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光伏組件豎排、橫排布置,誰的占地面積大?
日期:2018-07-26   [復(fù)制鏈接]
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編者按:筆者以往設(shè)計(jì)過程中,也曾對(duì)比過光伏組件豎排、橫排之間的占地差異、用鋼量差異,在考慮早晚陰影遮擋時(shí),橫排組件在發(fā)電輸出方面的較豎排組件有優(yōu)勢(shì),某些工程采用了光伏組件的橫向四排。但本文以光伏組件豎排、橫排的占地面積差異性做一個(gè)詳細(xì)分析,以饗讀者。

經(jīng)常在網(wǎng)上看到關(guān)于光伏組件豎排、橫排布置在光伏支架單元上的文章,兩者對(duì)比的文章,往往會(huì)論述幾個(gè)觀點(diǎn):1、占地面積;2、支架單元用鋼量;3、安裝便利性;4、發(fā)電量的差異。最近的一篇文章《光伏組件橫排豎排爭議多,絕知此事要躬行》對(duì)以上幾個(gè)方面以及運(yùn)維便利性差異等多個(gè)方面給出了觀點(diǎn),其中占地面積給出的結(jié)論是“組件橫排豎排占地幾乎分歧(應(yīng)該是“幾乎沒有分別”)”。備注:占地面積不是指光伏組件在地面上的投影面積,是指在大場地光伏方陣中的平均面積,包含陣列之間的間隙面積等。

筆者以往設(shè)計(jì)過程中,也曾對(duì)比過光伏組件豎排、橫排之間的占地差異、用鋼量差異,在考慮早晚陰影遮擋時(shí),橫排組件在發(fā)電輸出方面的較豎排組件有優(yōu)勢(shì),某些工程采用了光伏組件的橫向四排。但本文以光伏組件豎排、橫排的占地面積差異性做一個(gè)詳細(xì)分析,以饗讀者。

1、通用的組件豎排、橫排布置方式解釋

光伏組件采用的規(guī)格尺寸60片電池片是1650mm*990mm*40mm(不同廠家略有差異),72片電池片是1960mm*990mm*40mm(不同廠家略有差異)。光伏組件的豎排,就是組件的長邊上下方向放置排列,組件傾斜后,長邊是南北方向。光伏組件的橫排是長邊在東西方向。通常光伏電站中,光伏組件采用豎向雙排布置、橫向三排或四排布置,近年來農(nóng)光互補(bǔ)大棚、車棚光伏電站中,也有其他豎向、橫向多排布置的形式。

2、組件豎排、橫排布置方式占地面積差異

我們通常說,光伏組件豎排、橫排布置方式造成的光伏電站占地面積差別不大,但也有工程師認(rèn)為,光伏組件的橫排布置會(huì)占用更大的場地。但是不同布置方式,造成的面積差別不大是差在了哪里?為什么又有一些工程師認(rèn)為橫排布置會(huì)占用較多的場地?接下來,我們通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯瑏斫忉屵@兩個(gè)問題。

(1)單塊組件的豎放、橫放

按照《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》,光伏陣列前后排在當(dāng)?shù)卣嫣枙r(shí)9:00到15:00點(diǎn)不遮擋。如果我們?cè)诠夥娬局羞x取一塊光伏組件,這塊光伏組件占用的前后排面積是投影面積+陣列之間的凈間距面積。

圖4 光伏組件布置側(cè)視圖
 
假設(shè)光伏組件的長為a,寬b,組件安裝傾角為θ,項(xiàng)目所在地的南北向陰影系數(shù)為R,根據(jù)光伏陣列前后間距計(jì)算公式,blob.png,公式中的blob.png為陣列上下端的寬度。
對(duì)于一塊組件的占地面積,就應(yīng)該是:

組件豎放:

組件豎放:

