中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司 ■ 王艷國

0 引言

隨著光伏電站的數(shù)量逐年增加，光照充足、地勢平坦等建設條件較好的區(qū)域的土地資源日趨減少，而在農(nóng)牧業(yè)、湖泊、山地等建設條件次之的區(qū)域建設光伏電站，已成為建設光伏電站優(yōu)先考慮的形式，其中，尤其以地形地貌較為復雜的山地光伏電站最為突出。

1 山地光伏電站的特點

山地光伏電站是指在高低起伏變化較大的地形上建設的光伏電站。該類光伏電站所在地的整體地貌起伏不平、朝向各異、溝壑縱橫，地形呈主條狀或起伏型階臺式；局部主要為突石、斷崖或凹凸型、波浪型地形地貌，這些特點使山體等易對山地光伏電站造成陰影遮擋[1]。圖1為某山地光伏電站實景圖。

此外，山地光伏電站存在可使用土地面積不規(guī)則、較分散，且地形落差較大的特點，容易出現(xiàn)邊坡問題，致使設計和施工難度增大。此外，山地光伏電站的建設成本高、易發(fā)生雷擊、發(fā)電效率較低等也是亟待解決的問題。

圖1 某山地光伏電站實景圖

在現(xiàn)有山地土地上解決上述問題，需從光伏電站的前期規(guī)劃、設計和施工管理等方面進行優(yōu)化布局。

2 山地光伏電站的規(guī)劃

首先，利用衛(wèi)星地圖分析項目所在地的地形地貌，大致規(guī)劃出光伏電站的范圍，然后依據(jù)項目所在地國土、林業(yè)等部門的規(guī)劃和意見，確定未利用地(包括基本農(nóng)田、林地、文物、軍事、旅游、壓覆礦等)的范圍，結(jié)合待建設項目的性質(zhì)確定建設范圍，以確保所選場址符合相關政策。在確定使用范圍后，再進行實地踏勘，確定所選場地是否滿足設計要求，尤其是針對周邊的高山遮擋、局部的地表環(huán)境(如突石、凹陷大坑、局部斷崖等)及主條狀或起伏型階臺式地形；首先應剔除場址內(nèi)會影響光伏組件布置、項目施工及系統(tǒng)發(fā)電量的區(qū)域，如溝壑、高山遮擋、墳地、陡坡等；然后利用專業(yè)地形圖軟件進行分析，選取朝向較好、坡度較緩的地塊，對于坡度較大、地形復雜的地塊，可與建設單位共同評估其的可利用價值(主要涉及到施工和后期運維等情況)；最終選定場址范圍后，應計算可利用面積的裝機容量，若存在利用面積不足的情況，應及時向建設單位匯報。

對于場址面積有限、地形條件不好、不能大面積場平，但裝機容量又必須滿足要求的情況，可采取降低組件傾角、調(diào)整方位角等方法，最大程度地優(yōu)化裝機容量和發(fā)電量。

3 山地光伏電站的設計階段

在山地光伏電站的設計階段，地形圖宜選用l:1000或l:500的比例[2]。在測繪方面，若業(yè)主方委托的第三方測繪單位不了解光伏電站的布置特點，在進行測繪時，基于測繪范圍及比例的緣故，測量結(jié)果的相對精度與質(zhì)量都不會太高；并且點位范圍控制在0.5 m以外，易導致山地地形地貌不全面(含周圍山地的影響)、不清晰。如此一來，或多或少會影響光伏電站布置人員對地形的全面了解。

若設計人員采用傳統(tǒng)的二維平面設計，將無法全面反映實際的地形地貌和光伏陣列的布置，尤其是光伏場區(qū)的整體優(yōu)化設計周期長，使電站設計無法達到預期的效果，即使是設計人員現(xiàn)場設計也無法準確分析光伏組件的遮擋情況。因此，這種設計方法的效果不顯著，也是造成后期返工的原因之一。

鑒于此，在進行光伏電站布置時，設計人員應利用PVsyst軟件做陰影分析，但該軟件在山地光伏電站建模方面較為困難。于是本文提出了在進行山地光伏電站的三維技術設計時，采用山地光伏電站陰影分析軟件Helios 3D、交互式衛(wèi)星地圖(奧維互動地圖)及無人機巡航相結(jié)合的方式。具體方法為：

1)在地圖初步確定的選址范圍內(nèi)，采用無人機航拍來輔助現(xiàn)場踏勘，現(xiàn)場通過奧維互動地圖移動端輔助定位，實地查看初選范圍內(nèi)地形地貌、地表附著物、施工道路條件等，為后期設計保留影像記錄。

