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山地光伏板布置方法山地光伏板布置方法研究研究 一一 山地光伏间距设计山地光伏间距设计 光伏电站中光伏组件排布设计的核心内容是光伏组件之间距离 的计算 根据国家规范列出的平地上光伏板间距计算方法和光伏组件 间距布置原则，推到出山地光伏的间距计算方法和原则 计算确定光伏组件间的距离的距离，要考虑到组件前、后排的阴 影遮挡问题， 根据规范上确定的原则是， 冬至日上午 9:00 至下午 3:00 期间，南部的太阳能电池阵列对北部的阵列不形成遮挡因此，已知 冬至日的赤纬角为-23.45° ，上午 9:00 和下午 3:00 的时角为 45° 计 算当光伏方阵前后安装时的最小间距 D，如下图所示： 一般确定原则：冬至日当天早 9：00 至下午 3：00 光伏方阵不应 被遮挡 计算公式如下： 太阳高度角的公式：sin=sinsin+coscoscos 太阳方位角的公式：sinβ=cossin/cos 式中：  为当地纬度；  为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5° ；  为时角，上午 9:00 的时角为-45° ； θ 为组件倾角 h 为方阵前排最高点与后排组件最低位置的高度差。

D=cosβ×L，L=h/tan，=arcsin(sinsin+coscoscos) 上述公式计算的 D 为平地时前排光伏组件后端到后排光伏组件 前端的间距，而前排光伏组件前端到后排光伏组件前端的间距为 d=lcosθ+D 在正南坡场地上地势由北向南降低，且东西向为同一等高线时， 坡度系数i 为坡面最低点与最高点的高度差与最低点与最高点之间水 平距离之比建设在坡面上的光伏阵列，前排阵列后端与后排阵列前 端的高度差应为 h=lsinθ-(D+lcosθ)i， 代入阵列间距计算公式，整理得 D=(lsin-ilcos)cosβ/(tan+icosβ) 由于大多数山体坡度倾角与当地光伏组件最佳倾角不一致，因 此，在设计时考虑南坡适宜采用最佳倾角安装，而北坡仅适合将组件 水平安装或小倾角安装，如果北坡坡度较大，则可利用的面积极少， 安装组件数量有限， 甚至会因支架钢材用量较大而不适合安装光伏组 件 如果山体坡面并不是朝向正南，而是偏东或偏西，即山脊并不是 正东西方向，有一定的方位角对于此类坡面，光伏阵列间距需进一 步优化 光伏阵列间距的计算， 应结合坡面方位角 β0和当地 09:00 的太阳 方位角 β，则组件实际方位角 β'为 β'=β-β0，将此公式带入上式计算即可。

在实际设计过程中组件往往不能朝向正南，对于此类光伏阵列， 若场地面积有限、组件的方位角角度大，则组件的倾角不宜过大，否 则阵列的间距会增大许多 而组件小倾角安装带来的另一个问题是积 雪、灰尘等不易滑落和自清洁，所以倾角大小需要进一步考虑当地降 雪、降水及空气中灰尘浓度等环境问题在土地面积紧缺的项目中， 应对组件倾角、间距、安装容量、组件斜面辐射量及发电效益等多参 数进行优化，争取达到既降低支架成本、又能增加装机容量和年发电 量的目的 二二 光伏板布置光伏板布置 1、两方案、两方案土地占地面积比较土地占地面积比较 在电站设计过程中，阵列间距是非常重要的一个参数由于土地 面积的限制，阵列间距一般只考虑冬至日 6 个小时不遮挡然而，6 小时之外，太阳能辐照度仍是足以发电的大部分电站冬至日的发电 时间在 7 小时以上，在西部甚至可以达到 9 个小时 （日照时数是辐 射强度≥120W/m2的时间长度，而辐射强度≥50W/m2时，逆变器就可 以向电网供电因此，当冬至日的日照时数在 6h 以上时，每日的发 电时间肯定大于 6h ） 以 255Wp 光伏板为模板，光伏板尺寸为 1640*990*35（mm） 。

