优先考虑坡度小于限值的区域，以降低施工成本。 （3）方阵长度选择 完成初步筛选，就要进一步在初步选定的区域上布置方阵了。方阵尺寸的选择建议优先考虑一整串组件组成一个方阵，并在边角地方布置非整串（如1/2串）光伏方阵。 （4）方阵纵向方向选择 当坡面坡度较大时，方阵若仍然如《手把手教您学会山区型光伏电站布置》（二）中纵向水平、朝正南向布置就会很困难，会带来巨大的土方平整量或/和耗钢量。一般会采用方阵纵向与坡面平行的方式布置，如图3-3所示。 图3-3 光伏方阵纵向平行于坡面的布置方式 （5）下一步需考虑的问题 完成上述步骤后，对给定方阵在给定区域的布置，至少还要考虑以下几个问题： （1） 方阵在坡面上按什么方向布置？ （2） 方阵与坡面的倾角怎么选择？ （3） 方阵前后排的间距怎么选择？ 手把手教您学会山区型光伏电站布置（四）将介绍采用PVSYST软件研究上述问题的方法和手段，手把手教您学会山区型光伏电站布置（五）、（六）将分别举例就正西向坡面和西南向坡面两种典型情况下的方阵布置进行讨论。 手把手教您学会山区型光伏电站布置（四） PVSYST软件是很强大的工具，利用它来进行光伏电站布置的计算会大大降低工作的难度。上文提到对于山地型光伏电站需要确定方阵布置的朝向、倾角和间距，本篇需要解决问题就是怎么在给定的坡面上建立给定朝向、倾角和间距的光伏方阵场模型。 为了便于讨论，我们首先取正西向坡面这一比较典型情况进行分析，假设这个电站位于北京地区。 图4-1是正西向坡面的示意图，可以布置的坡面为平面ABCD，坡面朝向正西，坡度为10°。 图4-1 正西向坡面示意图 对于正西向坡，有两种布置方式：（a）南向布置，即方阵纵向呈正东西向；（b）方阵偏南一定角度；如图4-2所示。本算例中，东南向是指南偏东10°。 (a)南向布置 （b）东南向布置 图4-2正西向坡面的两种布置方式 （一）正南向布置时 在PVSYST中建立三维模型，其中方阵相对于坡面的倾角为25°，方阵朝向正西（10°），如图4-3所示。注意：pitch是指的实际坡面方阵前后排的间距，当然对于这种情况，投影到水平面的长度与在实际坡面上的间距是一样的。 图4-3 PVSYST中建立正西向（10°）坡面上朝正南布置的方阵三维模型 注意：图4-3中，东西向坡度base line slope为正是朝西，为0是朝正南；南北向坡度shed to shed slope为正是南坡，为负是北坡。 保存之后，回到图4-4所示的界面，会提醒自动更改Orientation界面设定的方位角和倾角，确定之后出现图4-4所示的结果。即在这种情况下，方阵与水平面的倾角为27°，与水平面的方位角为20°。 图4-4 PVSYST中建立正西向（10°）坡面上朝正南布置的方阵相对于水平面的倾角和方位角 注意：在图4-3中设定的方阵倾角是相对与正西向坡面的（25°），相对于水平面的