随着光伏电站电价不断降低，如何提高电站投资回报率成为各电站开发商关注的问题，电站精细化设计也逐渐提上日程。本文我们围绕着大家关心的，探讨组件横向竖向排布问题。
一、什么是组件横排、竖排？
顾名思义，组件横排是指组件安装到支架上时，长边与东西方向平行，组件竖排是指组件安装到支架上时，短边与东西方向平行。直观如图1、图2。
二、组件横排比竖排对占地和支架用量多？
1横排竖排占地面积比较
组件横排竖排占地一样多。我们先来说占地问题，有人说组件横排比竖排占地多，我们来研究一下，组件占地是在一定倾角的条件前排组件不遮挡后排（通常按冬至日真太阳时9：00-15：00前排不遮挡后排）。那么只要组件容量一定，倾角一定，组件横排与竖排占地一样多，利用简单的平行四边形就可计算得出。所谓的组件横排之后支架变高，阵列间距加大，只是中间视觉过程，实际占地几乎一样。
我们以30°倾角，3.0的影子倍率，40块尺寸为1650*992的组件，组件与组件间隔0.01米为例，实际计算占地面积。组件横排为南北方向横排4块，东西方向10块；组件竖排为南北方向竖向2块，东西方向20块。
图3 组件4×10 横排占地
由图3可计算，组件横排占地156.925平米；由图4可计算，组件竖排2×20占地156.875平米；由图5可计算，组件竖排2×10竖排2个阵列占地面积为157.580平米。
组件横排竖排占地几乎一致。
2横排竖排支架用钢量
支架用钢量理论上一样。支架是将组件固定在上面，并支撑组件自重、抗风雪载荷等的结构。在同一地区风雪载荷固定，组件倾角一致的条件下，被用支架来支撑的组件数量一定前提下，支架用钢量是一样的。在实际设计中，组件横排4排组件需要5根梁，可能横排用钢量稍多一点，但其南北方向檩条用量会少，经部分设计院专家优化，实际应用中组件横排与竖排用钢量几乎一致。
3横排竖排安装难度
横排安装难度稍大。组件横排后，支架高度通常会比竖排稍高，且在南北方向需要装4排组件，难度稍大。但随着近些年光伏业的发展，组件安装队经验越来越丰富，并制作了各种组件安装辅助机构，可适应各种支架高度和形式，支架安装难度并不是阻碍组件横排普及的制约因素。
组件安装造价约占光伏电站总投资的1‰，即使横排比竖排安装造价提高10%，也仅会增加造价的万分之一，相比于发电量的增量，至少相差一个数量级。
4横排竖排隐性收益
1）阵列间距加大，运营方便
上面我们讲到横排支架增高，安装难度稍增，现在它的优势体现出来了。在纬度较小或支架倾角小的地区，我们会发现阵列间距较小，组件清洗时，稍大一点的车辆很难通过。另外，在光伏与农业等其他形式结合的电站，阵列间距小，农业作业或其他作业时非常不方便。
在相同影子倍率条件下，支架越高，阵列间距越大，横排时支架稍高，阵列间距也相应增大，间距即可应用。
2）光伏专用缆用量减小
另外，组件横排4排可安装2个组串，光伏专用缆U型串线后，直流侧更集中，如图6所示，每个组串的电缆利用组件自带正负极线即可完成，1×4mm2电缆用量会减小，线损也会相应降低。而组件竖排时，如图7所示，需要另接两根电缆到汇流箱，线缆用量增大，线损也加大。
注：竖排为什么不接2串？为保证组件正负极在同一侧，通常采用2排组件U型串线，只接1串。否则，每个组串都会多用一个阵列长度的光伏专用电缆，增大初始投资和运行线损。
三、组件横排比竖排发电量高？
1理论
说到组件排布理论基础，首先是由组件构成决定的。我们先来看看组件的组合原理，如图8所示，以通常的60片电池片组件为例，由60片电池片串联而成，每20片加装1个旁路二极管，且电池片串联方向基本是东西方向U型回路。
组件电路结构的特点决定了组件抗遮挡能力的不同。因为遮挡以靠近地面居多，我们以靠近地面的2排电池片被遮挡为例，说明遮挡对发电性能的影响。 图9遮挡一块组件最下边两排电池片，横向排布时，最下边的旁路二极管导通，上边2排电池片继续有功率输出。
图10遮挡一块组件最下边两排电池片，竖向排布时，组件中的每一路均有电池片被遮挡，电路断路，3排电池片均无功率输出。
图10 组件竖向遮挡图
因为太阳每天都是从地平线升起，地平线落下，那么在支架不可能布臵的无限远的情况下，至少在太阳起落时，组件遮挡是存在的，这也从理论上证明了组件横排抗遮挡能力更强。