进行光伏板横向布置与竖向布置的比较，如下图所示： 图 1 光伏板横向布置 图 2 光伏板竖向布置 以河北邢台为例，当地的经纬度为 37°，光伏板布置的最佳倾 角为 31°当光伏板横向布置时光伏板间距取 2.7m，当光伏板竖向 布置时光伏板间距取 4.5m 在平地横向布置光伏板时每 1MW 约用地 31.91 亩， 在平地竖向布置光伏板时每 1MW 约用地 36.06 亩 横向布 置与竖向布置用地量大约多 10%左右 2、光伏组件都有旁路二极管、光伏组件都有旁路二极管 热斑效应：一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载 消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量， 被遮蔽的太阳电池组 件此时会发热，这就是热斑效应 这种效应能严重的破坏太阳电池 有光照的太阳电池所产生的部 分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗为了防止太阳电池由于热斑效 应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极 管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗因此，旁 路二极管的作用就是：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作 用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继 续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情 况。

图 3 光伏组件的电路结构图 二极管在纵向遮挡和横向遮挡时的作用 图 4 纵向布置时被遮挡的图 图 5 横向布置时被遮挡的图 当组件纵向排布时，阴影会同时遮挡 3 个电池串，3 个二极管若 全部正向导通，则组件没有功率输出，3 个二极管若没有全部正向导 通， 则组件产生的功率会全部被遮挡电池消耗， 组件也没有功率输出 当组件横向排布时，阴影只遮挡 1 个电池串，被遮挡电池串对应 的旁路二极管会承受正压而导通， 这时被遮挡电池串产生的功率全部 被遮挡电池消耗，同时二极管正向导通，可以避免被遮挡电池消耗未 被遮挡电池串产生的功率，另外 2 个电池串可以正常输出功率 所以纵向遮挡，3 串都受影响，3 串的输出功率都降低；横向遮 挡，只有 1 串受影响，另外 2 串正常工作 在早晚遮挡是不可避免的，横向布置发电量会比竖向布置高，但 占地面积较大，且在部分项目中安装费用会更高，因此应根据具体项 目综合分析采用哪种布置方式 三三 山地光伏光伏板布置方案对比山地光伏光伏板布置方案对比 大型山地地面光伏电站光伏板布置型式主要有 2 种， 分别命名为 方案 A 和方案 B 方案 A 特点： 将山体划分为不同类型的小区域， 使坡度朝向类似的地形采用相 同的布置方式，通过调整光伏板所在平面，使其尽量保证朝向为南， 倾角为最佳倾角。

由设计院提供两端坐标及相对坐标， 施工单位通过电脑计算出各 桩位坐标之后，打点确定桩位 优点： 1. 朝向与倾角均可接近于最佳，发电量有保证 2. 对现场施工人员要求较低，只需要根据坐标打孔即可，便于 流水化作业 3. 整个方阵方位角差别不大，采用集中式逆变器或组串式逆变 器均可 缺点： 1. 各区域布置型式不一样，整体视觉效果欠佳 2. 桩位计算量较大 3. 现场施工人员灵活性较差，遇到局部调整时进度较慢 代表工程： 中电投曲阳项目（如下图） 方案 B 特点： 根据山体走势，所有光伏板均东西向布置，遇到山坡时，沿山坡 布置，视觉上，所有光伏板均为一字东西向布置 由设计院提供一端坐标及光伏板数量，施工单位通过现场放线， 自己调整钻孔位置 优点： 1. 光伏板沿东西向蜿蜒布置，整体视觉效果壮观 2. 不需要计算桩位，现场摆放获得桩位 3. 施工较灵活，施工单位可根据设计院提供的间距等信息，适 当增减光伏板数量 缺点： 1. 各区域光伏板在空中朝向和角度差别较大，影响一定的发电 量 2. 对施工队伍整体素质要求较高，打孔较慢 3. 因各方阵方位角差别较大，建议采用组串式逆变器（多路 MPPT） 。

