CN109684593B - 山地光伏项目阵列间距计算方法及系统 - Google Patents

山地光伏项目阵列间距计算方法及系统 Download PDF

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CN109684593B CN201811374801.9A CN201811374801A CN109684593B CN 109684593 B CN109684593 B CN 109684593B CN 201811374801 A CN201811374801 A CN 201811374801A CN 109684593 B CN109684593 B CN 109684593B
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Abstract

本发明公开了一种山地光伏项目阵列间距计算方法，包括构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角；计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量；基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距。同时也公开了相应的系统。本发明考虑了太阳方位角方向的坡度分量对光伏阵列影响，相较于传统的方法，更能精确的计算出不同坡向、坡度的情况下的光伏阵列间距，并且通过本发明得到了不同坡度情况下，光伏阵列间距随坡向变化的规律，能为今后的山地光伏项目前期选址及设计阶段经济性优化比选提供一种切实有效帮助。

Description

山地光伏项目阵列间距计算方法及系统
技术领域
本发明涉及一种山地光伏项目阵列间距计算方法及系统，属于光伏发电领域。
背景技术
随着国家对光伏行业去补贴政策的持续推进，光伏上网电价逐渐降低，如何进一步降低光伏建设成本以推进光伏行业的发展是目前急需解决的问题。我国山地丘陵地带较多，由于地势起伏较大，多数不适宜农业种植，土地利用价值相对较低，目前多以荒废的状态存在。若将此部分土地用于光伏建设，一方面可以降低光伏建设土地使用成本，另一方面可以提高山地丘陵地段的的利用价值。
山地具有地形复杂多变的特点，显著的特征表现为坡度、坡向。由于坡度、坡向的影响，《光伏发电站设计规范》中的平地光伏阵列间距计算原理难以适用于山地光伏项目的阵列间距计算，现有相关文献对这方面的研究仅对东、南、西、北等特定坡向下不同坡度的光伏阵列间距计算方式进行研究，或者仅对、方向的坡度分量进行研究，忽略了太阳方位角方向的坡度分量对光伏阵列间距的影响，建立的数学模型难以适用山地光伏项目不同坡向、坡度的情况下的光伏阵列间距计算。
发明内容
本发明提供了一种山地光伏项目阵列间距计算方法及系统，解决了传统方法忽略了太阳方位角方向的坡度分量对光伏阵列间距的影响，建立的数学模型难以适用的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
山地光伏项目阵列间距计算方法，包括，
构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角；
计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量；
基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距。
坡度分量的计算公式为，
当
Figure BDA0001870399760000021
时，
Figure BDA0001870399760000022
Figure BDA0001870399760000023
Figure BDA0001870399760000024
当
Figure BDA0001870399760000025
时，
Figure BDA0001870399760000026
Figure BDA0001870399760000027
/>
Figure BDA0001870399760000028
当
Figure BDA0001870399760000029
时，
Figure BDA00018703997600000210
Figure BDA00018703997600000211
Figure BDA00018703997600000212
其中，θ为太阳方位角，
Figure BDA00018703997600000213
为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。
光伏阵列间距的计算公式为，
当
Figure BDA0001870399760000031
时，
D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ
当
Figure BDA0001870399760000032
时，
Figure BDA0001870399760000033
当
Figure BDA0001870399760000034
时，
Figure BDA0001870399760000035
其中，D为光伏阵列间距，θ为太阳方位角，
Figure BDA0001870399760000036
为坡向，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，H′为光伏阵列竖直高度，β为光伏阵列倾斜角，L为光伏阵列倾斜面长度，α为太阳高度角。
山地光伏项目阵列间距计算系统，包括，
方位图构建模块：构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角；
坡度分量计算模块：计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量；
高度和间距计算模块：基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距。
坡度分量计算模块计算坡度分量的公式为，
当
Figure BDA0001870399760000037
时，
Figure BDA0001870399760000038
Figure BDA0001870399760000039
Figure BDA00018703997600000310
当
Figure BDA0001870399760000041
时，
Figure BDA0001870399760000042
/>
Figure BDA0001870399760000043
Figure BDA0001870399760000044
当
Figure BDA0001870399760000045
时，
Figure BDA0001870399760000046
Figure BDA0001870399760000047
Figure BDA0001870399760000048
其中，θ为太阳方位角，
Figure BDA0001870399760000049
为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。
高度和间距计算模块计算光伏阵列间距的公式为，
当
Figure BDA00018703997600000410
时，
D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ
当
Figure BDA00018703997600000411
时，
Figure BDA00018703997600000412
当
Figure BDA00018703997600000413
时，
Figure BDA00018703997600000414
其中，D为光伏阵列间距，θ为太阳方位角，
Figure BDA00018703997600000415