2实验
笔者于2010年1月25日在内蒙古呼和浩特市5MWp电站搭建实验台，测试S-145D、S-165D、S-165DA、S-180C共4种组件横向竖向遮挡对输出电性能的影响，验证理论与实践差异，见表1、表2。
表1 S-145D与S-165D组件遮挡实测值
由表1可看出，组件在横向遮挡50%时，S-145D与S-165D组件的功率损失分别为26.46%和14.18%；而相同组件在竖向遮挡50%时，功率损失分别为97.60%和99.23%。
表2 S-165DA与S-180C组件遮挡实测值
表3 S-280D组件遮挡实测值
由表3可看出，S-280D组件在横向遮挡50%时，功率损失分别为21.03%和18.37%；而相同组件在竖向遮挡50%时，功率损失分别为99.62%和99.67%，组件电流几乎为零。
由此可见组件横向排布时，抗遮挡能力更强。
3实践
从2010年开始，在笔者所在公司建设的超过200MWp电站均采用组件横向排布，在实践中也实实在在享受到了组件横排抗遮挡能力强带来的收益。
四、横排竖排应用浅析
1什么情况用横排，什么情况用竖排
1）西北平坦地面电站
在相对平坦的地面电站，在太阳升起和落下的一段时间内，都会发生前排组件平行遮挡后排的情况，折合散射、反射等因素后，我们按早晚横排比竖排少遮挡10分钟估算。考虑到太阳升起和落山时，辐照度下降，按输出功率是最大输出功率的15%计算。对于一座年利用小时数1500小时的电站，横排比竖排发电量多1.2%。
注：不同纬度、不同辐照条件下，发电量增益不同，但对于遮挡不可避免的条件下，组件横排抗遮挡能力强于竖排。
2）山地、坡地光伏电站
现在光伏电站与农业、林业结合增多，不可避免的在山地、坡地等不平坦的地形建设，那么复杂地形组件排布如何选择呢？
对于利用山地南坡和北坡建设的电站，与平地类似，横排优于竖排。
对于利用利用部分东坡和西坡建设的电站，太阳早上升起时，东坡首先照到太阳，西坡有遮挡，随着太阳逐渐升高并向南移动，西坡逐渐照到太阳，东坡有遮挡，可以看出遮挡仍大致与组件长边平行。太阳在南北回归线之间移动，加之我国大部分建光伏电站的地区在北回归线以北，所以定性的角度讲，在山地、坡地等不规则地区，组件横排抗遮挡能力大于竖排。
3）分布式屋顶 周边有遮挡时
对于安装于房顶的分布式光伏电站，如果是空旷无遮挡且有倾角安装时，与地面电站相同。对于有电线杆或天线等竖向遮挡，且无法避开时，如果是遮挡物较多可考虑竖排安装。如果是竖向遮挡只是极个别现象时，对于有倾角安装的电站，我们仍推荐横排安装。因为，横排安装不仅能提高发电量，而且一般屋顶分布式电站倾角较小，组件过道就很窄，不利于检修、清洗等，如果组件横排，可安装多块组件，支架变大，过道就变大，更便于检修（占地面积并不增大）。
2组串式、集散式逆变器多路MPPT跟踪时候（横安2串，竖安1串）
对于组串式、集散式逆变器多路MPPT的情况，组件横排也有其特有优势。因为组件横排时，通常在南北方向上布臵4排，如图6所示，这样每个支架即可设计2串，可将每个支架最上面一串接到同一MPPT中，在下面一排遮挡时，上面仍可发电，这样理论上可更有效提供发电量效率。而组件竖排时，如图7所示，通常在南北方向上布臵2排，这2排接到同一个组串中，没有横排时2个独立组串的优势。
综上，对于组串式、集散式多路MPPT逆变器的电站，组件横排优势大于竖排。
一、什么是组件横排、竖排？
顾名思义，组件横排是指组件安装到支架上时，长边与东西方向平行，组件竖排是指组件安装到支架上时，短边与东西方向平行。直观如图1、图2。
二、组件横排比竖排对占地和支架用量多？
1横排竖排占地面积比较
组件横排竖排占地一样多。我们先来说占地问题，有人说组件横排比竖排占地多，我们来研究一下，组件占地是在一定倾角的条件前排组件不遮挡后排（通常按冬至日真太阳时9：00-15：00前排不遮挡后排）。那么只要组件容量一定，倾角一定，组件横排与竖排占地一样多，利用简单的平行四边形就可计算得出。所谓的组件横排之后支架变高，阵列间距加大，只是中间视觉过程，实际占地几乎一样。
