山地光伏阵列布置方法和排间距计算

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20005

摘要/Abstract

摘要：

近年来山地光伏项目越来越多，为选择适合山地光伏电站的光伏阵列布置方法，基于数学建模的方法，建立了太阳光线、坡面和光伏组件的几何模型，推导出任意坡度和坡面方位角下使用随坡倾角布置和正南倾角布置的光伏阵列理论排间距计算方法，并通过设置判定条件使排间距的计算更加完善。对不同纬度、坡度、坡面方位角下的排间距进行分析，总结并对比了2种布置方法下排间距的变化规律和特点，为设计人员对光伏电站中光伏组件布置优化提供方向和理论基础。

关键词: 山地光伏电站, 随坡倾角布置, 正南倾角布置, 光伏阵列排间距

Abstract:

In recent years, there are more and more mountain photovoltaic projects. In order to select a suitable photovoltaic array layout method for mountain photovoltaic power stations, based on mathematical modeling, the geometric model of solar rays, slopes, and photovoltaic modules was established, the calculation methods for the theoretical row pitch of photovoltaic arrays at random slopes and azimuths were derived by using slope's azimuth-tilt layout and south-tilt layout, and the calculation of row pitch was more perfect by setting the judging conditions. By analyzing the results of row pitch under different latitudes, slopes, and azimuths on the slope surface, the rules and characteristics of the row pitch under the two layout methods were summarized and compared, which provided a direction and theoretical basis for designers to optimize the photovoltaic module layout in photovoltaic power stations.

Key words: mountain photovoltaic power station, slope's azimuth-tilt layout, south-tilt layout, row pitch of photovoltaic array

中图分类号:

TK 51

罗耿. 山地光伏阵列布置方法和排间距计算[J]. 发电技术, 2022, 43(2): 320-327.

Geng LUO. Layout Method and Row Pitch Calculation for Mountain Photovoltaic Array[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(2): 320-327.

图/表 11

图1 太阳光线数学模型

Fig. 1 Mathematical model of solar rays

图2 光伏组件和坡面初始正南朝向示意图

Fig. 2 Initial south-facing orientation of photovoltaic module and slope

图3 随坡倾角布置下光伏组件和坡面数学模型

Fig. 3 Mathematical model of photovoltaic module and slope under slope's azimuth-tilt layout

图4 正南倾角布置下光伏组件和坡面数学模型

Fig. 4 Mathematical model of photovoltaic module and slope under south-tilt layout

图5 不同纬度、坡度下排间距随坡面方位角的变化曲线(随坡倾角布置)

Fig. 5 Variation curves of row pitch with slope azimuth at different latitudes and slopes (slope's azimuth-tilt layout)

表1 方位角对峰值日照时数的影响

Tab. 1 Effect of azimuth on peak sunshine hours

方位角/(°)	峰值日照时数	变化率/%
0	1 597	0
10	1 593	-0.3
20	1 580	-1.1
30	1 559	-2.4
40	1 529	-4.3
50	1 492	-6.6
60	1 450	-9.2
70	1 402	-12.2
80	1 349	-15.5
90	1 292	-19.1

图6 中低纬度、不同坡度下排间距随坡面方位角的变化曲线

Fig. 6 Variation curves of row pitch with slope azimuth at low and middle latitudes and different slopes

图7 高纬度、不同坡度下排间距随坡面方位角的变化曲线

Fig. 7 Variation curves of row pitch with slope azimuth at high latitudes and different slopes

图8 不同纬度、坡度下排间距随坡面方位角的变化曲线(正南倾角布置)

Fig. 8 Variation curves of row pitch with slope azimuth at different latitudes and slope (south-tilt layout)

图9 同纬度下2种布置方法的排间距变化曲线对比

Fig. 9 Comparison of variation curves of row pitch of two layout methods at the same latitude

表2 正南倾角布置比随坡倾角布置排间距大5%对应的方位角

Tab. 2 Azimuth corresponding to the row pitch at slope's azimuth-tilt layout is 5% greater than at south-tilt layout

纬度/(°)	坡度/(°)	组件倾角/(°)	方位角/(°)
20	20	38	12
20	10	38	37
35	20	38	8
35	10	38	23
50	20	38	5
50	10	38	8