因此,我們可以看到,上面各個(gè)參數(shù)均是已知的,而且表達(dá)公式是一樣的,對(duì)于單塊組件的占地面積是一樣的。

(2)光伏陣列中組件的豎排、橫排

本文以寧夏自治區(qū)中衛(wèi)市某光伏電站項(xiàng)目為例,光伏組件豎向雙排和橫向四排不同布置方式做計(jì)算對(duì)比。

采用260Wp的光伏組件,以35°傾角安裝在支架單元上,不同布置方式陣列尺寸、面積、前后間距計(jì)算如下:



圖5 光伏組件豎排2×22 布置




圖6 光伏組件橫排4×11布置
 
表1 單個(gè)陣列不同布置方式占地面積對(duì)比


通過上表,我們可以看到,橫向四排的布置方式因?yàn)殚g隙增多,陣列的面積最大,雖然僅有0.063㎡,看似幾乎沒有差別。由于橫向四排的布置方式的陣列寬度增加,響應(yīng)的理論計(jì)算的中心間距也增加,差值為1.621m,通過計(jì)算,單個(gè)支架單元的陣列占地面積差值為0.1504㎡,差別也不大。如果在有限的區(qū)域內(nèi),建設(shè)幾十千瓦或者幾百千瓦,光伏方陣的總占地面積應(yīng)不會(huì)有較大的差異。

(3)光伏組件豎排、橫排1MW對(duì)比

本文以寧夏自治區(qū)中衛(wèi)市某光伏電站項(xiàng)目為例,在上面計(jì)算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,以理論計(jì)算的中心間距布置1MW的方正的、光伏逆變器和箱變位于方陣中心的模塊化子方陣,以道路為對(duì)稱,東西相鄰支架單元的檢修通道統(tǒng)一設(shè)置為1m。1MW的子方陣中,由95套支架單元組成,一套支架單元上安裝2個(gè)光伏組串,共有190串。每22塊260Wp組件串聯(lián)為一個(gè)組串,共計(jì)4180塊組件1086.8KW。

圖7 光伏組件豎排2×22 布置1MW子方陣

 

圖8 光伏組件橫排2×44布置1MW子方陣

表2 1MW方陣不同布置方式占地面積對(duì)比


從上表數(shù)字上看,好像是橫向四排占地面積多了很多,實(shí)際上,可以將其分解為三部分:95個(gè)陣列面積增加的產(chǎn)生的占地面積差異約14㎡、方陣南北寬度增加(雖然相鄰陣列東西向間距寬度和數(shù)量是一樣的,但是橫向四排布置1MW子方陣南北寬度增加會(huì)增加占地面積S=7*19.46=136.22㎡)、方陣中道路長度差異(橫向四排布置1MW子方陣寬度增加,也造成道路較長,相應(yīng)的面積也增加)。因此1MW方陣橫向四排比豎向雙排布置方式理論上要增加288.176平方米。

假設(shè),逆變器和箱變放在子方陣的邊緣,不放在中間,子方陣也不考慮道路,則表2調(diào)整為表3,1MW子方陣不考慮道路影響,面積如表3。

表3 不考慮道路1MW方陣不同布置方式占地面積對(duì)比

但由于實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí),陣列之間的間距不會(huì)以理論計(jì)算的臨界值設(shè)計(jì),往往會(huì)增加0.5米的冗余量(具體冗余量根據(jù)項(xiàng)目和光伏工程師設(shè)計(jì)確定),以適應(yīng)地形變化和工程施工誤差。調(diào)整表2如下:

表4 考慮間距余量后1MW方陣不同布置方式占地面積對(duì)比

光伏陣列間距增加0.5米冗余后,由于組件豎向布置時(shí),1MW方陣的東西長度較長,因此增加的面積較大,再進(jìn)行比較,1MW方陣橫向四排比豎向雙排布置方式理論上要增加103.376平方米。

通過以上多個(gè)表格,如果光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和光伏從業(yè)者就認(rèn)為大型光伏電站中,光伏組件橫向四排的布置一定會(huì)比豎向雙排的布置占地面積多很多,那就錯(cuò)了,那么我們分析一下對(duì)于一個(gè)具體項(xiàng)目,占地面積會(huì)有什么差異呢?

