基于arcgis和坡向值的光伏電站陣列間距的計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏電站陣列間距計算，特別涉及基于坡向值的光伏電站陣列間距計 算方法。
【背景技術】
[0002] 目前，山地光伏電站陣列間距計算以實測地形圖為基礎，將地形圖手動劃分為東 坡、西坡、南坡、北坡四個區(qū)域，東西南北四個區(qū)域根據不同的公式來計算光伏陣列的間距。
[0003] 平坦地形光伏電站間距計算是研究最早，同時也最為成熟的技術，光伏電站設計 規(guī)范中平坦地形光伏電站陣列間距的計算公式為：：
[0005] 式中：L為陣列傾斜面長度；D為兩排陣列之間距離；β為陣列傾角；τ為當地煒 度；
[0006] 隨著山地光伏電站的大力開發(fā)，越來越多的專家投入到坡面光伏陣列間距計算的 研究，多集中在南坡光伏電站的陣列間距計算，在上述計算公式中加入"坡度"。極少數文 章研究了北坡或東西坡光伏電站的陣列間距計算。例如：
[0007] 張朝輝等，提出南北坡光伏電站陣列間距，其中，
[0008] D = Lcos β +d
[0009] d = rcosrs
[0010] r = Htan (90° - as)
[0011] H = Lsin β+Dtan θ
[0012] D為兩排陣列之間距離，即前后兩排陣列的最小間距，就是前后兩排陣列在水平 面投影的最小南北間距；d為前后兩排陣列的最小凈間距，即前后兩排陣列在水平面投影 的最小南北凈間距；L為為陣列傾斜面長度，即陣列在縱向的長度；β為陣列傾角，即光伏 陣列斜面與水平面之間的夾角；r為前排陣列的影子在后排陣列最低點所在平面投影的長 度；rs為太陽方位角，即太陽光線在地平面上投影和地平面上正南方向線之間的夾角，它 表示太陽光線的水平投影偏離正南方向的角度，取正南方向為起始點（即0° )，向西（順 時針方向）為正，向東為負；H為前排陣列最高點與后排陣列最低點的高度差；a s為太陽 高度角，即太陽光線與其在地平面上投影線之間的夾角，它表示太陽高出水平面的角度；Θ 為坡面傾角，即坡面與水平面之間的夾角。
[0013] 又例如：周長友等提出北坡光伏電站陣列間距計算公式為：
[0014] D = (I sin Θ +il cos Θ )R/(I - iR)
[0015] 斜北坡平整場地的光伏電站陣列間距計算公式為：
[0016] D=(l sin9+il cos9)cos(0_0〇)/tan a/[l_i cos(0-00)/tan α ]式 中，D為陣列間距，I為光伏組件傾斜面長度，Θ為組件傾角，i為坡度，α為太陽高度角， β為太陽方位角，β〇為建筑物方位角。
[0017] 這些計算方法均停留在對于某一種坡向的陣列間距計算，如：正南、正北、正東、正 西等，且不同坡向的計算公式均不相同。本發(fā)明通過引入"坡向值"的概念，推導出適用于 各種坡向光伏陣列間距計算的公式，具有通用性；同時，光伏電站區(qū)域劃分多采用手動，效 率低下且劃分區(qū)域存在諸多不合理之處。使用arcgis軟件按照坡度和坡向對光伏電站場 址進行區(qū)域劃分，可以定量的輸入坡度和坡向范圍，將場址劃分為多個區(qū)域，區(qū)域劃分精確 且效率很高。
【發(fā)明內容】
[0018] 本發(fā)明所要解決的技術問題，就是提供一種基于arcgis和坡向值的光伏電站建 筑間距的計算方法以實現快速準確的計算出光伏電站之間的合理間距的效果。
[0019] 本發(fā)明解決所述技術問題，采用的技術方案是，基于arcgis和坡向值的光伏電站 陣列間距的計算方法，包括以下步驟：
[0020] 步驟1、系統(tǒng)通過arcgis對光伏電站待建場址地形圖進行區(qū)域劃分；
[0021] 步驟2、系統(tǒng)獲取每個區(qū)域坡度與水平面之間的夾角，計為坡度值α ;獲取坡度所 在位置與正南方位之間的順時針夾角，計為坡向值γ ;計算每個區(qū)域的太陽高度角Θ及太 陽方位角S ;
[0022] 步驟3、系統(tǒng)確定陣列在縱向的長度，計為陣列高度L，光伏陣列斜面與水平面之 間的夾角計為陣列傾角β ;
[0023] 步驟4、系統(tǒng)根據上述參數計算光伏陣列間距D，計算公式如下：
[0025] 步驟5、系統(tǒng)根據每個區(qū)域的光伏陣列間距D，獲得每個區(qū)域中待建光伏電站之間 的間距。
[0026] 具體的，所述步驟1中，系統(tǒng)根據坡向值按照每30度一個扇區(qū)，將地形圖劃分為12 個區(qū)域。
