山地光伏電站陰影設(shè)計分析

山區(qū)地形下光伏方陣間距分析1陰影成因分析本工程地處北半球太陽回歸線外，太陽總是位于天頂南部，太陽光線照射到地面障礙物上后，將在障礙物北側(cè)地面上形成陰影。本工程光伏電場中，電池架因朝南以固定傾角安裝，使各相鄰的兩排電池架南北向間產(chǎn)生高差（南高北低），其南排電池架（相當(dāng)于障礙物）將向北形成陰影，在間距不足時，該陰影可能落于其北排電池架低處的光伏組件表面，從而影響其正常發(fā)電。因此，各相鄰的兩排電池架南北向之間需設(shè)留足夠的間距，該間距至少應(yīng)大于陰影的南北向分量長度。實際布置時，兩排電池架南北間距，還受地形地勢影響，如地勢北高南低則間距可減少，地勢北低南高則相反。同理可分析，各相鄰的兩列電池架東西向間如有高差（東高西低、或西高東西），或早間或晚間也將產(chǎn)生陰影。如地坪高度、電池架高度均相同，電池架均朝南以相同的固定傾角安裝，各相鄰的兩列電池架東西向的陰影將落于電池架背后，不會遮擋電池架表面布置的光伏組件。實際布置時，兩排電池架東西向間距，還受地形地勢影響，如東西向地勢起伏較大，也可能產(chǎn)生陰影遮擋。對光伏電場內(nèi)可能導(dǎo)致陰影的障礙物進行分析，除電池架自身外，常見的還有圍墻和逆變電設(shè)備。南側(cè)圍墻與其北部相鄰的電池架間的距離，至少應(yīng)大于圍墻陰影的南北向分量長度。北側(cè)圍墻不會對本工程電池架產(chǎn)生陰影遮擋影響，但可能影響后續(xù)工程布置于其北部的電池架。東西側(cè)圍墻與其相鄰的電池架間的距離，至少應(yīng)大于圍墻陰影的東西向分量長度。逆變電設(shè)備與圍墻相似考慮間距。2陰影系數(shù)障礙物物體的陰影是變化的，可由下圖示意求解。圖中，H為障礙物高度，a為太陽高度角，6為太陽方位角，r為太陽入射光線水平面上投影（總陰影）長度，d和e分別為總陰影在南北向和東西向的分量長度。三東根據(jù)太陽高度角a和太陽方位角P的定義，結(jié)合幾何關(guān)系，運用三角函數(shù)，可得:Htana=—r;,rsinP=e，rcosP=d.陰影隨緯度、時季、時間不同而變化。高緯地陰影長、低緯地陰影短，冬季陰影長、夏季陰影短，早晚陰影長、正午陰影短。陰影南北向的分量和東西向的分量，也隨之各有長短和不同。定義①為時角（表征時間的參數(shù)，時角為0表示太陽位于天頂真太陽時為12點，時角前后每隔15度表示太陽偏離天頂1小時）,5為太陽赤緯角（表征時季的參數(shù)，在冬至日-23.45°C至夏全日+23.45°C范圍內(nèi)變化），甲為地理緯度。根據(jù)“天球模型”和太陽運行規(guī)律可得:sina=sin甲sin5+cos甲cos5cos°.sinP=cos5sin°/cosa.將公式③、④代入公式①、②，消去中間參數(shù)將公式③、④代入公式①、②，消去中間參數(shù)a和。，可得d、e值計算公式如下cos°cos°tan中-tan5d=H⑤tan5tan中+cos°，e=H⑥sin中?tan5+cos中?cos°由公式⑤、⑥可見，對于某一確定高度H的障礙物，其陰影的各方向分量長度均只與時角°、太陽赤緯角5和地理緯度甲等自變量有關(guān)，隨自變量變化而變化，并可在自變量的給定區(qū)間內(nèi)求得陰影各方向分量長度的最大值。cos°tan中一tan5定義南北陰影系數(shù)s1=d/Htan5tan中+cos°，

sin°定義南北陰影系數(shù)s1=d/H定義東西陰影系數(shù)s2=e/Hsin>tan5+cos>cos°陰影系數(shù)直接建立了障礙物地面陰影長度與其高度之間的比例關(guān)系，從其公式可見陰影系數(shù)與障礙物本身高度無關(guān)。陰影系數(shù)不受障礙物具體性質(zhì)、特征等參數(shù)影響，適用于各種障礙物陰影計算。對于確定地理緯度（本工程中約25.75°）的光伏發(fā)電工程，陰影系數(shù)在冬至日（太陽赤緯角5為-23.5°時）最大，且因陰影系數(shù)的各自變量是獨立的，陰影系數(shù)在冬至日內(nèi)還隨時角的變化而變化，正午小、早晚大。光伏發(fā)電工程中，冬至日的發(fā)電量于年內(nèi)相比最低，其正常發(fā)電時間結(jié)合經(jīng)濟性設(shè)定（更長的正常發(fā)電時間通過設(shè)置更大的電池架間距來保證，雖然可在更長的時間范圍內(nèi)不受陰影遮擋而多發(fā)電，但也將因此降低場地使用效率），通常設(shè)定為上午9點至下午15點（真太陽時，對應(yīng)時角°的最大值為45°）o按上述分析的陰影系數(shù)自變量取值范圍，經(jīng)計算本工程陰影系數(shù)最大值——si=1.557；s2=1.578。根據(jù)si和s2，可測算全年時間內(nèi)，無論太陽高度角如何變化，在真太陽時上午9點至下午15點區(qū)間，單位高度（H=1）的陰影極限范圍為——北（-伽,伽,187）3光伏電場陰影間距計算1）電池架南北向間距計算詳見下圖。1）電池架南北向間距計算詳見下圖。，圖中，L為電池架斜面高度(3.960m),H為電池架垂直高度(1.45m),B為安裝傾角，D為前后電池架的間距，其它參數(shù)同前述。若場地平整，南北坡比為零，組件傾角按26度設(shè)計，則根據(jù)陰影系數(shù)定義，有d=s1*H=2.7m；根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系，有D=d+L*CosB=6.3m。查本項目地形圖，大部分地區(qū)為北高南低地形，坡比＜18%，局部地區(qū)為北低南高地形，坡比＜12%。設(shè)南北坡比為Y%，北高南低為正，北低南高為負(fù)，則有如下陣列間距計算結(jié)果——表2-1 不同南北坡比陣列間距計算結(jié)果表安裝傾角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根據(jù)上述計算結(jié)果，可以因地制宜，根據(jù)地形條件將場地合理分區(qū)，根據(jù)不同分區(qū)的坡比針對性布置電池架南北間距。經(jīng)查地形圖，實際北低南高的地區(qū)面積較小，布置光伏組件時可以考慮避開該地區(qū)，僅在北高南低的地區(qū)布置光伏組件。電池架東西向間距相鄰電池架間如有高差，則可能產(chǎn)生陰影遮擋，需要設(shè)置足夠的東西向間距。根據(jù)前文分析，本工程方位角±20度范圍內(nèi)對發(fā)電量影響較小，則電池架可設(shè)計成順東西坡面連續(xù)布置，避免相鄰電池架間產(chǎn)生高差。由此，東西向間距可僅考慮維護人行通道，設(shè)置人性通道的電池架之間間距按300mm設(shè)計。3） 圍墻與其相鄰的電池架間的距離圍墻高度H按2.2m計算，考慮南北向陰影系數(shù)si和東西向陰影系數(shù)s2,經(jīng)計算圍墻與電池架間距需N3