光伏電站用地面積的估算方法

1、光伏電站用地面積的估算方法王建勃，何銀濤，黃華（特變電工新疆新能源股份有限公司，西安710065）摘要：隨著荒漠光伏電站可利用的平整場(chǎng)地越來越少，山地光伏電站越來越多，而山地光伏電站陣列間的遮擋問題比較 普遍，從而造成光伏電站發(fā)電量下降，影響企業(yè)的效益。本文以光伏規(guī)范陣列間距的理論計(jì)算公式為依據(jù)結(jié)合山地丘陵地形 的特點(diǎn)推導(dǎo)出山地光伏電站的間距計(jì)算公式，并對(duì)山地光伏電站的選址提出建議，對(duì)山地光伏電站的場(chǎng)地平整及總平面布置 等工作有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：山地光伏電站；光伏陣列；間距計(jì)算；選址中圖分類號(hào)：TK文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0當(dāng)?shù)鼐暥?。D = LcosP + Ls哪光伏電站的用地面積是決定電站裝機(jī)容

2、量的首 要條件，也是電站前期投資的重要指標(biāo)，且建設(shè)用 地審批手續(xù)繁瑣，所以在項(xiàng)目前期就要根據(jù)項(xiàng)目的 裝機(jī)容量估算項(xiàng)目的用地面積，如果估算面積過大 會(huì)導(dǎo)致征地費(fèi)用過高增加企業(yè)前期投資壓力，如果 估算面積過小，會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目建設(shè)期用地面積的擴(kuò)展， 不僅手續(xù)麻煩且1遮擋計(jì)算GB50797-2012光伏電站設(shè)計(jì)規(guī)范第7.2.2 條給出了一般荒漠電站光伏陣列的間距計(jì)算公式：D = Lcos6 + Lsm070皿薄04338 式0.7070.4338tan。圖1陣列間距示意圖式中：L陣列傾斜面長度;D兩排陣列之間距離；陣列傾角；由圖可以看出規(guī)范給出的光伏陣列間距計(jì)算公 式只適用于平整地面，在如圖2所示坡度角為

3、Y的 山地上并不適用，為了更深入的了解山地光伏陣列 間距的特性，對(duì)規(guī)范中的公式進(jìn)行推導(dǎo)完善。太陽.圖2山地陣列間距示意圖如圖2,為求出山地光伏陣列的間距D，根據(jù) 相似三角形原理，以L、假想水平地面及太陽入射光線所圍成的三角形與以L及其延長線、D+y、太 陽入射光線所圍成的三角形相似，則有:式0.707ta崩+0.43380.7070.4338tan0D = H cosF + H sinp 0.707：以0+0.4338stnpstnp 0.7070.4338tan0cosfi = cotpsin.令 0.707tan 00.4338 = n0.7070.4338 tan 0.D = H * c

4、o* H * n 式 y = X * cotp式將式、式代入式可得：H _ H* cot。 H*nx_ =_DT變形后得：H * (x * cot。 D，)= (x H) * (H * cot。 H * n)H * x * cot。 H * D，= x*H*cot。 x*H*n H*H* cotp H * H * nH*D，=x*H* cot。 x*H*n H*H* m。 H* H * n H * x * cot。D，= x * n H * cot。H * n 式由圖2可知：衛(wèi)=tanyD，變形后可得：x = D，* tanY式將式代入式可得:D，= D，*tanY * n H * cot。

5、H * n變形后可得：D，。* tany * n = H * cot。 H * nD，(1 tany * n) = H * cot。 H * nD，= H*cot 6H*n1tan y *n式由圖 2 可知：H * cot。= L * cos。, H = L * sin。代入式可得：D，= (L*cos。L * sinp* n)1,1tan y *n由于 0.707tan 00.4338 = n0.7070.4338 tan 0所以：D，= (Lcos。Lsm80.707E00.43380.7070.4338E011tan y*n將式代入上式可得:D，= D1式1tan y*n上式的推導(dǎo)前提是

