CN109088580A - 一种坡面光伏电站改造设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种坡面光伏电站改造设计方法，包括步骤：步骤1，设计组件布置方案以及组件排布间距的确定；步骤2，设计逆变器以及汇流箱的布局和箱变布局；步骤3，设计子阵内部直流布线；步骤4，设计并增加维护通道；步骤5，进行总图布置；步骤6，设计光伏支架和支架基础。采用本改造设计方法，通过更好的设计优化避免坡面光伏电站工程中的问题，在细节方面对发电量和电站的安全起到重要的作用。

Description

一种坡面光伏电站改造设计方法

技术领域

本发明涉及光伏电站领域，尤其涉及一种坡面光伏电站改造设计方法。

背景技术

国内，日照好、地面开阔平坦并且并网条件很好的土地资源越来越少了，依托坡面地形开发建设的光伏电站成为更为常见的选择。坡面光伏电站典型的特点包括：1)冬春季节草木干枯、防火压力大；2)坡面地形导致光伏组件朝向各异；3)坡面造成电站多局部遮挡；4)坡面地形导致子阵呈片状分布、大小不一且不连续；5)坡面地形导致施工难度大、土建成本高；6)坡面倾斜度较大的情况下，子阵分散，运行和维护难度以及成本成倍增长；7)光伏子阵分散导致坡面光伏电站地理跨度大，传统通信方案实施难度大。

因此，如何克服坡面的各种不利条件，设计并实施安全可靠运行的电站，提升发电量，确保投资收益，降低投资和运行维护成本，成为现有技术中需要解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术中的以上缺陷，本申请提供了一种坡面光伏电站改造设计方法，包括步骤：

步骤1，设计组件布置方案以及组件排布间距的确定；

步骤2，设计逆变器以及汇流箱的布局和箱变布局；

步骤3，设计子阵内部直流布线；

步骤4，设计并增加维护通道；

步骤5，进行总图布置；

步骤6，设计光伏支架和支架基础。

优选的，所述步骤1中所述组件布置方案包括横向布置和竖向布置，根据组件型号、组件尺寸、阵列、逆变器容量进行选择，对两种布置方案的占地面积进行比较，选择占地面积较小的作为最优方案。

优选的，所述步骤1中所述组件排布间距的确定包括：前后排最小间距的设计遵从最小间隔计算公式：

其中，H表示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；θ为太阳高度角；ε为坡面与水平面夹角，逆时针为正方向。

优选的，所述最小间隔计算公式适用于没有明显东西坡面的区域，如果有明显东西坡面，需要继续增加前后排间距，以减轻前后排遮挡对发电量的影响，保证冬至日9：00-15：00前后排无遮挡。

优选的，所述步骤2设计逆变器以及汇流箱的布局和箱变布局包括两种方式：逆变器和汇流箱集中放置，靠近箱变；以及逆变器、汇流箱居边，居角；针对工程实际的子阵规模，建设周期中各种线缆的规格和单价，分别计算两种布局方式使用的线缆数量和总的造价，从而获得工程量和施工成本较低的方案作为设计方案。

优选的，所述步骤3设计子阵内部直流布线包括：沿南北向跨排，将位于同一坡度、遮挡程度相当的组串接入逆变器的同一路MPPT。

优选的，所述步骤4设计并增加维护通道包括：选择部分子阵逆变器及汇流箱居中布局从而使得子阵内设备共用居中的走线沟槽的情况下，预留维护通道从而在电站运行后如果遇到设备故障或损坏能够使得维护人员和设备进场。

优选的，所述步骤5的所述总图布置包括设计：组件阵列布置、道路布置、围栏、开关站或升压站的位置，所述总图布置前后，设计人员到现场实际考察，尽量按现场实际情况布置，以减少图纸与实际不符的情况。

优选的，所述步骤6所述设计光伏支架需要考虑：因地势高低不平导致同一组光伏支架立管长度不一样；以及因施工误差引起的螺栓与螺栓孔连接困难或连接不上，所述光伏支架包括U型檩条或插管式立柱。

优选的，所述步骤6所述设计支架基础包括：钢筋混凝土条形基础；微孔灌柱桩基础；预制钢筋混凝土桩；岩石植筋锚杆基础；以及螺旋钢桩基础，设计采用何种基础是根据项目的岩土、地形、坡度、地下水、腐蚀性等条件选择。