为坡向，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，H′为光伏阵列竖直高度，β为光伏阵列倾斜角，L为光伏阵列倾斜面长度，α为太阳高度角。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行山地光伏项目阵列间距计算方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行山地光伏项目阵列间距计算方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明考虑了太阳方位角方向的坡度分量对光伏阵列影响，相较于传统的方法，更能精确的计算出不同坡向、坡度的情况下的光伏阵列间距，并且通过本发明得到了不同坡度情况下，光伏阵列间距随坡向变化的规律，能为今后的山地光伏项目前期选址及设计阶段经济性优化比选提供一种切实有效帮助。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为第一种情况的方位图；
图3为第一种情况光伏阵列左视图；
图4为第一种情况光伏阵列后视图；
图5为第二种情况的方位图；
图6为第二种情况光伏阵列左视图；
图7为第二种情况光伏阵列后视图；
图8为第三种情况的方位图；
图9为第三种情况光伏阵列左视图；
图10为第三种情况光伏阵列后视图；
图11为光伏阵列间距随坡向变化的走势图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，山地光伏项目阵列间距计算方法，包括以下步骤：
步骤1，构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角。
按照《光伏发电站设计规范》GB50797-2012要求，光伏阵列各排各列的布置应保证全年9:00-15:00(当地真太阳时)时段内前、后、左、右互不遮挡，即冬至日当天9:00-15:00时段内前、后、左、右互不遮挡，只需保证冬至日当天9:00-15:00时段内光伏阵列不遮挡，即可保证全年内光伏阵列间互不遮挡。
步骤2，计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量。
坡度分量的计算公式如下：
当
Figure BDA0001870399760000061
时，
Figure BDA0001870399760000062
Figure BDA0001870399760000063
Figure BDA0001870399760000064
当
Figure BDA0001870399760000065
时，
Figure BDA0001870399760000066
Figure BDA0001870399760000067
Figure BDA0001870399760000068
当
Figure BDA0001870399760000069
时，
Figure BDA0001870399760000071
Figure BDA0001870399760000072
Figure BDA0001870399760000073
/>
其中，θ为太阳方位角，
Figure BDA0001870399760000074
为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。
步骤3，基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距。
光伏阵列竖直高度的计算公式如下：
当
Figure BDA0001870399760000075
时，
H′＝(Lsinβ-Lcosβtanλ″)/cosλ″′
当
Figure BDA0001870399760000076
时，
H′＝(Lsinβ-Lcosβtanλ″)/cosλ″′
当
Figure BDA0001870399760000077
时，
H′＝(Lsinβ+Lcosβtanλ″)/cosλ″′
其中，H′为光伏阵列竖直高度，L为光伏阵列倾斜面长度，β为光伏阵列倾斜角。
光伏阵列间距的计算公式如下：
当
Figure BDA0001870399760000078
时，
D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ
当
Figure BDA0001870399760000079
时，
Figure BDA00018703997600000710
当
Figure BDA00018703997600000711
时，
Figure BDA0001870399760000081
其中，D为光伏阵列间距，α为太阳高度角。
为了进一步说明上述方法，以坡向为偏东坡为例，随坡面布置的光伏阵列为研究对象，根据日照规律，此时在全年真太阳时9:00-15:00时间段内影子最长的时间为冬至日15:00的时候。
根据坡向可分以下几种情况：
第一种：
Figure BDA0001870399760000082
构建的方位图如图2所示，方位图以E方向为横坐标(横坐标正半轴表示方向为E，正半轴表示方向为W)，以N方向为纵坐标(纵坐标正半轴表示方向为N，正半轴表示方向为S)，从图中可以看出λ′＜0，表面在θ方向上表现为偏南坡，λ″＜0、λ″′＞0表面坡向为东南坡，此时光伏阵列左视、后视图如图3、4所示。
根据图中标出的几何关系可得：
Figure BDA0001870399760000083
Figure BDA0001870399760000084
Figure BDA0001870399760000085
/>
Figure BDA0001870399760000086
Figure BDA0001870399760000087
Figure BDA0001870399760000088
第二种：
Figure BDA0001870399760000089
构建的方位图如图5所示，从图中可以看出λ′＞0，表面在θ方向上表现为偏北坡，λ″＜0、λ″′＞0表面坡向为东南坡，此时光伏阵列左视、后视图如图6、7所示。
根据图中标出的几何关系可得：
Figure BDA0001870399760000091
Figure BDA0001870399760000092
Figure BDA0001870399760000093
Figure BDA0001870399760000094
Figure BDA0001870399760000095
Figure BDA0001870399760000096
第三种：
Figure BDA0001870399760000097
构建的方位图如图8所示，从图中可以看出λ′＞0，表面在θ方向上表现为偏北坡，λ″＞0、λ″′＞0表面坡向为东北坡，此时光伏阵列左视、后视图如图9、10所示。
根据图中标出的几何关系可得：
Figure BDA0001870399760000098
Figure BDA0001870399760000099
Figure BDA00018703997600000910
Figure BDA00018703997600000911
/>
Figure BDA0001870399760000101
Figure BDA0001870399760000102
假设某地区20MW山地光伏电站项目，光伏场区占地面积较大，场内地形较为复杂，地势起伏不定，具体信息见表1。
表1项目基本信息
Figure BDA0001870399760000103
根据光伏阵列间距数学模型计算得到该地不同坡度、坡向的阵列间距，计算结果见表2，并由计算结果得到不同坡度条件下，光伏阵列间距随坡向变化的走势，如图11所示。
表2不同坡度、坡向情况下的光伏阵列间距(mm)
Figure BDA0001870399760000104
/>
Figure BDA0001870399760000111
从表2中可以看出，利用本文的光伏阵列间距计算模型可以快速得到不同坡度、不同坡向条件下的阵列间距，这有利于全方位了解山地光伏项目区域内不同地形的光伏阵列间距，便于更精准地评估不同朝向地块的可利用性。
上述方法考虑了太阳方位角方向的坡度分量对光伏阵列影响，相较于传统的方法，更能精确的计算出不同坡向、坡度的情况下的光伏阵列间距，并且通过本发明得到了不同坡度情况下，光伏阵列间距随坡向变化的规律，能为今后的山地光伏项目前期选址及设计阶段经济性优化比选提供一种切实有效帮助。
山地光伏项目阵列间距计算系统，包括：
方位图构建模块：构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角。
坡度分量计算模块：计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量。