(4)對(duì)于某個(gè)項(xiàng)目不同布置方式的占地面積對(duì)比

光伏組件豎排、橫排1MW對(duì)比,是模塊化布置很理想的狀態(tài)對(duì)比,及實(shí)際項(xiàng)目邊界范圍自由的,不受限制。但實(shí)際上一個(gè)項(xiàng)目的場地邊界是固定的,也無法采用或全部采用模塊化布置。假設(shè)某項(xiàng)目規(guī)則的矩形場地范圍,東西長度一定,南北寬度一定、道路長度確定,現(xiàn)以20MW的布置為例分析。

案例,在一個(gè)規(guī)則的長方形中,設(shè)計(jì)光伏組件總?cè)萘考s21.736MW,支架單元數(shù)1900套,每個(gè)支架單元安裝44塊260Wp光伏組件。場地東西長約600米,南北寬約660米。方陣總平面圖布置方式,豎向雙排均采用1.086MW模塊化設(shè)計(jì),而橫向四排的布置方式,大部分采用模塊化設(shè)計(jì),剩余場地采用非模塊化設(shè)計(jì)??偲綀D主要設(shè)計(jì)3條豎向道路和一條橫向道路,一圈環(huán)場道路,路網(wǎng)設(shè)計(jì)完全一致。


(a)組件豎向雙排子方陣劃分 (b)組件橫向四排子方陣劃分

圖9 一塊規(guī)則區(qū)域不同布置方式子方陣差異

經(jīng)過總平圖設(shè)計(jì)對(duì)比,光伏組件豎向安裝和橫向安裝占地面積對(duì)比如下:

表5某項(xiàng)目22MW方陣不同布置方式占地面積對(duì)比

表5的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),光伏區(qū)占地面積的差異,主要是因?yàn)闄M向四排陣列列數(shù)較多,檢修通道所增加的面積引起。圖9中的總圖布置,按照光伏陣列間距為理論間距設(shè)置,假設(shè)按照工程通常涉及的冗余量增加0.5米的間距設(shè)計(jì),根據(jù)圖9中的布置圖,經(jīng)估算,豎向雙排大概增加21196.8㎡,橫向四排大概增加17793㎡,這是因?yàn)闄M向四排陣列行數(shù)少。那么,按照通常設(shè)計(jì)的陣列間距,豎向雙排比橫向四排的布置增加550㎡的占地面積。由此我們可以得出,如果場地南北方向是狹長型的,通常設(shè)計(jì)的陣列間距冗余量,因豎向雙排布置方式陣列行數(shù)較多,會(huì)使光伏組件豎向雙排的布置占地面積大于組件橫向四排布置;而如果場地東西方向狹長,由于橫向四排布置方式南北檢修通道較多,面積會(huì)大于豎向雙排布置方式。以上對(duì)比,豎向雙排均是2X22設(shè)計(jì),而如果改為2X11設(shè)計(jì),則同等布置情況下,豎向雙排2X11的設(shè)計(jì)中檢修通道數(shù)量會(huì)比橫向四排數(shù)量多,占地面積多的將是豎向雙排2X11的陣列形式。

3、總結(jié)


本文通過單塊組件豎向和橫向布置方式、單個(gè)陣列中組件豎向和橫向布置方式、1MW模塊化子方陣布置方式以及某個(gè)項(xiàng)目總平圖設(shè)計(jì),多個(gè)方面對(duì)比,可得出,雖然理論間距設(shè)計(jì)的情況下,光伏組件橫向布置會(huì)占用更多的土地,但對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目,在通常陣列間距有冗余量的設(shè)計(jì)下,有可能光伏組件豎向雙排布置的支架單元(陣列)占用的場地面積更多。

通過以上對(duì)比,光伏組件豎向、橫向布置,相對(duì)整個(gè)項(xiàng)目用地面積而言,占地面積的差異基本可以忽略不計(jì)。

原標(biāo)題:光伏組件豎排、橫排布置,誰的占地面積大?
 
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來源:索比光伏網(wǎng)作者:周長友
 
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