采用以上的技术方案，通过更好的设计优化避免坡面光伏电站工程中的问题，在细节方面对发电量和电站的安全起到重要的作用。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

图1为根据本发明实施例的坡面光伏电站改造设计方法的流程示意图。

具体实施方式

参见附图1，本实施例一种坡面光伏电站改造设计方法，包括步骤：

步骤1，设计组件布置方案以及组件排布间距的确定。遮挡是影响光伏电站发电量的首要因素，因为坡面起伏多变，光伏电站遮挡现象更加常见和明显，为了减少和避免遮挡，坡面光伏电站的组件排布间距应当根据坡面所在实际地形变化进行设计，有效利用有限的土地面积，尽可能减少、甚至避免遮挡发生，从而保证发电量。其中组件布置方案包括横向布置和竖向布置，根据组件型号、组件尺寸、阵列、逆变器容量进行选择，对两种布置方案的占地面积进行比较，选择占地面积较小的作为最优方案。而组件排布间距的确定为前后排最小间距的设计遵从最小间隔计算公式：

其中，H表示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；θ为太阳高度角；ε为坡面与水平面夹角，逆时针为正方向。需要注意改最小间隔计算公式适用于没有明显东西坡面的区域，如果有明显东西坡面，需要继续增加前后排间距，以减轻前后排遮挡对发电量的影响，理论上，设计间距应当保证冬至日9：00-15：00前后排无遮挡。

本实施例电站项目子阵规模为1MW，最初排布间距统一设计为9.13m，未根据坡度变化进行相应的优化调整，因此部分子阵在当年11月初到第二年2月初(即冬至日前后各一个半月)前后排遮挡严重。个别子阵因为用地面积紧张，甚至出现了前后排间距仅为4.5m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太阳辐射，一旦光伏组建被遮挡，必然会引起明显的发电量损失，组串式逆变器拥有多路MPPT，比集中式方案大幅减少遮挡导致的发电量损失，然而这仅仅是节流，而合理布局光伏组件之间的间距，从源头上保证发电量，提升电站收益。

步骤2，设计逆变器以及汇流箱的布局和箱变布局，包括两种方式：逆变器和汇流箱集中放置，靠近箱变；以及逆变器、汇流箱居边，居角；针对工程实际的子阵规模，建设周期中各种线缆的规格和单价，分别计算两种布局方式使用的线缆数量和总的造价，从而获得工程量和施工成本较低的方案作为设计方案。

组串式逆变器更为灵活轻便，适应坡面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，与线缆用量和线缆功率损耗直接相关，并且好的布局设计便于现场的运维，减少运维工作量和工作强度以及成本。该1MW子阵电站的布局实施例中，由于受到地形限制，东西向狭长，南北短，东西跨度超过300米，箱变最初位于子阵的最东南角。按照这种布局方式，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3*18平方米的交流线缆(带铠)到汇流箱，再从汇流箱引出3*150平方米交流线缆(带铠)到箱变，交流线缆跨度大、距离长、导致功率损耗大。优化设计方案中，东、西两侧的逆变器及汇流箱向箱变一侧布局靠近，从而大大减少了两种交流线缆的用量，尤其是3*150平方米的交流线缆用量，同时整个子阵的线缆功率损失大大降低，发电量得到明显提升。测算结果表明“逆变器和汇流箱集中放置、靠近箱变”的布局方式在本实施例中优于“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损耗，工程方面减少了线缆沟槽开挖长度，降低了工程量和施工成本。

步骤3，设计子阵内部直流布线，包括：沿南北向跨排，将位于同一坡度、遮挡程度相当的组串接入逆变器的同一路MPPT。

组串式逆变器具有多路MPPT，可以适应坡面地形，明显提升发电量，然而电站子阵内部的直流接线方法依然沿袭大型地面电站的接线方法，即东西向一横排组串接1台或多台逆变器，特殊情况下使用线槽跨排接线，带来的问题是坡面存在，东坡或西坡的组串因为位置不同，遮挡发生时间不同，遮挡程度不同，组串式逆变器即使具有多路MPPT，当前的接线方法依然会造成将震荡程度不同的两组组串接入同一路MPPT，从而造成组串式配，影响MPPT的效用和发电量。

因此，为了提升发电量，充分发挥组串式逆变器多路MPPT的优势，将子阵内直流布线方案进行改造：沿南北向跨排，将位于同一坡度、遮挡程度相当的组串接入逆变器的同一路MPPT。

