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山地光伏电站间距计算与合理选址 附山地光伏阴影计算软件

光伏支架10周年

王建勃;何银涛;黄华 【摘 要】随着荒漠光伏电站可利用的平整场地越来越少,山地光伏电站逐渐增多,而山地光伏电站阵列间的遮挡问题比较普遍,从而造成光伏电站发电量下降,影响企业效益.本文以光伏规范阵列间距的理论计…

王建勃;何银涛;黄华
【摘 要】随着荒漠光伏电站可利用的平整场地越来越少,山地光伏电站逐渐增多,而山地光伏电站阵列间的遮挡问题比较普遍,从而造成光伏电站发电量下降,影响企业效益.本文以光伏规范阵列间距的理论计算公式为依据,结合山地丘陵地形的特点,推导出山地光伏电站的间距计算公式,并对山地光伏电站的选址提出建议,可为山地光伏电站的场地平整及总平面布置等工作提供一定的指导. 【期刊名称】《太阳能》 【年(卷),期】2015(000)009 【总页数】3页(P31-33)
【关键词】山地光伏电站;光伏阵列;间距计算;选址 【作 者】王建勃;何银涛;黄华
【作者单位】特变电工新疆新能源股份有限公司;特变电工新疆新能源股份有限公司;特变电工新疆新能源股份有限公司 【正文语种】中 文  0 引言
光伏电站是利用光伏组件将太阳能转换为电能,然后通过汇流箱、直流柜、逆变器、变压器等一系列设备将电能转换为特定参数的系统。发电量的大小将直接影响光伏电站的收益,而阴影遮挡是影响光伏发电的主要因素之一。根据GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》要求,光伏阵列间距设置要保证在全年每天9:00~15:00(当地真太阳时)时段内前、后、左、右互不遮挡。 本文以北半球为论述对象,故所述纬度均指北纬。 1 遮挡计算
GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》第7.2.2条给出了一般荒漠电站光伏阵列的间距计算公式:
式中,L为阵列倾斜面长度;D为两排阵列之间的距离;β为阵列倾角;φ为当地纬度。
图1 阵列间距示意图
由图1可看出,规范给出的光伏阵列间距计算公式只适用于平整地面,而在如图2所示坡度角为γ的山地上并不适用。为了更深入地了解山地光伏阵列间距的特性,对规范中的公式进行推导完善。 图2 山地阵列间距示意图
如图2,为求出山地光伏阵列的间距D′,根据相似三角形原理,以L、假想水平地面及太阳入射光线所围成的三角形,与以L及其延长线、D′+y、太阳入射光线所围成的三角形相似,令
式(5)的推导前提是山地坡度为南高北低的情况,同理可推导出山地坡度为北高南低的公式为:
式中,γ为山地坡度角,当坡度为南高北低时式中“±”取“–”号,当坡度为北高南低时地式中“±”取“+”号。 2 不同纬度的光伏阵列间距特性为了便于分析,令式(7)中γ=0°,即取平地为研究对象。L为阵列倾斜面长度,与光伏组件尺寸相关,可视为固定值,分析时可取值为1 m。β为阵列倾角,固定支架一般取当地最佳倾角来达到发电量最大化,最佳倾角一般采用PVSYST等光伏专业软件进行计算[1],其值与当地纬度成正比,根据工程经验β值与当地纬度φ值相差1°~2°,为了便于分析令β=φ,不影响分析结果的正确性。 综上所述,将式(7)简化为:
分析φ在0°~50°范围变化时D的变化趋势,如图3所示。 图3 阵列间距随纬度变化曲线 根据图3可得出以下结论:
1)相同规格的光伏组件按最佳倾角安装,其阵列间距随纬度的增加而增大; 2)当纬度达到45°时,阵列间距是纬度为0°时阵列间距的3.66倍,此时阵列间距曲线斜率变大,表明单位面积的发电量明显减小。 3 相同纬度不同坡角的阵列间距特性
山地光伏电站项目中存在各种方向的坡角,其中北高南低的坡角不会使阵列间产生遮挡,而南高北低的坡角会使阵列间产生遮挡,故本文主要研究相同纬度时南高北低的坡角与阵列间距的特性。
根据本文第1节所推导的光伏阵列间距计算公式,分别以北纬 5°、15°、25°、35°、45°为例分析当H=1时南高北低坡角在一定角度之间变化时阵列间距的特性,结果如图4~图8所示。
图4 北纬5°不同坡角下阵列间距变化特性图 图4表明:
1)在北纬 5°,坡角在 0°~35°范围变化 (考虑施工机械最大爬坡角度为35°),阵列间距随坡角的增大而增大;
2)在坡角达到35°时,阵列间距达到0°坡时的约2倍,单位面积发电量有所降低,但仍在可接受的范围内,故在北纬5°以内山地项目选址时南高北低的坡角应小于35°。
图5 北纬15°不同坡角下阵列间距变化特性图 图5表明:
1)在北纬 15°,坡角在 0°~35°范围变化 (考虑施工机械最大爬坡角度为35°),阵列间距随坡角的增大而增大;
2)在坡角小于30°时变化平缓,坡角大于30°时变化陡峭,阵列间距达到0°坡时的约2.5倍,单位面积发电量明显降低,故在北纬5°~15°范围内的山地项目选址时南高北低的坡角应小于 30°。
图6 北纬25°不同坡角下阵列间距变化特性图 图6表明:
1)在北纬 25°,坡角在 0°~32°范围变化,阵列间距随坡角的增大而增大; 2)在坡角小于24°时变化平缓,坡角大于24°时变化陡峭,阵列间距达到0°坡时的约3.1倍,单位面积发电量明显降低,故在北纬15°~25°范围内的山地项目选址时南高北低的坡角应小于 24°。
图7 北纬35°不同坡角下阵列间距变化特性图 图7表明:
1)在北纬 35°坡角在 0°~22°范围变化,阵列间距随坡角的增大而增大; 2)在坡角小于16°时变化平缓,坡角大于16°时变化陡峭,阵列间距达到0°坡时的约2.9倍,单位面积发电量明显降低,故在北纬25°~35°范围内的山地项目选址时南高北低的坡角应小于 16°。
图8 北纬45°不同坡角下阵列间距变化特性图 图8表明:
1)在北纬 45°坡角在 0°~11°范围变化,阵列间距随坡角的增大而增大; 2)在坡角小于10°时变化平缓,坡角大于10°时变化陡峭,阵列间距达到0°坡时的约3.8倍,单位面积发电量明显降低,故在北纬35°~45°范围内的山地项目选址时南高北低的坡角应小于 10°。 4 结语
近年来山地光伏电站项目逐渐增多,但光伏相关规范却没有给出关于山地光伏电站的阵列间距计算公式,本文以GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》为依据,将光伏电站阵列间距计算公式推导完善,使公式可应用于山地项目,并对不同纬度山地项目的选址给出建议,为山地项目的总平面布置及场地平整方案提供参考性理论依据。

参考文献
[1] 杨刚, 陈鸣, 陈卓武. 固定式光伏阵列最佳倾角的CAD计算方法[J]. 中山大学学报(自然科学版), 2008, 47(S2):165-169.

 

附件:

1、文章原文

山地光伏电站间距计算与合理选址

2、山地光伏阴影计算软件

山地光伏阴影计算软件

 

 

作者: 小编

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