代表工程： 三峡新能源曲阳五期（如下图） 综上：对于整个项目发电量要求较高，美观度要求较低的项目，建 议采用方案 A；反之，建议采用方案 B 四四 工程安装中常见问题及解决办法工程安装中常见问题及解决办法 随着光伏电站容量不断增加，地势平坦、建设条件较好的土地资 源日趋减少， 山地等建设条件次之的土地将成为重要的光伏电站设资 源然而山地地表起伏不平、朝向各异，局部伴有小型水冲沟或高原 岩石芽残丘、 可安装面积大小不同、 相对分散， 存在系统匹配损失大， 给设计造成一定难度 现就已并网发电的临城晶澳光伏发电项目施工 中所遇到的问题进行如下总结 1 1 桩位坐标的计算桩位坐标的计算 图 1 图 2 光伏板布置图（图 1）仅给出一排组件两端中间部位位置坐标， 现场施工人员需通过桩位相对位置关系进行推算桩位的坐标 而基础 桩位图（图 2）中只有每组组串左端中点与各桩的相对位置关系，在 计算相邻组串的桩位坐标时较为困难，二次加工计算量较大 建议： 在光伏板布置图上标注坐标时标注每组组串的左上角桩位 坐标（图 3） ，再配以桩位相对位置关系图（图 2） ，在计算其余桩位 坐标时较为容易理解，且计算较为简单。

现场放点前需将桩位坐标导 入 GPS 仪器中，由于数据量较大，为避免错误，可利用 CAD 插件 （coodsheet.dvb）将每个方阵的桩位坐标做成 Excel 表格，提供给现 场 图 3 2 2 支架立柱、斜支撑及背拉较长支架立柱、斜支撑及背拉较长 图 4 图 5 图 6 支架安装过程： 首先根据图纸要求， 光伏板前端离地面至少 50cm 以上确定前立柱的高度； 然后根据 AB 边与水平面夹角调整后立柱高 度，在两端立柱顶端拉线，根据线调整中间立柱高度，以确保其在同 一条线上；最后顺坡势安装横撑，安装斜支撑以及后拉条 受山地地形地貌影响，在坡度较大地方会出现后立柱过长现象 （图 4） ，需要现场切割，造成材料的浪费；后拉条过长无法张紧， 由于后拉条两端都有套丝，若中间切割再焊接以及进行防锈处理，将 大大增加工作量，若将一端做成弯钩，另一端张紧（图 6） ，则外观 不美观影响验收；斜支撑无法按照图纸设计角度进行安装到位，起不 到支撑作用，从而影响支架稳定性（图 5） 建议：在设计支架时，不仅要考虑平地情况，最好将坡度的问题 考虑进去， 提供不同坡度下， 后立柱、 后拉条以及斜支撑的下料长度。

在布置光伏板时则需要注明每个区域的坡度为多少， 以方便统计各长 度的材料数量，后续施工时按照图纸标注坡度，选用不同长度材料， 尽可能减少切割浪费 3 3 支架平面难以调整支架平面难以调整 图 7 图 8 在设计组件布置时，根据地形走向与坡度，对组件面板的倾角和 方位角进行适当调整，使面板布置走向与地形走向一致，则在有东西 坡向的组件投影将为平行四边形 光伏板布置图中仅有 AB 边与水平 面夹角（图 7）即斜撑与水平面夹角，并未给出横撑与水平面夹角即 山地的东西坡度，而在安装时由于地形的复杂性，很难根据坡势调整 出东西向坡度，从而导致安装平面不是矩形，最终在安装光伏组件时 出现组件边沿离横撑一端距离较小（图 8） ，甚至超出横撑端部 建议：设计时，同时给出斜撑与水平面夹角以及横撑与水平面夹 角 五五 光伏支架光伏支架选型选型 1 1 综述综述 在大型太阳能发电站项目中， 建安成本占光伏项目总投资的 21% 左右，而太阳能光伏支架的投资仅占总成本的 3%左右因此，相对 于太阳能电站高额的投资，支架成本的波动并不是敏感因素，选择高 端支架的成本仅提高不足 1%，然而如果选用的支架不合适，后期养 护成本会大大增加，整体考虑并不合算。

任何类型的太阳能光伏组件支架，最重要的特征之一是耐候性 需保证 25 年内结构必须牢固可靠，能承受如环境侵蚀，风、雪荷载 和其它外部效应安全可靠的安装，以最小的安装成本达到最大的使 用效果、几乎免维护、可靠的维修、可回收，这些都是做选择方案时 所需要考虑的重要因素 2 2 支架的材质支架的材质 光伏支架材料的选择需要较严格的计算和试验分析才能确定 受 安装地点的地形、气候、环境等因素影响，耐候性也是选择的依据之 一，同时，还需考虑维修及材料回收等因素如电站场区的大气、。