手把手教您学会山区型光伏电站布置2014

1、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（

2、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：1366TO：当地时区下的时间，以小时为单位，如上午9点半为T0=9.5LL：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

3、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

4、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，

5、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-ABCD中，GD和BH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OFBC，垂足为F；过O点作AF的平行线，交AA于E。图2-3中，GOE即为太阳高度角，AFB 即为太阳方位角 ，OBF即为固定式方阵的倾角。不难证明：OE=h1*ctg()OE=h2*ctg()/cos()因此，h1*ctg()

6、=h2*ctg()/cos()再由H=h1+h2得到：h2=H*()De-w=h2*ctg()*tg()=H* （2-1）同时对相邻方阵高差H，有：H=(L+De-w）tan(e-w) （2-2）其中，L为方阵的长度；De-w为方阵东西向净间距tan(e-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=Wsin()+(L+

7、De-w）tan(e-w)-(Dn-s+w*cos)tan(n-s) （2-4）Dn-s=h （2-5）其中： W为方阵的宽度；L为方阵的长度；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(e-w)为坡面东西向坡度（一律为正） tan(n-s)为坡面南北向倾角（朝南为正）将（2-4）、（2-5）联立求得：Dn-s=Wsin()-Wcostan(n-s)+(L+De-w）tan(e-w)1+tan(n-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

8、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

9、）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

10、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（）1-11-21-32-12-22-3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：n-s=atancostan(） (3-1)e-w=atansintan()（3-2）式（3-1）、（3-2）中：坡面的方位角，正南为0，朝西为正：坡的倾角，南坡为正，阴坡为负n-s坡面的南北向分量的坡度e-w坡面的东西向分量的坡度在使用时，可利用

11、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

12、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

13、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。

14、(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

15、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），相对于水平面的倾角就变为27，方位角也有类似的情况。（二）东南向布置时这种情况下，就必须采用曲线救国的方法了。由于方阵是南偏东10，对于实际的坡面（倾角10，朝向90）首先南向西旋转10（因为下一步还要旋转回来），即先建立一个过渡坡面（倾角10，朝向100）。可利用附件中的excel小程序计算。对于上述倾角10、朝向100的坡面，可计

16、算其南北向分量坡度为-1.8，东西向分量坡面为9.9（PVSYST中会对小数点四舍五入）。在PVSYST建立这个坡面上方阵布置的模型，如图4-5所示。图4-5 倾角10、朝向100坡面上布置倾角为25的方阵在图4-5所示的界面点“确定”后，选择X-Y投影的视图（投影到水平面上），再左侧工具栏点旋转按钮，将整个山坡旋转-10，这样山坡就变成了原来的正西向、10坡，方阵也变成了南偏东10布置，如图4-6。图4-6 向东旋转10后坡面（俯视图，投影到水平面上）为了验证图4-6旋转后的坡面是否为正西向、10坡面，可以点击X-Z视图，切换到观察者位于方阵正南正对方阵水平视图投影，如图4-7左。可以看出，

17、与未旋转（图4-7右）相比，山坡已经变为正西向坡面。图4-7 X-Z视图（左：旋转后，右;旋转前）这时再双击图4-6中的方阵，出现的对话框如图4-8。可以看出方阵的倾角变为26.8、方位角变为10.2。与图4-5相比，方位角由原来的20.2变为10.2。图4-8 旋转后方阵对话框这样，通过我们就掌握了利用PVSYST对山区型光伏方阵布置的方法，下面的系列文章（五）、（六）将利用本节的方法对正西向坡面和西南向坡面的布置进行讨论。手把手教您学会山区型光伏电站布置（五）本节将利用系列文章（四）介绍的方法，以北京地区某个正西向坡面为例进行布置。单个方阵由20块1650*990组件构成，方阵长10米、宽

18、3.3米。选择三种方阵布置朝向进行比较：正南向、南偏东20和南偏东10，方阵倾角分别按15、20、25、30、35进行计算，均按最佳倾角、间距按平地时的正常间距大10%左右设定（9米），方阵场均按500kW建立。计算不同设定下，方阵场接收到的年总辐射量（阴影按线性遮挡模式）。年总辐射量以1758kWh/（平地、无遮挡、最佳倾角时方阵接收到的年总辐射量）为基准折算成标幺值。（一） 正西向坡面，倾角10表5-1为正西向坡面（倾角10）不同布置方向、不同倾角下的方阵的实际方位角、倾角、年总辐射量和阴影遮挡情况。表5-1 正西向坡面（倾角10）不同布置方向、不同倾角下方阵的参数布置方向参数152025

19、303540正南布置方阵倾角182227313641方阵方位角332620171412南偏东20布置方阵倾角172226313641方阵方位角103-15-7-9南偏东10布置方阵倾角182227313641方阵方位角231610742正南布置年总辐射量(pu)0.925 0.943 0.953 0.958 0.956 0.947 南偏东20布置年总辐射量(pu)0.937 0.950 0.958 0.958 0.949 0.936 南偏东10布置年总辐射量(pu)0.932 0.948 0.957 0.960 0.954 0.943 正南布置阴影遮挡（%）0.81.32.02.73.54.4

