山地光伏电站阴影设计分析

山区地形下光伏方阵间距分析1阴影成因分析本工程地处北半球太阳回归线外，太阳总是位于天顶南部，太阳光线照射到地面障碍物上后，将在障碍物北侧地面上形成阴影。本工程光伏电场中，电池架因朝南以固定倾角安装，使各相邻的两排电池架南北向间产生高差（南高北低），其南排电池架（相当于障碍物）将向北形成阴影，在间距不足时，该阴影可能落于其北排电池架低处的光伏组件表面，从而影响其正常发电。因此，各相邻的两排电池架南北向之间需设留足够的间距，该间距至少应大于阴影的南北向分量长度。实际布置时，两排电池架南北间距，还受地形地势影响，如地势北高南低则间距可减少，地势北低南高则相反。同理可分析，各相邻的两列电池架东西向间如有高差（东高西低、或西高东西），或早间或晚间也将产生阴影。如地坪高度、电池架高度均相同，电池架均朝南以相同的固定倾角安装，各相邻的两列电池架东西向的阴影将落于电池架背后，不会遮挡电池架表面布置的光伏组件。实际布置时，两排电池架东西向间距，还受地形地势影响，如东西向地势起伏较大，也可能产生阴影遮挡。对光伏电场内可能导致阴影的障碍物进行分析，除电池架自身外，常见的还有围墙和逆变电设备。南侧围墙与其北部相邻的电池架间的距离，至少应大于围墙阴影的南北向分量长度。北侧围墙不会对本工程电池架产生阴影遮挡影响，但可能影响后续工程布置于其北部的电池架。东西侧围墙与其相邻的电池架间的距离，至少应大于围墙阴影的东西向分量长度。逆变电设备与围墙相似考虑间距。2阴影系数障碍物物体的阴影是变化的，可由下图示意求解。图中，H为障碍物高度，a为太阳高度角，6为太阳方位角，r为太阳入射光线水平面上投影（总阴影）长度，d和e分别为总阴影在南北向和东西向的分量长度。三东根据太阳高度角a和太阳方位角P的定义，结合几何关系，运用三角函数，可得:Htana=—r;,rsinP=e，rcosP=d.阴影随纬度、时季、时间不同而变化。高纬地阴影长、低纬地阴影短，冬季阴影长、夏季阴影短，早晚阴影长、正午阴影短。阴影南北向的分量和东西向的分量，也随之各有长短和不同。定义①为时角（表征时间的参数，时角为0表示太阳位于天顶真太阳时为12点，时角前后每隔15度表示太阳偏离天顶1小时）,5为太阳赤纬角（表征时季的参数，在冬至日-23.45°C至夏全日+23.45°C范围内变化），甲为地理纬度。根据“天球模型”和太阳运行规律可得:sina=sin甲sin5+cos甲cos5cos°.sinP=cos5sin°/cosa.将公式③、④代入公式①、②，消去中间参数将公式③、④代入公式①、②，消去中间参数a和。，可得d、e值计算公式如下cos°cos°tan中-tan5d=H⑤tan5tan中+cos°，e=H⑥sin中・tan5+cos中・cos°由公式⑤、⑥可见，对于某一确定高度H的障碍物，其阴影的各方向分量长度均只与时角°、太阳赤纬角5和地理纬度甲等自变量有关，随自变量变化而变化，并可在自变量的给定区间内求得阴影各方向分量长度的最大值。cos°tan中一tan5定义南北阴影系数s1=d/Htan5tan中+cos°，

sin°定义南北阴影系数s1=d/H定义东西阴影系数s2=e/Hsin>tan5+cos>cos°阴影系数直接建立了障碍物地面阴影长度与其高度之间的比例关系，从其公式可见阴影系数与障碍物本身高度无关。阴影系数不受障碍物具体性质、特征等参数影响，适用于各种障碍物阴影计算。对于确定地理纬度（本工程中约25.75°）的光伏发电工程，阴影系数在冬至日（太阳赤纬角5为-23.5°时）最大，且因阴影系数的各自变量是独立的，阴影系数在冬至日内还随时角的变化而变化，正午小、早晚大。光伏发电工程中，冬至日的发电量于年内相比最低，其正常发电时间结合经济性设定（更长的正常发电时间通过设置更大的电池架间距来保证，虽然可在更长的时间范围内不受阴影遮挡而多发电，但也将因此降低场地使用效率），通常设定为上午9点至下午15点（真太阳时，对应时角°的最大值为45°）o按上述分析的阴影系数自变量取值范围，经计算本工程阴影系数最大值——si=1.557；s2=1.578。根据si和s2，可测算全年时间内，无论太阳高度角如何变化，在真太阳时上午9点至下午15点区间，单位高度（H=1）的阴影极限范围为——北（-伽,伽,187）3光伏电场阴影间距计算1）电池架南北向间距计算详见下图。1）电池架南北向间距计算详见下图。，图中，L为电池架斜面高度(3.960m),H为电池架垂直高度(1.45m),B为安装倾角，D为前后电池架的间距，其它参数同前述。若场地平整，南北坡比为零，组件倾角按26度设计，则根据阴影系数定义，有d=s1*H=2.7m；根据三角函数关系，有D=d+L*CosB=6.3m。查本项目地形图，大部分地区为北高南低地形，坡比＜18%，局部地区为北低南高地形，坡比＜12%。设南北坡比为Y%，北高南低为正，北低南高为负，则有如下阵列间距计算结果——表2-1 不同南北坡比阵列间距计算结果表安装倾角B南北坡比Y%dD18-15%3.67.418-10%3.06.718-5%2.46.2180%1.95.7185%1.55.31810%1.14.91815%0.84.61820%0.64.3260%2.76.3265%2.35.82610%1.95.42615%1.55.12620%1.24.8根据上述计算结果，可以因地制宜，根据地形条件将场地合理分区，根据不同分区的坡比针对性布置电池架南北间距。经查地形图，实际北低南高的地区面积较小，布置光伏组件时可以考虑避开该地区，仅在北高南低的地区布置光伏组件。电池架东西向间距相邻电池架间如有高差，则可能产生阴影遮挡，需要设置足够的东西向间距。根据前文分析，本工程方位角±20度范围内对发电量影响较小，则电池架可设计成顺东西坡面连续布置，避免相邻电池架间产生高差。由此，东西向间距可仅考虑维护人行通道，设置人性通道的电池架之间间距按300mm设计。3） 围墙与其相邻的电池架间的距离围墙高度H按2.2m计算，考虑南北向阴影系数si和东西向阴影系数s2,经计算围墙与电池架间距需N3