淺談光伏電站的設(shè)計(jì)

前言：本站為你精心整理了淺談光伏電站的設(shè)計(jì)范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

1一般平整場(chǎng)地的間距設(shè)計(jì)

一般的確定原則是:冬至日09:00—15:00(本文中的時(shí)間均為當(dāng)?shù)卣嫣?yáng)時(shí))的時(shí)間段內(nèi)，光伏陣列不應(yīng)被遮擋。固定式布置的光伏陣列布局，冬至日09:00—15:00，不被遮擋的間距D可由以下公式計(jì)算:D=Lcosβ，(1)L=h/tanα，(2)α=arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)，(3)β=arcsin(cosδsinω/cosα)，(4)h=lsinθ，(5)式中:α為太陽(yáng)高度角;β為太陽(yáng)方位角;D為遮擋物與陣列的間距;h為前排陣列最高端與后排陣列最低端的高度差;φ為當(dāng)?shù)鼐暥?δ為太陽(yáng)赤緯角;ω為時(shí)角;θ為組件傾角;l為前排光伏組件斜面長(zhǎng)度;L為陽(yáng)光射線在地面上的投影。首先計(jì)算冬至日09:00時(shí)的太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角。冬至日δ為－23．45°，09:00時(shí)的ω為－45°，因此α=arcsin(0．648cosφ－0．399sinφ)，(6)β=arcsin(－0．648/cosα)。(7)以上公式計(jì)算的D是前排陣列后端與后排陣列前端的水平間距，而前后陣列的中心距需要加上組件斜面長(zhǎng)度在地面的投影，即D1=lcosθ+D。日照間距系數(shù)R=D/h=cosβ/tanα［5－6］，計(jì)算09:00時(shí)不同緯度的棒影長(zhǎng)度L(假設(shè)垂直立于水平地面的木棒，棒高h(yuǎn)1=1m)及日照間距系數(shù)R，見(jiàn)表1。通過(guò)表1可迅速查找某地09:00時(shí)的日照間距系數(shù)并估算光伏陣列的間距，通過(guò)式(1)、式(2)也可計(jì)算某地09:00時(shí)太陽(yáng)的高度角和方位角。

2正北坡平整場(chǎng)地的間距設(shè)計(jì)

正北坡場(chǎng)地地勢(shì)由南向北均勻緩慢降低，且東西向?yàn)橥坏雀呔€，常見(jiàn)于坐北朝南的民用建筑物或廠房的屋面。某屋頂電站陣列安裝示意圖。某屋頂電站光伏陣列布局示意圖屋面坡度系數(shù)i為屋面最低點(diǎn)與最高點(diǎn)的高度差(相對(duì)于水平面)與最低點(diǎn)與最高點(diǎn)之間水平距離之比。建設(shè)在屋面上的光伏陣列，前排陣列后端與后排陣列前端的高度差應(yīng)為h=lsinθ+(D+lcosθ)i，(8)代入陣列間距計(jì)算公式，整理得D=(lsinθ+ilcosθ)R1－iR。(9)已建設(shè)完畢的建筑物或廠房屋面，在設(shè)計(jì)與建設(shè)期間未考慮日后安裝屋面光伏系統(tǒng)，因此，坡度屋面傾角就與當(dāng)?shù)夭⒕W(wǎng)或離網(wǎng)光伏系統(tǒng)組件最佳傾角不一致。對(duì)于這類屋頂場(chǎng)地，南坡屋面適宜采用最佳傾角安裝，而北坡僅適合將組件水平安裝或小傾角安裝，如果北坡坡度較大，則可利用的面積極少，安裝組件數(shù)量有限，甚至?xí)蛑Ъ茕摬挠昧枯^大而不適合安裝光伏組件。

3斜北坡平整場(chǎng)地的間距設(shè)計(jì)

如果建筑物并不是朝向正南，而是偏東或偏西，即屋面的屋脊并不是正東西方向，有一定的方位角。對(duì)于此類建筑物，光伏陣列間距需進(jìn)一步優(yōu)化。光伏陣列間距的計(jì)算，應(yīng)結(jié)合建筑物方位角β0(即墻面法線與正南向形成建筑物方位角)和當(dāng)?shù)?9:00的太陽(yáng)方位角β(若建筑物方位為南偏西，則用15:00的太陽(yáng)方位角計(jì)算)，則組件實(shí)際方位角β''''為β''''=β－β0，(10)結(jié)合建筑物方位角的日照間距系數(shù)［7］R=D/h=cos(β－β0)/tanα，(11)然后再結(jié)合含有屋面坡度的公式(9)計(jì)算陣列間距DD=(lsinθ+ilcosθ)cos(β－β0)/tanα1－icos(β－β0)/tanα。(12)以鐵嶺市某公司的廠房建筑群為例，該建筑群因道路規(guī)劃及建筑規(guī)劃的需要，均偏東28°，即建筑物方位角為－28°，屋面坡度i=6%。由于屋頂目標(biāo)裝機(jī)容量較大，北坡光伏組件的安裝傾角設(shè)計(jì)為0°，組件縱向雙排排列，斜面長(zhǎng)度為3320mm。經(jīng)計(jì)算，前后陣列間距D為881mm(若建筑物方位角β0=0°，則D=676mm)。由此可見(jiàn)，光伏陣列方位偏東或偏西時(shí)，比光伏陣列朝向正南時(shí)的間距大。為使建筑物美觀或適應(yīng)場(chǎng)地環(huán)境，在路邊、墻邊、屋頂?shù)葓?chǎng)所建設(shè)的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，組件往往不能朝向正南，對(duì)于此類光伏陣列，若場(chǎng)地面積有限、組件的方位角角度大，則組件的傾角不宜過(guò)大，否則陣列的間距會(huì)增大許多。而組件小傾角安裝帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是積雪、灰塵等不易滑落和自清潔，所以傾角大小需要進(jìn)一步考慮當(dāng)?shù)亟笛⒔邓翱諝庵谢覊m濃度等環(huán)境問(wèn)題。由于屋面面積有限，應(yīng)對(duì)組件傾角、間距、安裝容量、組件斜面輻射量及發(fā)電效益等多參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，爭(zhēng)取達(dá)到既降低支架成本、又能增加裝機(jī)容量和年發(fā)電量的目的。