20、南偏东20布置阴影遮挡（%）1.42.12.83.84.96.1南偏东10布置阴影遮挡（%）1.21.82.53.34.45.5值得注意的是，在倾角为30时，正南向布置和南偏东20布置下的方阵的实际倾角均为31左右，但是后者的方位角只有5（前者为17），但是后者的阴影遮挡损失为3.8%（前者为2.7%），此消彼长，两者年总辐射量基本相同。图5-1为正西向坡面（倾角10）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况。可以看出，三种布置方式下，倾角在25-35之间时取得最大值，且最大值相差极小。图5-1 正西向坡面（倾角10）不同布置方向、不同倾角下方阵的年总辐射（pu）（二） 正西向坡面，倾角

21、20表5-2为正西向坡面（倾角20）不同布置方向、不同倾角下的方阵的实际方位角、倾角、年总辐射量和阴影遮挡情况。表5-2 正西向坡面（倾角20）不同布置方向、不同倾角下方阵的参数布置方向参数152025303540正南布置方阵倾角252832364044方阵方位角524336312622南偏东20布置方阵倾角242731353944方阵方位角312215951南偏东10布置方阵倾角252832364044方阵方位角423326211612正南布置年总辐射量(pu)0.905 0.923 0.933 0.937 0.936 0.928 南偏东20布置年总辐射量(pu)0.933 0.943 0.

22、947 0.946 0.937 0.922 南偏东10布置年总辐射量(pu)0.921 0.934 0.941 0.943 0.940 0.930 正南布置阴影遮挡（%）0.51.11.82.73.64.5南偏东20布置阴影遮挡（%）2.03.04.04.96.17.3南偏东10布置阴影遮挡（%）1.32.13.13.94.85.8图5-2为正西向坡面（倾角20）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况。可以看出，南偏东20布置下的年总辐射量比正南时大0.01pu，南偏东10布置下的年总辐射量比正南时大0.005pu。图5-2 正西向坡面（倾角20）不同布置方向、不同倾角下方阵的年总辐射

23、（pu）（三） 正西向坡面，倾角30表5-3为正西向坡面（倾角30）不同布置方向、不同倾角下的方阵的实际方位角、倾角、年总辐射量和阴影遮挡情况。表5-3 正西向坡面（倾角30）不同布置方向、不同倾角下方阵的参数布置方向参数152025303540正南布置方阵倾角333638414548方阵方位角625447413631南偏东20布置方阵倾角323538414448方阵方位角413326201510南偏东10布置方阵倾角333638414548方阵方位角524437312621正南布置年总辐射量(pu)0.870 0.886 0.897 0.902 0.902 0.896 南偏东20布置年总辐射

24、量(pu)0.910 0.919 0.923 0.918 0.908 0.892 南偏东10布置年总辐射量(pu)0.892 0.904 0.911 0.913 0.908 0.897 正南布置阴影遮挡（%）1.01.62.33.24.04.9南偏东20布置阴影遮挡（%）3.24.15.16.37.79南偏东10布置阴影遮挡（%）2.02.93.84.65.76.9图5-3为正西向坡面（倾角30）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况。可以看出，南偏东20布置下的年总辐射量比正南时大0.02pu，南偏东10布置下的年总辐射量比正南时大0.01pu。图5-3 正西向坡面（倾角30）不同布

25、置方向、不同倾角下方阵的年总辐射（pu）（四） 小结针对本算例，可以看出：（1）当西向坡面为10时，与方阵正南布置相比，南偏东布置方式的优势不明显。（2）当西向坡面为30时，与方阵正南布置相比，南偏东20布置方式下方阵年总辐射量约能高出0.02pu，南偏东10布置方式约能高出0.01pu。（3）对于三种布置方式，在最优倾角下的年总辐射量（pu）分别为0.96、0.947和0.923，可以看出随着西向坡度的增加，方阵接收到的年总辐射量会降低；对于本算例，平地时最优倾角下的年总辐射量约0.98pu（平地时也有遮挡），10坡面下降约0.02pu、20坡面约0.033pu，30坡面约0.057pu。（

26、4）对正西向坡面来说，坡度为10、20、30时，方阵的最佳倾角在30左右。手把手教您学会山区型光伏电站布置（六）本节将利用系列文章（四）介绍的方法，以北京地区某个西南向坡面为例进行布置。单个方阵由20块1650*990组件构成，方阵长10米、宽3.3米。选择三种方阵布置朝向进行比较：正南向、南偏东20和南偏东10，方阵倾角分别按15、20、25、30、35进行计算，均按最佳倾角、间距按平地时的正常间距大10%左右设定（9米），方阵场均按500kW建立。计算不同设定下，方阵场接收到的年总辐射量（阴影按线性遮挡模式）。年总辐射量以1758kWh/（平地、无遮挡、最佳倾角时方阵接收到的年总辐射量）为

