（西北水利水电工程有限责任公司 陕西西安 710065）
摘要：在当前我国可持续发展战略、不断增长的能源需求以及更好的促进经济社会的可持续发展的情况下，光伏发电因其独特的优势而受到全国各地的广泛推广，在今后也将成为全球的主要能源。
关键词：太阳能；山地光伏；优化设计
一、组件排布间距设计
遮挡是影响光伏电站发电量的首要因素。
因地形起伏多变，山地光伏电站遮挡现象更加常见和明显。为减少和避免遮挡，山地光伏电站的组件排布间距应根据山地实际地形变化进行设计。合理的设计应充分有效地利用有限的土地面积，同时尽可能减少、甚至避免遮挡的发生，从而保证发电量。
前后排最小间距的设计应遵从最小间隔计算公式：
式中，H为前排组件顶端到地面的垂直高度；L为前排组件在坡面上的投影长度； 为太阳高度角；a为坡面与水平面夹角，逆时针为正方向。
需要注意的是，该公式适用于没有明显东西坡的区域；如有明显的东西坡，还应根据实际坡度大小继续加大前后排间距，以减轻前后排遮挡对发电量的影响。理论上，设计间距应能保证冬至日9：00～15：00前后排无遮挡。
该电站项目排布间距设计统一为8.22m，未根据坡度变化做相应调整，造成部分子阵在当年11月初～次年2月初（冬至日前、后各一个半月）前后排遮挡严重。个别子阵因用地面积紧张，甚至出现了前后排间距仅约Sm的极端情况，造成严重遮挡，影响发电量。
光伏电站所发电能全部来自于太阳辐射，一旦光伏组件被遮挡，必会引起明显的发电量损失。组串式逆变器拥有多路MPPT，相比集中式方案，可大幅减少遮挡导致的发电量损失，但这仅属于“节流”措施：在组件被遮挡，不能“开源”的情况下，发电量依然会受到明显影响。因此，在设计阶段必须要优化间距设计，才能从源头上保证发电量，提升电站收益。
二、逆变器及汇流箱布局设计和箱变布局设计
组串式逆变器轻巧灵活，可适应山地电站子阵大小不一和不规则的特点。逆变器、汇流箱和箱变的布局设计关系到布线施工的工程量，更直接关系到线缆用量和线缆功率损耗。其次，好的布局设计也便于现场运维，减少运维工作量，降低运维工作强度，节省运维成本。以该电站的子阵布局为例，设计如图1所示。
图1中，该子阵受地形限制，东西向狭长，南北短，东西跨度超过300m，箱变位于子阵的最东南角。按照该布局方案，位于子阵西侧、北侧的所有逆变器需要先按照南北走向及东西走向的线缆沟槽跨越子阵，引3x16mm2交流线缆（带铠）到汇流箱，再从汇流箱引3x150mm2交流线缆（带铠）到箱变。该设计方案交流线缆跨度大、距离长，导致功率损耗大。如果将箱变布局在图1中指定位置，东、西两侧的逆变器及汇流箱向箱变一侧布局靠近，将大幅减少上述两种交流线缆的用量，尤其是3x150mm2交流线缆的用量。为简单快速对比差异，假设仅移动箱变至图中指定位置，支架位置、逆变器、汇流箱布局均不做改变，因此，1×4mm2直流线缆、3×16mm2交流线缆用量不变。
简单对比测算结果如表1所示。
初步计算结果表明，建议方案节约线缆成本0.064元/W。如果考虑逆变器、汇流箱布局重新优化布局，成本节约幅度会进一步提升。
发电量方面，由于建议布局方案大幅节省了交流线缆用量，节省投资成本的同时，整个子阵的线缆功率损失也将大幅降低，子阵发电量得到明显提升。根据上述估算结果，3x150mm2交流线缆用量缩短约280m，根据子阵装机容量及线缆规格参数计算，线损降低约0.5%。
测算结果表明，“逆变器和汇流箱集中放置，靠近箱变”的布局方案优于“逆变器、汇流箱居边、居角”的实际方案，大幅减少了线缆成本和线损。工程方面，也减少了线缆沟槽开挖长度，降低了工程量和施工成本。
三、山地光伏电站的消防设计
我国的大部分地区都属于季风性气候，分为明显的旱雨两季，由于山地地区的草木相对较多，容易因为人为因素导致大范围火灾，这样山地光伏电站在旱季以及冬季都会形成重要的防火工作，因此，在光伏电站的设计中，我们要充分考虑到防火设备的建设。防火设备是山地光伏电站设计过程中的一个重点因素，但是却因为种种原因被设计人员忽视，我国的山地光伏电站也没有一定的行业规范，但是如果光伏场地没有防火设计，加上山地光伏电站也会受到地理条件等因素的限制，消防车无法到达起火点，这样一来，一旦光伏电站起火，很多的营救工作就无法及时开展，也会对山地光伏电站的投资造成巨大伤害。
①山地光伏电站的边界都需要有围栏设计，在围栏的外侧也需要有防火地带进行隔离，在围栏外修建道路，除了具备有隔离功能，还能够主动承担消防通道的作用。受山地地形的限制，如果无法进行道路的修建，建立起围栏，也能够很好地起到隔离防护的作用。
②山地光伏电站由于面积较广，地形复杂，存在着诸多的问题。电站设计需要充分考虑到各个方面的问题。在设计视频监控的时候，可以增加红外线功能，尽可能的考虑在汇流箱附近增加感温探头，以更好的降低成本，达到有效防火的功能。
③光伏电站的设计需要考虑定期清除杂草，对于杂草清洁不能用化学用品，而应该采用人工除草的方式，因为化学除草剂的使用不仅会造成一定的环境损害，而且很可能导致植被破坏。
结语
随着国内山地光伏电站的建设规模越来越大，针对山地光伏电站的特点，如土地不平整、地势险峻、运维困难、光伏组件朝向不一致、阴影遮挡等典型问题，本文分析了山地光伏电站的优化设计。
参考文献：
[1]冯相赛，乔虹桥，马旭东，张海磊，唐寅彬，王训春，赵欣侃.光伏电站的设计与应用[J].能源与节能，2016（02）.
[2]胡昌吉，杨永明，黄健宏，冯昊权.基于Arduino的光伏电站雾霾监测仪设计与制作[J].电子世界，2015（18）.
论文作者:王银东
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/10
标签：电站论文; 山地论文; 光伏论文; 线缆论文; 发电量论文; 遮挡论文; 布局论文; 《电力设备》2016年第17期论文;