【干貨】電線桿類(lèi)桿狀障礙物對(duì)光伏電站的陰影影響分析

本文分析了電線桿類(lèi)常見(jiàn)的桿狀障礙物陰影對(duì)光伏發(fā)電站的陰影影響，并通過(guò)實(shí)際案例中的發(fā)電量損失對(duì)PVsyst模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，得出適合優(yōu)化光伏方陣在桿狀陰影區(qū)的布置區(qū)域，建議根據(jù)項(xiàng)目情況在春秋分陰影區(qū)外設(shè)計(jì)光伏方陣。本文提出了對(duì)于屋面光伏電站在桿狀陰影下的光伏組串優(yōu)化方法，經(jīng)過(guò)分析能有效提高部分發(fā)電量。桿狀陰影下的熱斑問(wèn)題以及是否對(duì)光伏組件產(chǎn)生破壞，是本文關(guān)注的另一個(gè)問(wèn)題，暫未發(fā)現(xiàn)被遮擋組件的外觀異常。

在現(xiàn)實(shí)生活中，人們對(duì)電力和通信的強(qiáng)烈的需求和依賴，造成電力線路、通信線路的縱橫交錯(cuò)、無(wú)處不在，光伏電站項(xiàng)目選址常常遇到高壓、低壓、通信等桿塔線路穿過(guò)光伏電站場(chǎng)區(qū)。在光伏電站施工中，常需要避開(kāi)桿塔的陰影區(qū)，或者將桿塔線路改造，遷移出光伏區(qū)。

架空電纜的線徑是非常細(xì)的，在光伏組件表面形成的是線狀陰影，但相對(duì)而言還有一些桿狀的障礙物，直徑較粗，而且高度很高，例如變電站的避雷針，旗桿，高度較高的路燈和電線桿，煙筒等。這類(lèi)障礙物高度很高，在冬至日真太陽(yáng)時(shí)900－1500之間，形成的扇形陰影面積很大。按照《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中，該時(shí)間段對(duì)組件不遮擋的要求，將會(huì)產(chǎn)生很大面積的避讓場(chǎng)地，這樣的場(chǎng)地對(duì)于用地緊張的光伏電站項(xiàng)目而言實(shí)屬浪費(fèi)。本文通過(guò)PVsyst軟件建模分析并通過(guò)實(shí)際案例針發(fā)電量對(duì)比，探討桿狀陰影對(duì)光伏電站的發(fā)電影響，以及該情況下的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1、桿狀障礙物扇形陰影區(qū)計(jì)算

太陽(yáng)的位置在地平坐標(biāo)系中，通常有太陽(yáng)高度角、方位角表示，太陽(yáng)高度角是指太陽(yáng)光線和地平面間的夾角，太陽(yáng)方位角定義為太陽(yáng)光線在地平面上的投影和正南方向的夾角。

計(jì)算方法如下

太陽(yáng)時(shí)角，正午（真太陽(yáng)時(shí)12點(diǎn)）為0，上午的時(shí)角為負(fù)值，下午的時(shí)角為正值，＝15°X（時(shí)間－12）。

太陽(yáng)光線與地球赤道平面的夾角稱(chēng)為赤緯角，也是太陽(yáng)和地球之間的連線與赤道平面的夾角。赤緯角與觀察地點(diǎn)無(wú)關(guān)，僅與一年中的哪一天有關(guān)，以n為一年中的日期序號(hào)，赤緯角按照Cooper方程計(jì)算

通過(guò)計(jì)算太陽(yáng)的高度角和太陽(yáng)的方位角，即可確認(rèn)太陽(yáng)的位置，形成每天的太陽(yáng)軌跡圖，如下午所示。

圖1 聊城市太陽(yáng)軌跡圖

由太陽(yáng)的方位角、高度角和建筑物高度可以確定影子的長(zhǎng)度和方位，L＝H／tanα。根據(jù)下面要介紹和分析的案例，針對(duì)聊城市某項(xiàng)目附近40米高度的通信桿，通過(guò)太陽(yáng)的軌跡計(jì)算通信桿的陰影，計(jì)算時(shí)間點(diǎn)為冬至日、夏至日、春秋分真太陽(yáng)時(shí)900－1500之間的陰影變化，通過(guò)軟件繪制，如下圖所示

2、桿狀物體在光伏電站中的案例實(shí)拍

讓我們看看，光伏電站中的電線桿和通信桿等桿狀物體問(wèn)題案例，下文照片均為實(shí)際場(chǎng)景。

圖2，圖3 中的電線桿是同一個(gè)項(xiàng)目的光伏電站，好像設(shè)計(jì)人員完全無(wú)視它們的存在，在設(shè)計(jì)中沒(méi)有做任何陰影避讓?zhuān)瑫r(shí)部分光伏組件在高壓線下布置，施工人員照?qǐng)D施工，運(yùn)行中的電站場(chǎng)景即照片所示。該情況的發(fā)生，不應(yīng)是地形圖中測(cè)繪圖紙錯(cuò)誤（即測(cè)繪圖中沒(méi)有標(biāo)注電線桿這類(lèi)錯(cuò)誤），可能是因?yàn)轫?xiàng)目容量較大但征地面積不足的原因?qū)е略O(shè)計(jì)充分利用每一畝土地。