摘要：光伏電站是指與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統，屬國家鼓勵的綠色能源項目?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W發電系統。太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電。

　　關鍵詞：光伏電站,電子技術,刊發工程論文

　　光伏發電產品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源;二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地各種燈具等;三是并網發電，這在發達國家已經大面積推廣實施。到2009年，中國并網發電還未開始全面推廣，不過，2008年北京奧運會部分用電是由太陽能發電和風力發電提供的。

　　2013年12月4日，位于青海省共和縣光伏發電園區內的世界最大規模水光互補光伏電站——龍羊峽水光互補320兆瓦并網光伏電站正式啟動并網運行，利用水光互補性發電，從電源端解決了光伏發電穩定性差的問題。

　　光伏發電系統分為獨立光伏系統和并網光伏系統。獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統，太陽能戶用電源系統，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統。

　　并網光伏發電系統是與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統。可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網發電系統。帶有蓄電池的并網發電系統具有可調度性，可以根據需要并入或退出電網，還具有備用電源的功能，當電網因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網發電系統常常安裝在居民建筑;不帶蓄電池的并網發電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。

　　1、一般平整場地的間距設計

　　一般的確定原則是:冬至日09:00—15:00(本文中的時間均為當地真太陽時)的時間段內，光伏陣列不應被遮擋。固定式布置的光伏陣列布局，冬至日09:00—15:00，不被遮擋的間距D可由以下公式計算:D=Lcosβ，(1)L=h/tanα，(2)α=arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcosω)，(3)β=arcsin(cosδsinω/cosα)，(4)h=lsinθ，(5)式中:α為太陽高度角;β為太陽方位角;D為遮擋物與陣列的間距;h為前排陣列最高端與后排陣列最低端的高度差;φ為當地緯度;δ為太陽赤緯角;ω為時角;θ為組件傾角;l為前排光伏組件斜面長度;L為陽光射線在地面上的投影。首先計算冬至日09:00時的太陽高度角和太陽方位角。冬至日δ為-23.45°，09:00時的ω為-45°，因此α=arcsin(0.648cosφ-0.399sinφ)，(6)β=arcsin(-0.648/cosα)。(7)以上公式計算的D是前排陣列后端與后排陣列前端的水平間距，而前后陣列的中心距需要加上組件斜面長度在地面的投影，即D1=lcosθ+D。日照間距系數R=D/h=cosβ/tanα[5-6]，計算09:00時不同緯度的棒影長度L(假設垂直立于水平地面的木棒，棒高h1=1m)及日照間距系數R，見表1。通過表1可迅速查找某地09:00時的日照間距系數并估算光伏陣列的間距，通過式(1)、式(2)也可計算某地09:00時太陽的高度角和方位角。

　　2、正北坡平整場地的間距設計

　　正北坡場地地勢由南向北均勻緩慢降低，且東西向為同一等高線，常見于坐北朝南的民用建筑物或廠房的屋面。某屋頂電站陣列安裝示意圖。某屋頂電站光伏陣列布局示意圖屋面坡度系數i為屋面最低點與最高點的高度差(相對于水平面)與最低點與最高點之間水平距離之比。建設在屋面上的光伏陣列，前排陣列后端與后排陣列前端的高度差應為h=lsinθ+(D+lcosθ)i，(8)代入陣列間距計算公式，整理得D=(lsinθ+ilcosθ)R1-iR。(9)已建設完畢的建筑物或廠房屋面，在設計與建設期間未考慮日后安裝屋面光伏系統，因此，坡度屋面傾角就與當地并網或離網光伏系統組件最佳傾角不一致。對于這類屋頂場地，南坡屋面適宜采用最佳傾角安裝，而北坡僅適合將組件水平安裝或小傾角安裝，如果北坡坡度較大，則可利用的面積極少，安裝組件數量有限，甚至會因支架鋼材用量較大而不適合安裝光伏組件。