参考文献 24

1	王思聪．政府补贴政策演进对光伏发电产业发展影响研究[J]．价格理论与实践，2018(9)：62-65．
	WANG S C ．The evolution of PV subsidy policy and its impacts on PV market in China[J]．Price：Theory & Practice，2018(9)：62-65．
2	陈豪，张伟华，石磊，等．国内外用户侧光储系统发展应用研究[J]．发电技术，2020，41(2)：110-117． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19156
	CHEN H， ZHANG W H， SHI L，et al ．Research on the development and application of the photovoltaic and energy storage system in the user-side at home and abroad[J]．Power Generation Technology，2020，41(2)：110-117． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19156
3	张哲旸，巨星，潘信宇，等．太阳能光伏-光热复合发电技术及其商业化应用[J]．发电技术，2020，41(3)：220-230． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19137
	ZHANG Z Y， JU X， PAN X Y，et al ．Photovoltaic/concentrated solar power hybrid technology and its commercial application[J]．Power Generation Technology，2020，41(3)：220-230． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19137
4	田鑫，张健，李雪亮，等．基于时序运行模拟的山东电网光伏发电消纳能力评估[J]．电力系统保护与控制，2020，48(8)：34-43．
	TIAN X， ZHANG J， LI X L，et al ．Evaluating photovoltaic accommodation ability for the Shandong power system based on sequential operation simulation[J]．Power System Protection and Control，2020，48(8)：34-43．
5	谢国辉，李娜娜，元博．我国新能源开发路线图分析方法及模型[J]．发电技术，2020，41(6)：631-637． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19174
	XIE G H， LI N N， YUAN B ．Analysis methods and model of new energy developing roadmap in China[J]．Power Generation Technology，2020，41(6)：631-637． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.19174
6	国家能源局．国家能源局发布2020年全国电力工业统计数据[EB/OL]．(2021-01-20)[2021-03-10]．． doi:10.46657/ajresd.2021.3.1
	National Energy Administration ．National Energy Administration releases national power industry statistics for 2020[EB/OL]．(2021-01-20)[2021-03-10]．． doi:10.46657/ajresd.2021.3.1
7	计俊，甘磊明，徐泽元．山地光伏电站组件排布优化设计研究[J]．中国科技纵横，2017(4)：158-161． doi:10.3969/j.issn.1671-2064.2017.04.117
	JI J， GAN L M， XU Z Y ．Study on optimal design of component arrangement for mountain photovoltaic power station[J]．China Science & Technology Overview，2017(4)：158-161． doi:10.3969/j.issn.1671-2064.2017.04.117
8	景建龙，翟红晓．山地光伏电站组件阴影遮挡原因及改善措施分析[J]．太阳能，2016(9)：73-77． doi:10.3969/j.issn.1003-0417.2016.09.019
	JING J L， ZHAI H X ．Analysis of shadow occlusion of PV modules in mountainous regions and improvement measures[J]．Solar Energy，2016(9)：73-77． doi:10.3969/j.issn.1003-0417.2016.09.019
9	吴永忠，邹立珺．光伏电站太阳能电池阵列间距的计算[J]．能源工程，2011(1)：39-40． doi:10.3969/j.issn.1004-3950.2011.01.009
	WU Y Z， ZOU L J ．The calculation of spacing between solar cell array in photovoltaic power station[J]．Energy Engineering，2011(1)：39-40． doi:10.3969/j.issn.1004-3950.2011.01.009
10	周长友，杨智勇，杨胜铭．北坡场地光伏电站阵列间距设计[J]．华电技术，2013，35(6)：14-17． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2013.06.004
	ZHOU C Y， YANG Z Y， YANG S M ．Design of array spacing of photovoltaic power stations in north slope[J]．Huadian Technology，2013，35(6)：14-17． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2013.06.004
11	张朝辉，白永祥，焦翠坪，等．坡面光伏阵列间距确定[J]．电力科学与工程，2014，30(5)：50-55． doi:10.3969/j.issn.16720792.2014.05.010
	ZHANG Z H， BAI Y X， JIAO C P，et al ．PV array spacing determination of slope layout[J]．Electric Power Science and Engineering，2014，30(5)：50-55． doi:10.3969/j.issn.16720792.2014.05.010
12	王建勃，何银涛，黄华．山地光伏电站间距计算与合理选址[J]．太阳能，2015(9)：31-33． doi:10.3969/j.issn.1003-0417.2015.09.008
	WANG J B， HE Y T， HUANG H ．Calculation and reasonable location of mountain photovoltaic power stations[J]．Solar Energy，2015(9)：31-33． doi:10.3969/j.issn.1003-0417.2015.09.008
13	陈建国，刘红成，江波．任意坡向屋面光伏阵列间距设计[J]．电力科学与工程，2016，32(3)：26-30． doi:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.006
	CHEN J G， LIU H C， JIANG B ．Design of PV array spacing on the roof with arbitrary slope azimuth[J]．Electric Power Science and Engineering，2016，32(3)：26-30． doi:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.006
14	周建朋，王明介．随坡安装山地光伏电站阵列间距的计算[J]．华电技术，2019，41(3)：76-80． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2019.03.022
	ZHOU J P， WANG M J ．Calculation of the array spacing of mountain PV power plants installed with slope[J]．Huadian Technology，2019，41(3)：76-80． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2019.03.022
15	王春林，袁云，施俞安，等．山地光伏项目阵列间距计算方法研究[J]．华电技术，2019，41(4)：51-55． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2019.04.012
	WANG C L， YUAN Y， SHI Y A，et al ．Calculation method of the array spacing for mountain PV project[J]．Huadian Technology，2019，41(4)：51-55． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2019.04.012
16	何银涛，黄华，刘佳尉．固定倾角式光伏阵列排布精细化设计方法研究[J]．科技与创新，2016(14)：79-80． doi:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.079
	HE Y T， HUANG H， LIU J W ．Research on refined design method of fixed inclined photovoltaic array[J]．Science and Technology & Innovation，2016(14)：79-80． doi:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.079
17	何银涛，黄华，汪婷婷．山地光伏电站阵列方位角设计方法研究[J]．科技与创新，2017(19)：9-10． doi:10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.009
	HE Y T， HUANG H， WANG T T ．Research on azimuth design method of mountain photovoltaic power station array[J]．Science and Technology & Innovation，2017(19)：9-10． doi:10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.009
18	石磊，侯学良．光伏电站阵列最佳倾角和间距确定方法研究[J]．电网与清洁能源，2017，33(5)：109-114． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2017.05.019
	SHI L， HOU X L ．Research on optimal tilt angle and spacing of PV power station[J]．Power System and Clean Energy，2017，33(5)：109-114． doi:10.3969/j.issn.1674-3814.2017.05.019
19	叶任时，刘海波，李德，等．光伏组件倾角和阵列间距的多因素综合计算方法[J]．人民长江，2015，46(5)：39-42． doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2015.05.008
	YE R S， LIU H B， LI D，et al ．Multiple factors integrated computing method to determine angle and array spacing of PV modules[J]．Yangtze River，2015，46(5)：39-42． doi:10.16232/j.cnki.1001-4179.2015.05.008
20	王建民，张晓威，孔静．改进的固定支架光伏阵列最佳倾角确定方法[J]．可再生能源，2013，31(2)：108-110．
	WANG J M， ZHANG X W， KONG J ．Method for determining on optimum tilt angle of fixed PV array[J]．Renewable Energy Resources，2013，31(2)：108-110．
21	陈建国，张金剑．山地光伏电站阵列朝向和倾角研究[J]．华电技术，2016，38(4)：63-67． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2016.04.022
	CHEN J G， ZHANG J J ．Study on the array orientation and inclination of mountain PV stations[J]．Huadian Technology，2016，38(4)：63-67． doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2016.04.022
22	中国电力企业联合会．光伏发电站设计规范： [S]．北京：中国计划出版社，2012． doi:10.3969/j.issn.2095-4786.2021.13.018
	China Electricity Council ． Code for design of photovoltaic power station： [S]．Beijing：China Planning Press，2012． doi:10.3969/j.issn.2095-4786.2021.13.018
23	罗耿．定日镜控制策略和方法的理论研究与实验分析[D]．北京：华北电力大学，2019． doi:10.17775/cseejpes.2017.00540
	LUO G ．Theoretical and experimental analysis of heliostat control strategies and methods[D]．Beijing：North China Electric Power University，2019． doi:10.17775/cseejpes.2017.00540
24	彭军，杨智奇，董菁雯，等．常用太阳跟踪系统接收辐射量的计算[J]．节能技术，2015，33(2)：74-77． doi:10.3969/j.issn.1002-6339.2015.02.017
	PENG J， YANG Z Q， DONG Q W，et al ．Calculation of the received radiation for common solar tracking systems[J]．Energy Conservation Technology，2015，33(2)：74-77． doi:10.3969/j.issn.1002-6339.2015.02.017