坡度分量计算模块计算坡度分量的公式为：
当
Figure BDA0001870399760000121
时，
Figure BDA0001870399760000122
Figure BDA0001870399760000123
Figure BDA0001870399760000124
当
Figure BDA0001870399760000125
时，
Figure BDA0001870399760000126
Figure BDA0001870399760000127
Figure BDA0001870399760000128
当
Figure BDA0001870399760000129
时，
Figure BDA00018703997600001210
Figure BDA00018703997600001211
Figure BDA00018703997600001212
其中，θ为太阳方位角，
Figure BDA0001870399760000131
为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。
高度和间距计算模块：基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距。
高度和间距计算模块计算光伏阵列间距的公式为：
当
Figure BDA0001870399760000132
时，
D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ
当
Figure BDA0001870399760000133
时，
Figure BDA0001870399760000134
当
Figure BDA0001870399760000135
时，
Figure BDA0001870399760000136
其中，D为光伏阵列间距，θ为太阳方位角，
Figure BDA0001870399760000137
为坡向，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，H′为光伏阵列竖直高度，β为光伏阵列倾斜角，L为光伏阵列倾斜面长度，α为太阳高度角。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行山地光伏项目阵列间距计算方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行山地光伏项目阵列间距计算方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.山地光伏项目阵列间距计算方法，其特征在于：包括，
构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角；
计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量；
基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距；其中，光伏阵列间距的计算公式为，
当
Figure FDA0004163311190000011
时，
D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ
当
Figure FDA0004163311190000012
时，
Figure FDA0004163311190000013
当
Figure FDA0004163311190000014
时，
Figure FDA0004163311190000015
其中，D为光伏阵列间距，θ为太阳方位角，
Figure FDA0004163311190000016
为坡向，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，H′为光伏阵列竖直高度，β为光伏阵列倾斜角，L为光伏阵列倾斜面长度，α为太阳高度角。
2.根据权利要求1所述的山地光伏项目阵列间距计算方法，其特征在于：坡度分量的计算公式为，
当
Figure FDA0004163311190000017
时，
Figure FDA0004163311190000018
Figure FDA0004163311190000019
Figure FDA0004163311190000021
当
Figure FDA0004163311190000022
时，
Figure FDA0004163311190000023
Figure FDA0004163311190000024
Figure FDA0004163311190000025
当
Figure FDA0004163311190000026
时，
Figure FDA0004163311190000027
Figure FDA0004163311190000028
Figure FDA0004163311190000029
其中，θ为太阳方位角，
Figure FDA00041633111900000210
为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。/>
3.山地光伏项目阵列间距计算系统，其特征在于：包括，
方位图构建模块：构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角；
坡度分量计算模块：计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量；
高度和间距计算模块：基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距；
其中，高度和间距计算模块计算光伏阵列间距的公式为，
当
Figure FDA00041633111900000211
时，
D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ
当
Figure FDA0004163311190000031
时，
Figure FDA0004163311190000032
当
Figure FDA0004163311190000033
时，
Figure FDA0004163311190000034
其中，D为光伏阵列间距，θ为太阳方位角，
Figure FDA0004163311190000035
为坡向，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，H′为光伏阵列竖直高度，β为光伏阵列倾斜角，L为光伏阵列倾斜面长度，α为太阳高度角。
4.根据权利要求3所述的山地光伏项目阵列间距计算系统，其特征在于：坡度分量计算模块计算坡度分量的公式为，
当
Figure FDA0004163311190000036
时，
Figure FDA0004163311190000037
Figure FDA0004163311190000038
Figure FDA0004163311190000039
当
Figure FDA00041633111900000310
时，
Figure FDA00041633111900000311
Figure FDA00041633111900000312
Figure FDA00041633111900000313
当
Figure FDA00041633111900000314
时，
Figure FDA00041633111900000315
Figure FDA00041633111900000316
Figure FDA00041633111900000317
其中，θ为太阳方位角，
Figure FDA0004163311190000041
为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。
5.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至2所述的方法中的任一方法。
6.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至2所述的方法中的任一方法的指令。
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