经常在网上看到关于光伏组件竖排、横排布置在光伏支架单元上的文章，两者对比的文章，往往会论述几个观点：1、占地面积；2、支架单元用钢量；3、安装便利性；4、发电量的差异。最近的一篇文章《光伏组件横排竖排争议多，绝知此事要躬行》对以上几个方面以及运维便利性差异等多个方面给出了观点，其中占地面积给出的结论是“组件横排竖排占地几乎分歧（应该是“几乎没有分别”）”。备注：占地面积不是指光伏组件在地面上的投影面积，是指在大场地光伏方阵中的平均面积，包含阵列之间的间隙面积等。
笔者以往设计过程中，也曾对比过光伏组件竖排、横排之间的占地差异、用钢量差异，在考虑早晚阴影遮挡时，横排组件在发电输出方面的较竖排组件有优势，某些工程采用了光伏组件的横向四排。但本文以光伏组件竖排、横排的占地面积差异性做一个详细分析，以飨读者。
1、通用的组件竖排、横排布置方式解释
光伏组件采用的规格尺寸60片电池片是1650mm＊990mm＊40mm（不同厂家略有差异），72片电池片是1960mm＊990mm＊40mm（不同厂家略有差异）。光伏组件的竖排，就是组件的长边上下方向放置排列，组件倾斜后，长边是南北方向。光伏组件的横排是长边在东西方向。通常光伏电站中，光伏组件采用竖向双排布置、横向三排或四排布置，近年来农光互补大棚、车棚光伏电站中，也有其他竖向、横向多排布置的形式。
2、组件竖排、横排布置方式占地面积差异
我们通常说，光伏组件竖排、横排布置方式造成的光伏电站占地面积差别不大，但也有工程师认为，光伏组件的横排布置会占用更大的场地。但是不同布置方式，造成的面积差别不大是差在了哪里？为什么又有一些工程师认为横排布置会占用较多的场地？接下来，我们通过严谨的分析，来解释这两个问题。
（1）单块组件的竖放、横放
按照《光伏发电站设计规范》，光伏阵列前后排在当地真太阳时9：00到15：00点不遮挡。如果我们在光伏电站中选取一块光伏组件，这块光伏组件占用的前后排面积是投影面积＋阵列之间的净间距面积。
图4 光伏组件布置侧视图
假设光伏组件的长为a，宽b，组件安装倾角为θ，项目所在地的南北向阴影系数为R，根据光伏阵列前后间距计算公式，，公式中的为阵列上下端的宽度。
对于一块组件的占地面积，就应该是：
组件竖放：
组件竖放：
因此，我们可以看到，上面各个参数均是已知的，而且表达公式是一样的，对于单块组件的占地面积是一样的。
（2）光伏阵列中组件的竖排、横排
本文以宁夏自治区中卫市某光伏电站项目为例，光伏组件竖向双排和横向四排不同布置方式做计算对比。
采用260Wp的光伏组件，以35°倾角安装在支架单元上，不同布置方式阵列尺寸、面积、前后间距计算如下：
图6 光伏组件横排4×11布置
表1 单个阵列不同布置方式占地面积对比
通过上表，我们可以看到，横向四排的布置方式因为间隙增多，阵列的面积最大，虽然仅有0．063㎡，看似几乎没有差别。由于横向四排的布置方式的阵列宽度增加，响应的理论计算的中心间距也增加，差值为1．621m，通过计算，单个支架单元的阵列占地面积差值为0．1504㎡，差别也不大。如果在有限的区域内，建设几十千瓦或者几百千瓦，光伏方阵的总占地面积应不会有较大的差异。
（3）光伏组件竖排、横排1MW对比
本文以宁夏自治区中卫市某光伏电站项目为例，在上面计算的数据基础上，以理论计算的中心间距布置1MW的方正的、光伏逆变器和箱变位于方阵中心的模块化子方阵，以道路为对称，东西相邻支架单元的检修通道统一设置为1m。1MW的子方阵中，由95套支架单元组成，一套支架单元上安装2个光伏组串，共有190串。每22块260Wp组件串联为一个组串，共计4180块组件1086．8KW。
图7 光伏组件竖排2×22 布置1MW子方阵
图8 光伏组件横排2×44布置1MW子方阵
表2 1MW方阵不同布置方式占地面积对比