[0027] 具體的，所述步驟2中，系統(tǒng)獲取每個區(qū)域里坡度與水平面之間的最大夾角α_ 及最小夾角α_，則坡度值
；系統(tǒng)獲取坡度所在位置與所在方位之間的最大 夾角Υ_及最小夾角Y _，則坡向值
[0028] 具體的，所述步驟2中，若坡向為正南或正北方向，即γ =0°或180°時，則9:00 與15:00的太陽高度角Θ及太陽方位角δ是一樣的，計算9:00或15:00的太陽高度角Θ 及太陽方位角δ均可；
[0029] 若0° <γ〈180°，則應計算冬至日15:00的太陽高度角Θ及太陽方位角δ ;
[0030] 若180° <γ〈60°，則應計算冬至日9:00的太陽高度角Θ及太陽方位角δ。
[0031] 具體的，所述步驟4中，還包括以下步驟：
[0032] 步驟41、系統(tǒng)根據陣列高度L及陣列傾角β，計算出坡面法線在水平面上的投影 ae，所述ae = LcosP ;根據高差h、太陽高度角Θ、坡向值γ及太陽方位角δ計算出太陽 射線在水平面上的投影ce，所述ce = hcot Θ C0s ( δ - γ );
[0033] 步驟42、系統(tǒng)根據坡面法線在水平面上的投影ae及太陽射線在水平面上的投影 ce計算出光伏陣列間距D，計算公式如下：
[0034] D = ae+ce = Lcos β +hcot Θ cos ( δ - γ );
[0035] 步驟43、系統(tǒng)根據光伏陣列間距D、陣列高度L、陣列傾角β及坡度值α計算后排 光伏陣列與前排光伏陣列之間的高差h，計算公式如下：
[0036] h = Lsin β-Dtan α ;
[0037] 步驟 44、將公式 h = Lsin β -Dtan α 帶入公式 D = ae+ce = Lcos β +hcot Θ cos ( δ - γ)，則有公式：
[0039] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過光伏電站陣列劃分和坡向計算有效提取并合理 簡化了山地光伏電站的工況，引入坡向值的概念，將光伏電站陣列間距的計算成為一種各 種坡向下的通用技術；同時，使用arcgis軟件按照坡度和坡向對光伏電站場址進行區(qū)域劃 分，可以定量的輸入坡度和坡向范圍，將場址劃分為多個區(qū)域，區(qū)域劃分精確且效率很高。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明基于arcgis和坡向值的光伏電站陣列間距的計算方法實施例中光 伏陣列布置示意圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明基于arcgis和坡向值的光伏電站陣列間距的計算方法實施例中太 陽射線、光伏陣列及坡面法線在水平面上的投影及其位置關系圖；
[0042] 圖3為圖2的前視圖。
[0043] 以下結合實施例的【具體實施方式】，對本發(fā)明的上述內容再作進一步的詳細說明。 但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述技術思 想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發(fā) 明的范圍內。
【具體實施方式】
[0044] 下面結合附圖及實施例詳細描述本發(fā)明的技術方案：
[0045] 本發(fā)明針對現有技術中所有的研究均停留在對于某一種坡向的陣列間距計算 的問題，提供一種基于arcgis和坡向值的光伏電站建筑間距的計算方法，首先系統(tǒng)通過 arcgis對光伏電站待建場址地形圖進行區(qū)域劃分；其次，系統(tǒng)獲取每個區(qū)域坡度與水平面 之間的夾角，計為坡度值α ;獲取坡度所在位置與正南方位之間的順時針夾角，計為坡向 值γ ;計算每個區(qū)域的太陽高度角Θ及太陽方位角δ ;然后，系統(tǒng)確定陣列在縱向的長 度，計為陣列高度L，光伏陣列斜面與水平面之間的夾角計為陣列傾角β ;再然后，系統(tǒng)根 據上述參數計算光伏陣列間距D，計算公式如下：
最后， 系統(tǒng)根據每個區(qū)域的光伏陣列間距D，獲得每個區(qū)域中待建光伏電站之間的間距。本發(fā)明通 過光伏電站陣列劃分和坡向計算有效提取并合理簡化了山地光伏電站的工況，引入坡向值 的概念，將光伏電站陣列間距的計算成為一種各種坡向下的通用技術。同時使用arcgis軟 件按照坡度和坡向對光伏電站場址進行區(qū)域劃分，可以定量的輸入坡度和坡向范圍，將場 址劃分為多個區(qū)域，區(qū)