步骤4，设计并增加维护通道，包括：选择部分子阵逆变器及汇流箱居中布局从而使得子阵内设备共用居中的走线沟槽的情况下，减少了线缆用量，降低了线损、工作量和成本，一定程度上方便施工和运维。然而，从电站的设计、施工、运行、维护系统整体看，为了在电站运行后如果遇到设备故障或损坏能够使得维护人员和设备进场，要改造设计预留维护通道。

步骤5，进行总图布置，包括设计：组件阵列布置、道路布置、围栏、开关站或升压站的位置，所述总图布置前后，设计人员到现场实际考察，尽量按现场实际情况布置，以减少图纸与实际不符的情况。

步骤6，设计光伏支架和支架基础，该步骤种光伏支架设计改造需要考虑：因地势高低不平导致同一组光伏支架立管长度不一样；以及因施工误差引起的螺栓与螺栓孔连接困难或连接不上，所述光伏支架包括U型檩条或插管式立柱。而设计支架基础包括：钢筋混凝土条形基础；微孔灌柱桩基础；预制钢筋混凝土桩；岩石植筋锚杆基础；以及螺旋钢桩基础，设计采用何种基础是根据项目的岩土、地形、坡度、地下水、腐蚀性等条件选择。

采用本实施例的技术方案，通过更好的设计优化避免坡面光伏电站工程中的问题，在细节方面对发电量和电站的安全起到重要的作用。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (10)

1.一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于包括步骤：

步骤1，设计组件布置方案以及组件排布间距的确定；

步骤2，设计逆变器以及汇流箱的布局和箱变布局；

步骤3，设计子阵内部直流布线；

步骤4，设计并增加维护通道；

步骤5，进行总图布置；

步骤6，设计光伏支架和支架基础。

2.根据权利要求1所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤1中所述组件布置方案包括：横向布置和竖向布置，根据组件型号、组件尺寸、阵列、逆变器容量进行选择，对两种布置方案的占地面积进行比较，选择占地面积较小的作为最优方案。

3.根据权利要求2所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤1中所述组件排布间距的确定包括：前后排最小间距的设计遵从最小间隔计算公式：

其中，H表示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；θ为太阳高度角；ε为坡面与水平面夹角，逆时针为正方向。

4.根据权利要求3所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述最小间隔计算公式适用于没有明显东西坡面的区域，如果有明显东西坡面，需要继续增加前后排间距，以减轻前后排遮挡对发电量的影响，保证冬至日9：00-15：00前后排无遮挡。

5.根据权利要求1所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤2设计逆变器以及汇流箱的布局和箱变布局包括两种方式：逆变器和汇流箱集中放置，靠近箱变；以及逆变器、汇流箱居边，居角；针对工程实际的子阵规模，建设周期中各种线缆的规格和单价，分别计算两种布局方式使用的线缆数量和总的造价，从而获得工程量和施工成本较低的方案作为设计方案。

6.根据权利要求1所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤3设计子阵内部直流布线包括：沿南北向跨排，将位于同一坡度、遮挡程度相当的组串接入逆变器的同一路MPPT。

7.根据权利要求1所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤4设计并增加维护通道包括：选择部分子阵逆变器及汇流箱居中布局从而使得子阵内设备共用居中的走线沟槽的情况下，预留维护通道从而在电站运行后如果遇到设备故障或损坏能够使得维护人员和设备进场。

8.根据权利要求1所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤5的所述总图布置包括设计：组件阵列布置、道路布置、围栏、开关站或升压站的位置，所述总图布置前后，设计人员到现场实际考察，尽量按现场实际情况布置，以减少图纸与实际不符的情况。

9.根据权利要求1所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤6所述设计光伏支架需要考虑：因地势高低不平导致同一组光伏支架立管长度不一样；以及因施工误差引起的螺栓与螺栓孔连接困难或连接不上，所述光伏支架包括U型檩条或插管式立柱。

10.根据权利要求9所述的一种坡面光伏电站改造设计方法，其特征在于所述步骤6所述设计支架基础包括：钢筋混凝土条形基础；微孔灌柱桩基础；预制钢筋混凝土桩；岩石植筋锚杆基础；以及螺旋钢桩基础，设计采用何种基础是根据项目的岩土、地形、坡度、地下水、腐蚀性等条件选择。