27、基准折算成标幺值。（一） 南向坡度10、西向坡度10（即南偏西45、倾角14）表6-1为南向坡度10、西向坡度10时不同布置方向、不同倾角下的方阵的实际方位角、倾角、年总辐射量和阴影遮挡情况。表6-1西南向坡面（南向坡度10、西向坡度10）不同布置方向、不同倾角下方阵的参数布置方向参数152025303540正南布置方阵倾角182227313641方阵方位角332620171412南偏东20布置方阵倾角202428323742方阵方位角201261-2-5南偏东10布置方阵倾角192328323741方阵方位角2820141074正南布置年总辐射量(pu)0.932 0.955 0.971 0

28、.982 0.984 0.979 南偏东20布置年总辐射量(pu)0.952 0.970 0.980 0.984 0.981 0.971 南偏东10布置年总辐射量(pu)0.942 0.963 0.977 0.984 0.983 0.976 正南布置阴影遮挡（%）000.10.30.71.2南偏东20布置阴影遮挡（%）0.10.30.71.32.02.7南偏东10布置阴影遮挡（%）00.20.40.81.42.0值得注意的是，在倾角为30时，正南向布置和南偏东20布置下的方阵的实际倾角均为31左右，但是后者的方位角只有1（前者为17），但是后者的阴影遮挡损失为1.3%（前者为0.3%），此消彼

29、长，两者年总辐射量基本相同。图6-1为西南向坡面（南向坡度10、西向坡度10）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况。可以看出，三种布置方式下，倾角在30左右时取得最大值，且最大值相差极小。图6-1 西南向坡面（南向坡度10、西向坡度10）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况（二） 西向20坡面，南向10（即倾角22，方位角64）表6-2为南向坡度10、西向坡度20时不同布置方向、不同倾角下的方阵的实际方位角、倾角、年总辐射量和阴影遮挡情况。表6-2 南向坡度10、西向坡度20时不同布置方向、不同倾角下方阵的参数布置方向参数152025303540正南布置方阵倾角252832

30、364044方阵方位角524336312622南偏东20布置方阵倾角262933374145方阵方位角3426191384南偏东10布置方阵倾角262932364044方阵方位角433528221713正南布置年总辐射量(pu)0.910 0.932 0.948 0.958 0.960 0.955 南偏东20布置年总辐射量(pu)0.946 0.961 0.969 0.969 0.963 0.951 南偏东10布置年总辐射量(pu)0.930 0.949 0.962 0.967 0.966 0.958 正南布置阴影遮挡（%）00.10.30.51.11.7南偏东20布置阴影遮挡（%）0.40.

31、81.52.33.24.2南偏东10布置阴影遮挡（%）0.10.30.71.322.8图6-2为西南向坡面（南向坡度10、西向坡度20）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况。可以看出，南偏东20布置下的年总辐射量比正南时大0.01pu，南偏东10布置下的年总辐射量比正南时大0.005pu。图6-2 西南向坡面（南向坡度10、西向坡度20）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况（三） 西向30坡面，南向10（即倾角31，方位角73）表6-3为南向坡度10、西向坡度30时不同布置方向、不同倾角下的方阵的实际方位角、倾角、年总辐射量和阴影遮挡情况。表6-3 南向坡度10、西向坡度3

32、0时不同布置方向、不同倾角下方阵的参数布置方向参数152025303540正南布置方阵倾角333638414548方阵方位角625447413631南偏东20布置方阵倾角343639424549方阵方位角433528221612南偏东10布置方阵倾角343639424549方阵方位角534538322622正南布置年总辐射量(pu)0.878 0.899 0.915 0.922 0.924 0.920 南偏东20布置年总辐射量(pu)0.925 0.936 0.941 0.941 0.934 0.921 南偏东10布置年总辐射量(pu)0.905 0.921 0.930 0.934 0.931

33、 0.923 正南布置阴影遮挡（%）0.10.20.41.11.72.4南偏东20布置阴影遮挡（%）1.11.82.73.64.65.7南偏东10布置阴影遮挡（%）0.20.81.52.233.9图6-3为西南向坡面（西向30坡面，南向10）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况。可以看出，南偏东20布置下的年总辐射量比正南时大0.02pu，南偏东10布置下的年总辐射量比正南时大0.01pu。图6-3 西南向坡面（西向30坡面，南向10）不同布置方向、不同倾角下的方阵的年总辐射量情况（四） 小结针对本算例，可以看出：（1）当西向坡面为10时，与方阵正南布置相比，南偏东布置方式的优势不明显。（2）当西向坡面为30时，与方阵正南布置相比，南偏东20布置方式下方阵年总辐射量约能高出0.02pu，南偏东10布置方式约能高出0.01pu。（3）对于三种布置方式，在最优倾角下的年总辐射量（pu）分别为0.984、0.969和0.941，可以看出随着西向坡度的增加，方阵接收到的年总辐射量会降低；对于本算例，纯南向时最优倾角下的年总辐射量约1pu，10坡面下降约0.016pu、20坡面约0.031pu，30坡面约0.058pu。（4）对本节的西南向坡面（南向10，西向分别为10、20、30），最佳倾角也在30左右，与正西向坡