从上表数字上看，好像是横向四排占地面积多了很多，实际上，可以将其分解为三部分：95个阵列面积增加的产生的占地面积差异约14㎡、方阵南北宽度增加（虽然相邻阵列东西向间距宽度和数量是一样的，但是横向四排布置1MW子方阵南北宽度增加会增加占地面积S＝7＊19．46＝136．22㎡）、方阵中道路长度差异（横向四排布置1MW子方阵宽度增加，也造成道路较长，相应的面积也增加）。因此1MW方阵横向四排比竖向双排布置方式理论上要增加288．176平方米。
假设，逆变器和箱变放在子方阵的边缘，不放在中间，子方阵也不考虑道路，则表2调整为表3，1MW子方阵不考虑道路影响，面积如表3。
表3 不考虑道路1MW方阵不同布置方式占地面积对比
但由于实际工程设计时，阵列之间的间距不会以理论计算的临界值设计，往往会增加0．5米的冗余量（具体冗余量根据项目和光伏工程师设计确定），以适应地形变化和工程施工误差。调整表2如下：
表4 考虑间距余量后1MW方阵不同布置方式占地面积对比
光伏阵列间距增加0．5米冗余后，由于组件竖向布置时，1MW方阵的东西长度较长，因此增加的面积较大，再进行比较，1MW方阵横向四排比竖向双排布置方式理论上要增加103．376平方米。
通过以上多个表格，如果光伏系统设计工程师和光伏从业者就认为大型光伏电站中，光伏组件横向四排的布置一定会比竖向双排的布置占地面积多很多，那就错了，那么我们分析一下对于一个具体项目，占地面积会有什么差异呢？
（4）对于某个项目不同布置方式的占地面积对比
光伏组件竖排、横排1MW对比，是模块化布置很理想的状态对比，及实际项目边界范围自由的，不受限制。但实际上一个项目的场地边界是固定的，也无法采用或全部采用模块化布置。假设某项目规则的矩形场地范围，东西长度一定，南北宽度一定、道路长度确定，现以20MW的布置为例分析。
案例，在一个规则的长方形中，设计光伏组件总容量约21．736MW，支架单元数1900套，每个支架单元安装44块260Wp光伏组件。场地东西长约600米，南北宽约660米。方阵总平面图布置方式，竖向双排均采用1．086MW模块化设计，而横向四排的布置方式，大部分采用模块化设计，剩余场地采用非模块化设计。总平图主要设计3条竖向道路和一条横向道路，一圈环场道路，路网设计完全一致。
（a）组件竖向双排子方阵划分 （b）组件横向四排子方阵划分
图9 一块规则区域不同布置方式子方阵差异
经过总平图设计对比，光伏组件竖向安装和横向安装占地面积对比如下：
表5某项目22MW方阵不同布置方式占地面积对比
表5的数据统计，光伏区占地面积的差异，主要是因为横向四排阵列列数较多，检修通道所增加的面积引起。图9中的总图布置，按照光伏阵列间距为理论间距设置，假设按照工程通常涉及的冗余量增加0．5米的间距设计，根据图9中的布置图，经估算，竖向双排大概增加21196．8㎡，横向四排大概增加17793㎡，这是因为横向四排阵列行数少。那么，按照通常设计的阵列间距，竖向双排比横向四排的布置增加550㎡的占地面积。由此我们可以得出，如果场地南北方向是狭长型的，通常设计的阵列间距冗余量，因竖向双排布置方式阵列行数较多，会使光伏组件竖向双排的布置占地面积大于组件横向四排布置；而如果场地东西方向狭长，由于横向四排布置方式南北检修通道较多，面积会大于竖向双排布置方式。以上对比，竖向双排均是2X22设计，而如果改为2X11设计，则同等布置情况下，竖向双排2X11的设计中检修通道数量会比横向四排数量多，占地面积多的将是竖向双排2X11的阵列形式。
3、总结
本文通过单块组件竖向和横向布置方式、单个阵列中组件竖向和横向布置方式、1MW模块化子方阵布置方式以及某个项目总平图设计，多个方面对比，可得出，虽然理论间距设计的情况下，光伏组件横向布置会占用更多的土地，但对于一个项目，在通常阵列间距有冗余量的设计下，有可能光伏组件竖向双排布置的支架单元（阵列）占用的场地面积更多。
通过以上对比，光伏组件竖向、横向布置，相对整个项目用地面积而言，占地面积的差异基本可以忽略不计。
作者：周长友
