【摘  要】：本文以山西大同某電站為例，介紹了地面光伏電站在組串排布設計階段需要考慮的幾個影響較大的因素，從理論上分析了組串排布的一般方法，以供光伏電站EPC建設參考。

     【關鍵詞】：地面光伏；組串；傾角；間距  

     近年來國內光伏EPC建設也取得了井噴式的飛速發展，但同時也出現了土地資源占用浪費、發電效率不高等負面情況。本文以山西大同某地面電站各項參數作為依據，旨在用理論分析得出優化地面光伏電站組串排布的方法，供在實際的EPC施工中用作參考，以便增加單位土地利用率，達到降本增效的目的。

     1 單組串容量及串聯排布方式確定

     根據組件串聯的基本原則，整個組串的最高開路電壓需要低于逆變器所能承受的最大電壓，組串最低的工作電壓需要大于逆變器滿載MPPT（最大功率跟蹤）范圍的最小值。 基于此原則，結合本項目選擇的組件和逆變器關鍵參數如下：組件選用某品牌組件的標準開路電壓37.98V，標準工作電壓30.63V。由于實際的開路電壓和工作電壓會隨著環境溫度的變化而變化，故需根據廠家資料了解組件在極端溫度下的實際電壓值。該組件在-38℃的環境下開路電壓為45.78V，在70℃的環境下工作電壓為26.25V；逆變器選用某品牌逆變器的最高直流輸入電壓1000V，MPPT范圍460V~820V。

     根據以上數據計算，在最低氣溫條件下，組串輸出電壓不應超過并網逆變器允許的最大組串開路電壓，則有int（1000/45.78）=21，即組件串聯數不得多于21塊?？紤]最高氣溫條件下，組串輸出電壓不應低于并網逆變器正常工作電壓的下限，則有roundup(460/26.25)=18，即組件串聯數不得少于18塊。故實際單組串的串聯組件數量應在18~21塊之間。再綜合考慮組串輸出功率與匯流箱及逆變器的容量匹配、施工復雜性、電線電纜的用量節省、支架用量等多方因素，最終確定單組串組件為21塊，按三行七列排布。

     組串內光伏組件的排布方式分為橫排和縱排兩種方式。以本項目6×10的組件為例，通過比較優劣，可見到如用縱排方式，組串北向投影較長，對后排組件的陰影遮擋面積也較大，勢必要占用更多的土地空間。同時，在遮擋不可避免的情況下，縱向組件理論上就不具備了發電能力。但如采用橫排方式，則當底部遮擋時，理論上還有約三分之二的發電能力（加裝旁路二極管的情況下）。故無論是出于節約場地考慮還是發電量最大化考慮，橫排方式均優于縱排。具體示意見圖1。

圖1 組串內光伏組件排布方式

     2 組件方位角與傾角確定

     在光伏施工環境中，方位角指的是組件朝向同正南方向的夾角，并以偏西為正、偏東為負。在實際施工中，如在組件的偏西或偏東方向有遮擋物會造成陰影遮擋時，需適當向反方向進行一些方位角的傾斜。但相應的會損失部分最佳太陽輻射時間。由于本項目光伏場區為原采煤沉陷區回填整平而成，周邊無明顯遮擋，故采用方位角為0°以獲取最大日照輻射時間。

     組件的傾角是影響電池板所能接收到的太陽總輻射量大小的重要因素之一。一般光伏電站所在緯度越高組件的傾角就要求越高，并大致與緯度相當，反之亦然。但由于各種自然因素影響，即便是同一緯度上的不同地區，所吸收到的太陽能輻射量也不盡相同。為了保證最大發電量和最優經濟效益，在光伏電站的施工中，要詳細收集當地的全年太陽輻射量觀測數據，并用科學方法進行計算后得出精確地最優傾角。這項工作目前一般都用專用軟件進行計算，目前比較通用的軟件有RETScreen、Pvyst等。本光伏電站最終確定的傾角為36°，方位角采用0°（圖2）。

圖2 光伏電站傾角、方位角示意圖

     3 組串間間距的確定

     組串間間距對整個光伏場區的土地資源利用率有決定性的影響，特別是南北方向組串間的間距，不僅決定了場區占地面積的大小，也對系統的發電效率，組件的使用壽命等都有較大的影響。如此間距過大會導致場區土地資源大量浪費，單位土地利用率低；如間距過小，前排組件會對后排組件造成陰影遮擋，一方面影響發電效率，另一方面會加大組件的熱斑效應，造成組件使用壽命縮短或損壞。

     組串間間距的確定應以在北半球冬至日（即影子最長日）9:00~15:00時，組件前后互不遮擋為原則。以本項目各項實際參數為例，通過繪制平面幾何圖，來說明組串間間距的確定方法，裝好后的組件斜長為3010mm，組件安裝傾角36°，見圖3。以冬至日真太陽時上午9時和15時作為太陽時角取值，此時點太陽時角A為45°。山西大同市天鎮縣地理緯度角B為北緯40.55°，冬至日太陽赤緯角角度C為-23.26°。

圖3 組串間間距確定

     依據以上信息，列計算式:H=3010×sin36°=1769mm。根據地理相關知識，sin（太陽高度角）=sin（當地緯度）sin（當日赤緯角）+cos（當地緯度）cos（當日赤緯角）cos（太陽時角），即sinα=sinBsinC+cosBcosCcosA=sin(40.55°)sin(-23.26°)+cos（40.55°）cos（-23.26°）cos（45°）=0.65×（-0.39）+0.76×0.92×0.71=0.243，則有h=H/sinα=7279，D2=h2-H2，求出D=7.06m。即，在前后互不遮擋情況下，南北兩組組件間間距為7.06米。

     此數據為理論同一標高高程情況下南北兩組組件間距。如遇到場地為南向坡度或北向坡度，則根據坡度角度大小進行適當縮減或增大微調。

4 結束語

     本文簡要闡述了地面光伏電站在建設過程中對組串內組件數量、組件傾角與方位角、組件間前后最短距離等參數的確定方法。目前從全行業來看，光伏發電建設成本較大，而發電效率卻不是特別高。出于企業經濟效益的考慮，必須要精細籌劃光伏電站建設的每一個環節，做到不冗余、不浪費。當然，工程現場情況千差萬別，會受到形形色色的因素影響，也不可能完全按照理想化的想法布置。作為現場施工管理人員，要綜合考慮分析各方因素的利弊，做出對電站建設效益最大化的決斷。

     （此專文摘自《電力設備管理》雜志文庫，專文主創：中國十七冶集團有限公司  趙  亮）