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光伏组件竖排、横排布置,谁的占地面积大?

导读: 笔者以往设计过程中,也曾对比过光伏组件竖排、横排之间的占地差异、用钢量差异,在考虑早晚阴影遮挡时,横排组件在发电输出方面的较竖排组件有优势,某些工程采用了光伏组件的横向四排。

经常在网上看到关于光伏组件竖排、横排布置在光伏支架单元上的文章,两者对比的文章,往往会论述几个观点:1、占地面积;2、支架单元用钢量;3、安装便利性;4、发电量的差异。最近的一篇文章《光伏组件横排竖排争议多,绝知此事要躬行》对以上几个方面以及运维便利性差异等多个方面给出了观点,其中占地面积给出的结论是“组件横排竖排占地几乎分歧(应该是“几乎没有分别”)”。备注:占地面积不是指光伏组件在地面上的投影面积,是指在大场地光伏方阵中的平均面积,包含阵列之间的间隙面积等。

笔者以往设计过程中,也曾对比过光伏组件竖排、横排之间的占地差异、用钢量差异,在考虑早晚阴影遮挡时,横排组件在发电输出方面的较竖排组件有优势,某些工程采用了光伏组件的横向四排。但本文以光伏组件竖排、横排的占地面积差异性做一个详细分析,以飨读者。

1、通用的组件竖排、横排布置方式解释

光伏组件采用的规格尺寸60片电池片是1650mm*990mm*40mm(不同厂家略有差异),72片电池片是1960mm*990mm*40mm(不同厂家略有差异)。光伏组件的竖排,就是组件的长边上下方向放置排列,组件倾斜后,长边是南北方向。光伏组件的横排是长边在东西方向。通常光伏电站中,光伏组件采用竖向双排布置、横向三排或四排布置,近年来农光互补大棚、车棚光伏电站中,也有其他竖向、横向多排布置的形式。

2、组件竖排、横排布置方式占地面积差异

我们通常说,光伏组件竖排、横排布置方式造成的光伏电站占地面积差别不大,但也有工程师认为,光伏组件的横排布置会占用更大的场地。但是不同布置方式,造成的面积差别不大是差在了哪里?为什么又有一些工程师认为横排布置会占用较多的场地?接下来,我们通过严谨的分析,来解释这两个问题。

(1)单块组件的竖放、横放

按照《光伏发电站设计规范》,光伏阵列前后排在当地真太阳时9:00到15:00点不遮挡。如果我们在光伏电站中选取一块光伏组件,这块光伏组件占用的前后排面积是投影面积+阵列之间的净间距面积。

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图4 光伏组件布置侧视图

假设光伏组件的长为a,宽b,组件安装倾角为θ,项目所在地的南北向阴影系数为R,根据光伏阵列前后间距计算公式,blob.png公式中的blob.png为阵列上下端的宽度。

对于一块组件的占地面积,就应该是:

组件竖放:blob.png

组件竖放:blob.png

因此,我们可以看到,上面各个参数均是已知的,而且表达公式是一样的,对于单块组件的占地面积是一样的。

(2)光伏阵列中组件的竖排、横排

本文以宁夏自治区中卫市某光伏电站项目为例,光伏组件竖向双排和横向四排不同布置方式做计算对比。

采用260Wp的光伏组件,以35°倾角安装在支架单元上,不同布置方式阵列尺寸、面积、前后间距计算如下:

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图5 光伏组件竖排2×22 布置

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图6 光伏组件横排4×11布置

表1 单个阵列不同布置方式占地面积对比

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通过上表,我们可以看到,横向四排的布置方式因为间隙增多,阵列的面积最大,虽然仅有0.063㎡,看似几乎没有差别。由于横向四排的布置方式的阵列宽度增加,响应的理论计算的中心间距也增加,差值为1.621m,通过计算,单个支架单元的阵列占地面积差值为0.1504㎡,差别也不大。如果在有限的区域内,建设几十千瓦或者几百千瓦,光伏方阵的总占地面积应不会有较大的差异。

(3)光伏组件竖排、横排1MW对比

本文以宁夏自治区中卫市某光伏电站项目为例,在上面计算的数据基础上,以理论计算的中心间距布置1MW的方正的、光伏逆变器和箱变位于方阵中心的模块化子方阵,以道路为对称,东西相邻支架单元的检修通道统一设置为1m。1MW的子方阵中,由95套支架单元组成,一套支架单元上安装2个光伏组串,共有190串。每22块260Wp组件串联为一个组串,共计4180块组件1086.8KW。