6、山地坡度為南高北低的情況，同理可推導(dǎo)出山地坡度為北高南低的公式為：D，=D*一1，由公式可以看出當(dāng)Y =0即山地坡度 1tan y*n為0度時(shí)D，= D,所以光伏陣列間距公式可完善為:0.707tan0 0.4338 D = (L * cos。 L * sin。* )/ (1 rr 0.707 0.4338tan00.707tan0 0.4338 + tan y * )一 0.707 0.4338tan0式中：L陣列傾斜面長度；D兩排陣列之間距離；P陣列傾角；0當(dāng)?shù)鼐暥?；y山地坡度角，當(dāng)坡度為南高北低時(shí)式中“土,，取“_,號(hào)，當(dāng)坡度為北高南低時(shí)地式中“土”取“ + ”號(hào)。2不同緯度的光伏陣列間

7、距特性為了便于分析，令公式中y=0度，即取平地為 研究對(duì)象，L為陣列傾斜面長度，與光伏組件尺寸 相關(guān)，可視為固定值，分析時(shí)可取值為1米，p為 陣列傾角，固定支架一般取當(dāng)?shù)刈罴褍A角來達(dá)到發(fā) 電量最大化，最佳傾角一般采用PVSYST等光伏專 業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算1，其值與當(dāng)?shù)鼐暥瘸烧?，根?jù) 工程經(jīng)驗(yàn)P值與當(dāng)?shù)鼐暥戎迪嗖? 2度，為了便 于分析令0=，不影響分析結(jié)果的正確性。綜上所述，我們將公式：D = (L*cos。L*sin。* 0.707 tan 00.4338 )/ (1+tany * 0.707tan 00.4338 )簡化為： 0.7070.4338 tan0 0.7070.4338 tan

8、 0D = L * cos 0 + L * sin 0 * 0.707 tan 0+0.4338,分析在 0 50 0.707-0.4338 tan 0度范圍變化時(shí)D的變化趨勢(shì)，如圖3所示（橫坐標(biāo)為緯度，單位：度；縱坐標(biāo)為陣列間距，單位：米）：圖3陣列間距隨緯度變化曲線根據(jù)上圖可得出以下結(jié)論：1）相同規(guī)格的光伏組件按最佳傾角安裝其陣列 間距隨緯度的增加而增大。2）當(dāng)緯度達(dá)到45度時(shí)陣列間距是緯度為0度 時(shí)陣列間距的3.66倍，此時(shí)陣列間距曲線斜率變大 了，表明單位面積的發(fā)電量減小了。3相同緯度不同坡角的陣列間距特性山地光伏電站項(xiàng)目中存在各種方向的坡角，其 中北高南低的坡角不會(huì)使陣列間產(chǎn)生遮擋，

9、而南高 北低的坡角會(huì)使陣列間產(chǎn)生遮擋，故本文主要研究 相同緯度時(shí)南高北低的坡角與陣列間距的特性。根據(jù)本文第1節(jié)所推導(dǎo)的光伏陣列間距計(jì)算公 式，分別以北緯5、15、25、35、45為 例分析當(dāng)H=1時(shí)南高北低坡角在一定角度之間變 化時(shí)陣列間距的特性。以下圖4圖8中橫坐標(biāo)代表 丫山地坡度角，縱坐標(biāo)代表D陣列間距。圖4表明：1）在北緯5坡角從035。范圍變化（考慮 施工機(jī)械最大爬坡角度為35），陣列間距隨坡角 的增大而增大；2）在坡角小于30時(shí)變化平緩，坡角大于30 時(shí)變化趨于陡峭，陣列間距達(dá)到0坡時(shí)的2倍左 右，單位面積發(fā)電量會(huì)明顯降低，故在北緯5以 內(nèi)山地項(xiàng)目選址時(shí)南高北低的坡角應(yīng)小于35。三M

