山地光伏电站固定式组件安装角度优化方法

任晓强

国家电投集团山西新能源有限公司， 030006

摘要

光伏发电作为一种无污染、稳定性较高的发电方法，在我国的普及性正在不断提高。光伏发电普及化的最初阶段，能够进行光伏发电的地区大都为地势较为平坦的地区，平原或区域性平原的地区，在光伏发电设备的安装以及角度的确定方面更具优势。而随着光伏发电的进一步发展，大量山地地区已经能够安装光伏发电设备，进行光伏发电的作业。而山地安装的光伏发电设备，在安装角度不当的情况下则对发电量能够造成较大的影响，本文就如何优化发电设备的安装角度进行了探讨。

关键词：光伏发电 山地地形 角度优化

引言

光伏发电对土地的占用较大，而随着光伏发电的不断发展，以及社会的同步发展，能够用于光伏发电的适合土地已经大量缩减，因此与传统的平原以及类似平原地区进行光伏发电相比，当前大量的丘陵甚至山地地形同样用于光伏发电设备的安装。而由于丘陵以及山地地形的不平坦，因此在光能的接收方面不仅受到时间的基本影响，同时在地形的影响下能够发生较大的变化。因此对山地光伏电站而言，必须根据所处的山地位置对固定组件的安装角度进行调整。

1 排布难点

（1）山地地形的地表环境更为复杂，不仅存在对固定组件的安装存在较大影响的未固定坡体，以及大量排布并不均匀的断层等结构，同时为满足不同组件需求铺设的电缆之间，由于电缆安装需求缩短距离、避免大量转弯等影响到电缆电流传输的情况，因此在山地环境当中同样可能产生互相的影响。且在影响情况下能够正常施工，最终的整体线路同样往往存在过于复杂且混乱的问题。

（2）光伏电站不同固定构件之间，受彼此阴影的影响较为严重。而与平面地形的光伏电站相比，建立与山体上的光伏电站，由于高度的不同、地面起伏等情况的影响，因此阴影的影响情况计算更为复杂。

（3）除技术的影响外，山地环境下施工的成本同样存在一定程度的影响。山地施工的成本相对平面环境施工更高，当山地的最大倾斜角度达到30°以上时，一般而言施工的成本已经能够造成发电的利润无法覆盖施工以及维护成本的问题。另外过于陡峭的山地材料的运输以及施工的安全风险同样更高。

2 排布因素彼此影响

2.1 用地面积

建立光伏电站的山体，大部分情况下无法覆盖该山地的全部地区，且同一山地地区，在坡度以及断层出现的总量方面同样存在较大的差别。因此对光伏电站施工难度进行判断时，首先应当根据规划的图纸确定电站允许施工的区域范围。

2.2 倾角以及方位角

在角度确定方面，需要根据本地区气象站提供的数据参考，以及国际通用的如NASA以及Meteonorm等提供的参考数据，能够对倾角、方位角的辐照量进行计算以及判断，并且更具优势的方案。

2.3 发电损失

发电的损失需要根据系统的效率变化情况、光伏发电机组固定件彼此的阴影影响情况等进行判断，根据排布确定最终的损失情况。

3 案例分析

本文的案例：该光伏电站所在位置为北纬36.73°、东经113.72°，根据气象局的数据以及对比确定本地区的最佳倾角为32°。本次对该电站进行模拟分析的软件确定为PVSYST，采用的模拟形式为无阴影的模式，电站的设定发展总量为1MW。

表1 设定倾角变化影响统计

设定光伏固定设备的朝向为南向时，不同月份倾角变化的影响统计情况如以上表1所示。根据表1的统计能够确定，在倾角变化的情况下，不同月份的发电总量变化幅度较大，然而将统计周期由月延长为年后，倾角的变化对年发电总量的影响则较小。根据表1的统计，当倾角由最佳的32°降低到25°时，发电量的年损失量仅为发电总量的0.53%。因此对案例电站为代表的山区光伏电站而言，在组建距离缩短的情况下，可以对倾角进行调整。

将正南方向设为方位角0°、正东方向90°时，案例电站的年发电总量与方位角的关系如图2所示。

图1 发电总量与方位角关系

由图1能够确定：（1）角度相同的情况下，西方的方位角较东方的方位角对发电量损耗的影响更小，形成该种情况的主要原因在于本地区的下午日照相对上午的日照更强，提供的能量更多；（2）方位角的变化对年发电总量的影响较大，其中方向角向由正南方向东方或西方偏移时，造成的损耗呈现线性分布，偏移总量超过45%则能够造成5%以上的年损失。

4 山地环境角度排布一般准则

4.1 任意坡度倾角要求

（1）当山体的坡度超过35°时，则无需考虑该山体坡度方向的影响，即能够确定该区域并不适宜进行光伏电站的建设，环境无法满足光伏阵列安装的基本要求。

（2）当山体的坡度达到25°以上并且未超过35°，则该山体能够进行光伏电站的建设，按照顺坡进行光伏阵列的安装时，则能够满足光伏电站建设的基本需求。

（3）当山体的坡度最大不超过25°时，则同样无需考虑该山体坡度方向的影响，完成光伏阵列的安装以及光伏电站的建设时，能够按照最佳倾角选择建设方案。

另外，如上所述由于倾角的变化对年发电总量的影响较小，因此在山地允许建设的面积较小时，可以对倾角进行适当的调整，应当注意发电量的损失必须控制在2%以内。

4.2 光伏电站方向角的确定

同样设定正南方向设为方位角0°、正东方向90°、正西方向为-90°时：

（1）当山体的整体方向角在-15°到15°的区间范围内时，参考以上图1所示方向角的影响情况，建设光伏电站时，光伏阵列的固定组件安装方向应当为正南方向或该山体的顺坡方向。

（2）山体的整体方向角在-45°到-15°的区间范围或15°到45°的区间范围时，参考以上图1所示方向角的影响情况，建设光伏电站时，光伏阵列的固定组件安装方向应当为该山体的顺坡方向。

（3）山体的整体方向角为90°（正东）或-90°（正西）时，参考以上图1所示方向角的影响情况，建设光伏电站时，光伏阵列的固定组件安装方向应当按照该山体南北等高线的方向尽心安装。而由于山体的东西方向受到阴影的影响较为显著，阴性对发电损耗的影响较大，因此在实际建设过程中考虑到降低阴影影响的目的，需要对固定件安装的倾角进行调整，减小固定件的倾角角度。

本文模型当中将45°设定为临界值，在实际的建设中则应当根据实际的测量结果计算，这一临界值主要与计划建设地区下午16:30时间段太阳的倾斜角度相关，以此能够计算临界值。

结语

山地地区建设光伏电站角度排布，实际的执行仍然需要根据具体案例的各项数据确定。上述研究的结果仅仅能够作为参考使用，对光伏发电的角度影响，本文进行了整体性的梳理，以求在实际运用中能够发挥一定的引导作用。

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