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图7 光伏组件竖排2×22 布置1MW子方阵

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图8 光伏组件横排2×44布置1MW子方阵

表2 1MW方阵不同布置方式占地面积对比

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从上表数字上看,好像是横向四排占地面积多了很多,实际上,可以将其分解为三部分:95个阵列面积增加的产生的占地面积差异约14㎡、方阵南北宽度增加(虽然相邻阵列东西向间距宽度和数量是一样的,但是横向四排布置1MW子方阵南北宽度增加会增加占地面积S=7*19.46=136.22㎡)、方阵中道路长度差异(横向四排布置1MW子方阵宽度增加,也造成道路较长,相应的面积也增加)。因此1MW方阵横向四排比竖向双排布置方式理论上要增加288.176平方米。

假设,逆变器和箱变放在子方阵的边缘,不放在中间,子方阵也不考虑道路,则表2调整为表3,1MW子方阵不考虑道路影响,面积如表3。

表3 不考虑道路1MW方阵不同布置方式占地面积对比

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但由于实际工程设计时,阵列之间的间距不会以理论计算的临界值设计,往往会增加0.5米的冗余量(具体冗余量根据项目和光伏工程师设计确定),以适应地形变化和工程施工误差。调整表2如下:

表4 考虑间距余量后1MW方阵不同布置方式占地面积对比

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光伏阵列间距增加0.5米冗余后,由于组件竖向布置时,1MW方阵的东西长度较长,因此增加的面积较大,再进行比较,1MW方阵横向四排比竖向双排布置方式理论上要增加103.376平方米。

通过以上多个表格,如果光伏系统设计工程师和光伏从业者就认为大型光伏电站中,光伏组件横向四排的布置一定会比竖向双排的布置占地面积多很多,那就错了,那么我们分析一下对于一个具体项目,占地面积会有什么差异呢?

(4)对于某个项目不同布置方式的占地面积对比

光伏组件竖排、横排1MW对比,是模块化布置很理想的状态对比,及实际项目边界范围自由的,不受限制。但实际上一个项目的场地边界是固定的,也无法采用或全部采用模块化布置。假设某项目规则的矩形场地范围,东西长度一定,南北宽度一定、道路长度确定,现以20MW的布置为例分析。

案例,在一个规则的长方形中,设计光伏组件总容量约21.736MW,支架单元数1900套,每个支架单元安装44块260Wp光伏组件。场地东西长约600米,南北宽约660米。方阵总平面图布置方式,竖向双排均采用1.086MW模块化设计,而横向四排的布置方式,大部分采用模块化设计,剩余场地采用非模块化设计。总平图主要设计3条竖向道路和一条横向道路,一圈环场道路,路网设计完全一致。

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(a)组件竖向双排子方阵划分 (b)组件横向四排子方阵划分

图9 一块规则区域不同布置方式子方阵差异

经过总平图设计对比,光伏组件竖向安装和横向安装占地面积对比如下:

表5某项目22MW方阵不同布置方式占地面积对比

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表5的数据统计,光伏区占地面积的差异,主要是因为横向四排阵列列数较多,检修通道所增加的面积引起。图9中的总图布置,按照光伏阵列间距为理论间距设置,假设按照工程通常涉及的冗余量增加0.5米的间距设计,根据图9中的布置图,经估算,竖向双排大概增加21196.8㎡,横向四排大概增加17793㎡,这是因为横向四排阵列行数少。那么,按照通常设计的阵列间距,竖向双排比横向四排的布置增加550㎡的占地面积。由此我们可以得出,如果场地南北方向是狭长型的,通常设计的阵列间距冗余量,因竖向双排布置方式阵列行数较多,会使光伏组件竖向双排的布置占地面积大于组件横向四排布置;而如果场地东西方向狭长,由于横向四排布置方式南北检修通道较多,面积会大于竖向双排布置方式。以上对比,竖向双排均是2X22设计,而如果改为2X11设计,则同等布置情况下,竖向双排2X11的设计中检修通道数量会比横向四排数量多,占地面积多的将是竖向双排2X11的阵列形式。

3、总结

本文通过单块组件竖向和横向布置方式、单个阵列中组件竖向和横向布置方式、1MW模块化子方阵布置方式以及某个项目总平图设计,多个方面对比,可得出,虽然理论间距设计的情况下,光伏组件横向布置会占用更多的土地,但对于一个项目,在通常阵列间距有冗余量的设计下,有可能光伏组件竖向双排布置的支架单元(阵列)占用的场地面积更多。

通过以上对比,光伏组件竖向、横向布置,相对整个项目用地面积而言,占地面积的差异基本可以忽略不计。

作者:周长友

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