2)在場址范圍確定后，核實土地類別，確定最終用地紅線范圍，委托測量單位進行地形測繪，結(jié)合Helios 3D軟件快速建模進行地形分析，生成排布以便分析陰影遮擋。

3)在設計階段，可將Helios 3D軟件自動排布的光伏組件布置導入奧維互動地圖PC端，采用三維方式瀏覽排布情況，進一步優(yōu)化后，導入奧維互動地圖移動端，現(xiàn)場定位并調(diào)整光伏組件排布情況。

Helios 3D軟件與無人機工作流程如圖2所示。

圖2 Helios 3D軟件與無人機的工作流程

4)采用Helios 3D軟件進行山地光伏電站陰影分析，建立3D模型，并導入PVsyst軟件進行發(fā)電量分析；然后通過分析結(jié)果進行復核，通過調(diào)整達到預期的發(fā)電量；將Helios 3D模型通過CAD二維平面設計導入到交互式衛(wèi)星地圖進行第二次3D建模；最后利用建好的模型，采用交互式衛(wèi)星地圖和無人機巡航對山地光伏電站進行實地踏勘，對光伏場區(qū)的布置進行復核復測，二次確認。布置設計時要考慮實際的地形地貌與地形圖中的光伏場區(qū)道路規(guī)劃，實現(xiàn)光伏電站布置的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

圖3 導入交互式衛(wèi)星地圖的設計效果圖

在現(xiàn)場定位時，可將Helios 3D模型導入奧維互動地圖移動端，對現(xiàn)場人員所在位置的光伏組件進行縮放定位，如有問題可及時做出調(diào)整。

4 山地光伏電站的施工措施

在山地光伏電站的道路施工過程中，多數(shù)施工單位會依據(jù)山地的地形地貌及地勢情況修改設計圖紙中的光伏場區(qū)道路路徑，但這樣會造成光伏組件的二次調(diào)整，而且道路施工產(chǎn)生的落石會嚴重影響光伏組串的布置容量。因此，在對道路路徑進行規(guī)劃設計時，應在充分了解光伏場區(qū)的布置情況后再進行現(xiàn)場踏勘調(diào)研，力求道路規(guī)劃整體布局合理。道路施工過程中產(chǎn)生的碎石等應及時清除，若不能清除的應及時反映給設計人員，因為道路施工時產(chǎn)生的碎石會對光伏電站布置、單元劃分、線纜路徑等造成影響。

山地光伏電站會遭受雷擊，施工質(zhì)量是主要影響因素之一。所以，應加強以下施工措施：

1)光伏組件與支架之間搭接形成的電氣通道應均勻、緊密，以減少泄流通道的差異性，避免雷擊隱患存在。

2)支架各部件之間均采用螺栓連接時，要緊密均勻，使支架形成良好的等電位整體。

3)支架與接地扁鋼之間采用螺栓連接時，首先應提高支架與接地扁鋼的接觸面的可靠性[3]，增大有效接觸面積，避免接觸面存在空隙；其次應涂抹導電膏，避免形成氧化腐蝕，導致接觸點的電阻隨時間的推移而增大。

4)匯流線路處于防雷分區(qū)0B區(qū)，雖然無遭受直擊雷的可能，但所途徑的空間電磁場能量未得到衰減。為了使雷電過電壓較小，施工時應盡可能縮小光伏組串至匯流設備的連接線圍成的面積[4]。匯流線路所經(jīng)部位應設置良好的屏蔽措施。

5)對經(jīng)過光伏場區(qū)的鐵塔電力線路、桿塔通信線路、受保護的樹木等，設計方應在圖紙上標注陰影區(qū)范圍。在特殊的鐵塔電力線路范圍內(nèi)設計和施工，應取得電力部門的同意。

5 結(jié)語

對于山地光伏電站而言，在前期踏勘、測繪、設計和施工等階段，任何一個環(huán)節(jié)的失誤，都會給光伏電站造成不可挽回的后果。因此，在項目前期規(guī)劃、設計和施工階段應采取多項措施，提高電站的整體性能水平。

借助Helios 3D軟件、PVsyst軟件、衛(wèi)星地圖及無人機可提高工作效率，使設計人員更直觀地了解項目所選場址的整體陰影遮擋情況，并進行設計判斷，可取代大量手動設計工作；利用交互式衛(wèi)星地圖，可使現(xiàn)場人員在施工前對光伏場區(qū)的組件布置情況進行校驗和調(diào)整，大幅節(jié)省時間，提高工作效率和設計成品的準確性。