10、a=J = -Tnrm7一二7三7二-7一二7一二7三7二-7二 j 一 A 一 A 一 A 一一 A 一 A 一 A 一一 A北緯5坡角陣列間距曲線用通 用通 用通 用通 用通 用通 用通 用通圖4北緯5不同坡角下陣列間距變化特性圖北緯15。坡角陣列間距曲線圖5北緯15。不同坡角下陣列間距變化特性圖圖5表明:1）在北緯15坡角從035。范圍變化（考慮 施工機(jī)械最大爬坡角度為35），陣列間距隨坡角 的增大而增大；2）在坡角小于30時(shí)變化平緩，坡角大于30 時(shí)變化陡峭，陣列間距達(dá)到0坡時(shí)的2.5倍左右， 單位面積發(fā)電量明顯降低，故在北緯515。范圍內(nèi) 的山地項(xiàng)目選址時(shí)南高北低的坡角應(yīng)小于30。北

11、緯25。坡角陣列間距曲線北緯45坡角陣列間距曲線通用格式 通用格式 通用格式 通用格式 通用格式 通用格式圖8北緯45不同坡角下陣列間距變化特性圖圖6北緯25。不同坡角下陣列間距變化特性圖圖6表明:1）在北緯25坡角從032。范圍變化，陣列 間距隨坡角的增大而增大;2）在坡角小于24時(shí)變化平緩，坡角大于24 時(shí)變化陡峭，陣列間距達(dá)到0坡時(shí)的3.1倍左右， 單位面積發(fā)電量明顯降低，故在北緯1525范圍 內(nèi)的山地項(xiàng)目選址時(shí)南高北低的坡角應(yīng)小于24。/通用格式/通用格式北緯35。坡角陣列間距曲線/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式1 3 5 7 9 11 13 15 17 1

12、9 21 23圖7北緯35不同坡角下陣列間距變化特性圖圖7表明:1）在北緯35坡角從022。范圍變化，陣列 間距隨坡角的增大而增大;2）在坡角小于16時(shí)變化平緩，坡角大于16 時(shí)變化陡峭，陣列間距達(dá)到0坡時(shí)的2.9倍左右，圖8表明：1）在北緯45坡角從011。范圍變化，陣列 間距隨坡角的增大而增大;2）在坡角小于10時(shí)變化平緩，坡角大于10 時(shí)變化陡峭，陣列間距達(dá)到0坡時(shí)的3.8倍左右， 單位面積發(fā)電量明顯降低，故在北緯3545。范圍 內(nèi)的山地項(xiàng)目選址時(shí)南高北低的坡角應(yīng)小于10。4結(jié)語近年來山地光伏電站項(xiàng)目的逐漸增多，但光伏 相關(guān)規(guī)范卻沒有給出關(guān)于山地光伏電站的陣列間距 計(jì)算公式，本文以GB5

13、0797-2012光伏電站設(shè)計(jì)規(guī) 范為依據(jù)，將光伏電站陣列間距計(jì)算公式推導(dǎo)完 善，使公式可應(yīng)用于山地項(xiàng)目，并對(duì)不同緯度山地 項(xiàng)目的選址給出建議，為山地項(xiàng)目的總平面布置及 場(chǎng)地平整方案提供參考性理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)1楊剛，陳鳴，陳卓武.固定式光伏陣列最佳傾角的 CAD計(jì)算方法J.中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2008（S2）.內(nèi)的山地項(xiàng)目選址時(shí)南高北低的坡角應(yīng)小于16。單位面積發(fā)電量明顯降低，故在北緯2535。范圍主要作者簡介：王建勃（1984一），男，陜西咸陽人，長安大學(xué)本科畢業(yè)，現(xiàn)就職于特變電工新疆新能源股份有限公司。主要從事光伏電站設(shè)計(jì)工作。何銀濤（1987）,男，陜西西安人，西安理工大學(xué)碩 士研究生畢業(yè)，現(xiàn)就職于特變電工新疆新能源股份有 限公司。主要從事光伏電站研發(fā)、設(shè)計(jì)、校核等工作。通訊地址：陜西西安高新區(qū)上林苑四路70號(hào)特變電