光伏电站用地面积的估算方法

1、光伏电站用地面积的估算方法王建勃，何银涛，黄华（特变电工新疆新能源股份有限公司，西安710065）摘要：随着荒漠光伏电站可利用的平整场地越来越少，山地光伏电站越来越多，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，影响企业的效益。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，对山地光伏电站的场地平整及总平面布置 等工作有一定的指导意义。关键词：山地光伏电站；光伏阵列；间距计算；选址中图分类号：TK文献标识码：A0当地纬度。D = LcosP + Ls哪光伏电站的用地面积是决定电站装机容

2、量的首 要条件，也是电站前期投资的重要指标，且建设用 地审批手续繁琐，所以在项目前期就要根据项目的 装机容量估算项目的用地面积，如果估算面积过大 会导致征地费用过高增加企业前期投资压力，如果 估算面积过小，会导致项目建设期用地面积的扩展， 不仅手续麻烦且1遮挡计算GB50797-2012光伏电站设计规范第7.2.2 条给出了一般荒漠电站光伏阵列的间距计算公式：D = Lcos6 + Lsm070皿薄04338 式0.7070.4338tan。图1阵列间距示意图式中：L阵列倾斜面长度;D两排阵列之间距离；阵列倾角；由图可以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，在如图2所示坡度角为

3、Y的 山地上并不适用，为了更深入的了解山地光伏阵列 间距的特性，对规范中的公式进行推导完善。太阳.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，则有: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式将式、式代入式可得：H _ H* cot。 H*nx_ =_DT变形后得：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 式由图2可知：卫=tanyD，变形后可得：x = D，* tanY式将式代入式可得:D，= D，*tanY * n H * cot。

5、H * n变形后可得：D，。* tany * n = H * cot。 H * nD，(1 tany * n) = H * cot。 H * nD，= H*cot 6H*n1tan y *n式由图 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将式代入上式可得:D，= D1式1tan y*n上式的推导前提是

6、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：D，=D*一1，由公式可以看出当Y =0即山地坡度 1tan y*n为0度时D，= D,所以光伏阵列间距公式可完善为: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阵列倾斜面长度；D两排阵列之间距离；P阵列倾角；0当地纬度；y山地坡度角，当坡度为南高北低时式中“土,，取“_,号，当坡度为北高南低时地式中“土”取“ + ”号。2不同纬度的光伏阵列间

7、距特性为了便于分析，令公式中y=0度，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米，p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P值与当地纬度值相差1 2度，为了便 于分析令0=，不影响分析结果的正确性。综上所述，我们将公式：D = (L*cos。L*sin。* 0.707 tan 00.4338 )/ (1+tany * 0.707tan 00.4338 )简化为： 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度范围变化时D的变化趋势，如图3所示（横坐标为纬度，单位：度；纵坐标为阵列间距，单位：米）：图3阵列间距随纬度变化曲线根据上图可得出以下结论：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度时阵列间距是纬度为0度 时阵列间距的3.66倍，此时阵列间距曲线斜率变大 了，表明单位面积的发电量减小了。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，

9、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。以下图4图8中横坐标代表 丫山地坡度角，纵坐标代表D阵列间距。图4表明：1）在北纬5坡角从035。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 时变化趋于陡峭，阵列间距达到0坡时的2倍左 右，单位面积发电量会明显降低，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。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北纬5坡角阵列间距曲线用通 用通 用通 用通 用通 用通 用通 用通图4北纬5不同坡角下阵列间距变化特性图北纬15。坡角阵列间距曲线图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坡角从035。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2.5倍左右， 单位面积发电量明显降低，故在北纬515。范围内 的山地项目选址时南高北低的坡角应小于30。北

11、纬25。坡角阵列间距曲线北纬45坡角阵列间距曲线通用格式 通用格式 通用格式 通用格式 通用格式 通用格式图8北纬45不同坡角下阵列间距变化特性图图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坡角从032。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3.1倍左右， 单位面积发电量明显降低，故在北纬1525范围 内的山地项目选址时南高北低的坡角应小于24。/通用格式/通用格式北纬35。坡角阵列间距曲线/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坡角从022。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2.9倍左右，图8表明：1）在北纬45坡角从011。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3.8倍左右， 单位面积发电量明显降低，故在北纬3545。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的逐渐增多，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GB5

13、0797-2012光伏电站设计规 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（S2）.内的山地项目选址时南高北低的坡角应小于16。单位面积发电量明显降低，故在北纬2535。范围主要作者简介：王建勃（1984一），男，陕西咸阳人，长安大学本科毕业，现就职于特变电工新疆新能源股份有限公司。主要从事光伏电站设计工作。何银涛（1987）,男，陕西西安人，西安理工大学硕 士研究生毕业，现就职于特变电工新疆新能源股份有 限公司。主要从事光伏电站研发、设计、校核等工作。通讯地址：陕西西安高新区上林苑四路70号特变电