4斜北坡不平整場(chǎng)地的間距設(shè)計(jì)

未開(kāi)發(fā)過(guò)的自然場(chǎng)地越大，則越難保證地勢(shì)平坦，并且坡向有可能朝向北方。對(duì)于此類土地，將朝向北的自然坡處理為平整地面，土方量極大，土地平整的費(fèi)用將超過(guò)支架及樁基等基礎(chǔ)成本，經(jīng)濟(jì)方面幾乎不現(xiàn)實(shí)，最佳方案往往是因地制宜、簡(jiǎn)單處理、隨坡安裝。寧夏中衛(wèi)市某20MW光伏電站占地70hm2，場(chǎng)地南面2km處為山丘，場(chǎng)地地勢(shì)為南高北低、西高東低，南北坡度為1．5%～2．4%，東西坡度為0．6%～1．7%，局部起伏較大。經(jīng)估算，該工程一期場(chǎng)地分區(qū)域平整達(dá)到較為理想場(chǎng)地的土方平衡成本極高，且分區(qū)域之間易形成2m以上的高度差。該場(chǎng)地建設(shè)過(guò)程中，為最大化利用自然地形并減少土地土方調(diào)整量，簡(jiǎn)單平整地面后，采用了階梯式建設(shè)模式，土方平衡成本預(yù)估僅需150萬(wàn)元。1個(gè)子方陣的排布方式為:方陣內(nèi)所有支架單元的基礎(chǔ)標(biāo)高依據(jù)地勢(shì)每列、每行分別向北、向東階梯式降低;總體標(biāo)高由最高處向低處呈弧形階梯降低;子方陣與子方陣之間的高度差由中間道路兩側(cè)做坡彌補(bǔ)。該20MW光伏電站一期工程布局;b為長(zhǎng)、寬均為200m的場(chǎng)地地形圖，可以看出東西、南北方向地勢(shì)差均超過(guò)2．5m;c為地表處理過(guò)后的陣列支架基礎(chǔ)標(biāo)高。光伏組件豎向雙排安裝在支架上，斜面長(zhǎng)度為3310mm，傾角為35°，場(chǎng)地南北方向坡度約為2%。

為保證施工精度并為施工提供便利，前后陣列中心距設(shè)計(jì)為8150mm，前后陣列的高度差為200mm。在陣列間距計(jì)算過(guò)程中，因陣列均是沿場(chǎng)地道路由西南向東北方向排列，對(duì)側(cè)后排陣列影響很小，故未考慮東西向坡度。可見(jiàn)，冬至日15:00時(shí)太陽(yáng)方位角為42°，A陣列不會(huì)遮擋C陣列，但會(huì)在D陣列形成很小的陰影。該工程#4子方陣陣列是正南北方向排列，應(yīng)在設(shè)計(jì)中綜合考慮南北向梯度和東西向梯度的陣列高度差，盡量保證在冬至日15:00時(shí)某陣列對(duì)側(cè)后方陣列不產(chǎn)生遮擋。而場(chǎng)地面積足夠大時(shí)，應(yīng)由該陣列與側(cè)后方陣列高度差h''''計(jì)算陣列間距D。支架基礎(chǔ)標(biāo)高時(shí)，h''''的參考值應(yīng)為h''''=lsinθ+DE－WiE－W+DN－SiN－S，(13)式中:DE－W為相鄰東西陣列的中心距(陣列長(zhǎng)度加相鄰距離);DN－S為相鄰南北陣列的中心距;iE－W為東西方向的坡度;iN－S為南北方向的坡度。將h''''代入D=hR則可推導(dǎo)出含有東西向、南北向2個(gè)方向坡度的間距公式D=(lsinθ+iN－Slcosθ+DE－WiE－W)R1－iN－SR。(14)該工程#4子方陣的間距設(shè)計(jì)如下:東西坡度iE－W=0．4%，南北坡度iN－S=1．2%，采用式(14)計(jì)算得到D=5406mm，最小中心距為8117mm，h''''=190mm。實(shí)際取值相鄰南北陣列的中心距為8150mm，東西、南北相鄰陣列的高度差均為100mm，h''''=200mm。支架基礎(chǔ)標(biāo)高，中A陣列不會(huì)遮擋C，D個(gè)陣列，可保證任一光伏陣列在冬至日15:00時(shí)均不會(huì)遮擋東北方向的后排陣列，相對(duì)于僅考慮南北坡度的設(shè)計(jì)方法，該方法更為合理。

5結(jié)束語(yǔ)

本文推導(dǎo)的公式，對(duì)于坡向朝南的場(chǎng)地同樣適用，僅需將朝北的坡度定義為正值，朝南的坡度定義為負(fù)值。這種設(shè)計(jì)方法突破了原有的固定式陣列間距設(shè)計(jì)方法，可為斜坡場(chǎng)地提供解決方案。

作者：周長(zhǎng)友楊智勇楊勝銘單位：北京乾華科技發(fā)展公司