[1]	高中亮, 耿奇, 王哲, 高婷, 李英峰, 陈雷, 李美成. 基于硅纳米线的PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池结构优化及实验研究[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 685-695.
[2]	王晓文, 屠楠, 方嘉宾, 刘晓群, 王驰宇, 刘家琛. 布置螺旋管的太阳能腔式吸热器光学性能模拟[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 221-228.
[3]	徐立, 孙飞虎, 李钧, 张强强. 抛物面槽式太阳能集热器热损失因素研究[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 229-234.
[4]	张泽栋, 王维, 叶季蕾, 申洪. 储热型太阳能光热发电稳态功率模型[J]. 发电技术, 2022, 43(5): 731-739.
[5]	吕清泉, 张珍珍, 马彦宏, 张健美, 高鹏飞, 蒋婷婷, 朱红路. 区域光伏发电出力特性分析研究[J]. 发电技术, 2022, 43(3): 413-420.
[6]	徐立, 孙飞虎, 李志, 张强强. 一种太阳能集热器流体平均温度计算方法[J]. 发电技术, 2022, 43(3): 405-412.
[7]	李英峰, 张涛, 张衡, 崔鹏, 付在国, 高中亮, 耿奇, 柳志晗, 朱群志, 李和兴, 李美成. 太阳能光伏光热高效综合利用技术[J]. 发电技术, 2022, 43(3): 373-391.
[8]	肖瑶, 钮文泽, 魏高升, 崔柳, 杜小泽. 太阳能光伏/光热技术研究现状与发展趋势综述[J]. 发电技术, 2022, 43(3): 392-404.
[9]	廖志荣, 李朋达, 田紫芊, 徐超, 魏高升. 非均匀翅片对级联相变储热系统热性能强化的研究[J]. 发电技术, 2022, 43(1): 83-91.