　　3、斜北坡平整場地的間距設計

　　如果建筑物并不是朝向正南，而是偏東或偏西，即屋面的屋脊并不是正東西方向，有一定的方位角。對于此類建筑物，光伏陣列間距需進一步優化。光伏陣列間距的計算，應結合建筑物方位角β0(即墻面法線與正南向形成建筑物方位角)和當地09:00的太陽方位角β(若建筑物方位為南偏西，則用15:00的太陽方位角計算)，則組件實際方位角β'為β'=β-β0，(10)結合建筑物方位角的日照間距系數[7]R=D/h=cos(β-β0)/tanα，(11)然后再結合含有屋面坡度的公式(9)計算陣列間距DD=(lsinθ+ilcosθ)cos(β-β0)/tanα1-icos(β-β0)/tanα。(12)以鐵嶺市某公司的廠房建筑群為例，該建筑群因道路規劃及建筑規劃的需要，均偏東28°，即建筑物方位角為-28°，屋面坡度i=6%。由于屋頂目標裝機容量較大，北坡光伏組件的安裝傾角設計為0°，組件縱向雙排排列，斜面長度為3320mm。經計算，前后陣列間距D為881mm(若建筑物方位角β0=0°，則D=676mm)。由此可見，光伏陣列方位偏東或偏西時，比光伏陣列朝向正南時的間距大。為使建筑物美觀或適應場地環境，在路邊、墻邊、屋頂等場所建設的太陽能光伏系統，組件往往不能朝向正南，對于此類光伏陣列，若場地面積有限、組件的方位角角度大，則組件的傾角不宜過大，否則陣列的間距會增大許多。而組件小傾角安裝帶來的另一個問題是積雪、灰塵等不易滑落和自清潔，所以傾角大小需要進一步考慮當地降雪、降水及空氣中灰塵濃度等環境問題。由于屋面面積有限，應對組件傾角、間距、安裝容量、組件斜面輻射量及發電效益等多參數進行優化，爭取達到既降低支架成本、又能增加裝機容量和年發電量的目的。

　　4、斜北坡不平整場地的間距設計

　　未開發過的自然場地越大，則越難保證地勢平坦，并且坡向有可能朝向北方。對于此類土地，將朝向北的自然坡處理為平整地面，土方量極大，土地平整的費用將超過支架及樁基等基礎成本，經濟方面幾乎不現實，最佳方案往往是因地制宜、簡單處理、隨坡安裝。寧夏中衛市某20MW光伏電站占地70hm2，場地南面2km處為山丘，場地地勢為南高北低、西高東低，南北坡度為1.5%～2.4%，東西坡度為0.6%～1.7%，局部起伏較大。經估算，該工程一期場地分區域平整達到較為理想場地的土方平衡成本極高，且分區域之間易形成2m以上的高度差。該場地建設過程中，為最大化利用自然地形并減少土地土方調整量，簡單平整地面后，采用了階梯式建設模式，土方平衡成本預估僅需150萬元。1個子方陣的排布方式為:方陣內所有支架單元的基礎標高依據地勢每列、每行分別向北、向東階梯式降低;總體標高由最高處向低處呈弧形階梯降低;子方陣與子方陣之間的高度差由中間道路兩側做坡彌補。該20MW光伏電站一期工程布局;b為長、寬均為200m的場地地形圖，可以看出東西、南北方向地勢差均超過2.5m;c為地表處理過后的陣列支架基礎標高。光伏組件豎向雙排安裝在支架上，斜面長度為3310mm，傾角為35°，場地南北方向坡度約為2%。

　　為保證施工精度并為施工提供便利，前后陣列中心距設計為8150mm，前后陣列的高度差為200mm。在陣列間距計算過程中，因陣列均是沿場地道路由西南向東北方向排列，對側后排陣列影響很小，故未考慮東西向坡度。可見，冬至日15:00時太陽方位角為42°，A陣列不會遮擋C陣列，但會在D陣列形成很小的陰影。該工程#4子方陣陣列是正南北方向排列，應在設計中綜合考慮南北向梯度和東西向梯度的陣列高度差，盡量保證在冬至日15:00時某陣列對側后方陣列不產生遮擋。而場地面積足夠大時，應由該陣列與側后方陣列高度差h'計算陣列間距D。支架基礎標高時，h'的參考值應為h'=lsinθ+DE-WiE-W+DN-SiN-S，(13)式中:DE-W為相鄰東西陣列的中心距(陣列長度加相鄰距離);DN-S為相鄰南北陣列的中心距;iE-W為東西方向的坡度;iN-S為南北方向的坡度。將h'代入D=hR則可推導出含有東西向、南北向2個方向坡度的間距公式D=(lsinθ+iN-Slcosθ+DE-WiE-W)R1-iN-SR。(14)該工程#4子方陣的間距設計如下:東西坡度iE-W=0.4%，南北坡度iN-S=1.2%，采用式(14)計算得到D=5406mm，最小中心距為8117mm，h'=190mm。實際取值相鄰南北陣列的中心距為8150mm，東西、南北相鄰陣列的高度差均為100mm，h'=200mm。支架基礎標高，中A陣列不會遮擋C，D個陣列，可保證任一光伏陣列在冬至日15:00時均不會遮擋東北方向的后排陣列，相對于僅考慮南北坡度的設計方法，該方法更為合理。

　　5、結束語

　　本文推導的公式，對于坡向朝南的場地同樣適用，僅需將朝北的坡度定義為正值，朝南的坡度定義為負值。這種設計方法突破了原有的固定式陣列間距設計方法，可為斜坡場地提供解決方案。