我们以30°倾角，3.0的影子倍率，40块尺寸为1650*992的组件，组件与组件间隔0.01米为例，实际计算占地面积。组件横排为南北方向横排4块，东西方向10块；组件竖排为南北方向竖向2块，东西方向20块。
图3 组件4×10 横排占地
由图3可计算，组件横排占地156.925平米；由图4可计算，组件竖排2×20占地156.875平米；由图5可计算，组件竖排2×10竖排2个阵列占地面积为157.580平米。
组件横排竖排占地几乎一致。
2横排竖排支架用钢量
支架用钢量理论上一样。支架是将组件固定在上面，并支撑组件自重、抗风雪载荷等的结构。在同一地区风雪载荷固定，组件倾角一致的条件下，被用支架来支撑的组件数量一定前提下，支架用钢量是一样的。在实际设计中，组件横排4排组件需要5根梁，可能横排用钢量稍多一点，但其南北方向檩条用量会少，经部分设计院专家优化，实际应用中组件横排与竖排用钢量几乎一致。
3横排竖排安装难度
横排安装难度稍大。组件横排后，支架高度通常会比竖排稍高，且在南北方向需要装4排组件，难度稍大。但随着近些年光伏业的发展，组件安装队经验越来越丰富，并制作了各种组件安装辅助机构，可适应各种支架高度和形式，支架安装难度并不是阻碍组件横排普及的制约因素。
组件安装造价约占光伏电站总投资的1‰，即使横排比竖排安装造价提高10%，也仅会增加造价的万分之一，相比于发电量的增量，至少相差一个数量级。
4横排竖排隐性收益
1）阵列间距加大，运营方便
上面我们讲到横排支架增高，安装难度稍增，现在它的优势体现出来了。在纬度较小或支架倾角小的地区，我们会发现阵列间距较小，组件清洗时，稍大一点的车辆很难通过。另外，在光伏与农业等其他形式结合的电站，阵列间距小，农业作业或其他作业时非常不方便。
在相同影子倍率条件下，支架越高，阵列间距越大，横排时支架稍高，阵列间距也相应增大，间距即可应用。
2）光伏专用缆用量减小
另外，组件横排4排可安装2个组串，光伏专用缆U型串线后，直流侧更集中，如图6所示，每个组串的电缆利用组件自带正负极线即可完成，1×4mm2电缆用量会减小，线损也会相应降低。而组件竖排时，如图7所示，需要另接两根电缆到汇流箱，线缆用量增大，线损也加大。
注：竖排为什么不接2串？为保证组件正负极在同一侧，通常采用2排组件U型串线，只接1串。否则，每个组串都会多用一个阵列长度的光伏专用电缆，增大初始投资和运行线损。
三、组件横排比竖排发电量高？
1理论
说到组件排布理论基础，首先是由组件构成决定的。我们先来看看组件的组合原理，如图8所示，以通常的60片电池片组件为例，由60片电池片串联而成，每20片加装1个旁路二极管，且电池片串联方向基本是东西方向U型回路。
组件电路结构的特点决定了组件抗遮挡能力的不同。因为遮挡以靠近地面居多，我们以靠近地面的2排电池片被遮挡为例，说明遮挡对发电性能的影响。 图9遮挡一块组件最下边两排电池片，横向排布时，最下边的旁路二极管导通，上边2排电池片继续有功率输出。
图10遮挡一块组件最下边两排电池片，竖向排布时，组件中的每一路均有电池片被遮挡，电路断路，3排电池片均无功率输出。
图10 组件竖向遮挡图
因为太阳每天都是从地平线升起，地平线落下，那么在支架不可能布臵的无限远的情况下，至少在太阳起落时，组件遮挡是存在的，这也从理论上证明了组件横排抗遮挡能力更强。
2实验
笔者于2010年1月25日在内蒙古呼和浩特市5MWp电站搭建实验台，测试S-145D、S-165D、S-165DA、S-180C共4种组件横向竖向遮挡对输出电性能的影响，验证理论与实践差异，见表1、表2。
表1 S-145D与S-165D组件遮挡实测值
由表1可看出，组件在横向遮挡50%时，S-145D与S-165D组件的功率损失分别为26.46%和14.18%；而相同组件在竖向遮挡50%时，功率损失分别为97.60%和99.23%。
表2 S-165DA与S-180C组件遮挡实测值
表3 S-280D组件遮挡实测值
由表3可看出，S-280D组件在横向遮挡50%时，功率损失分别为21.03%和18.37%；而相同组件在竖向遮挡50%时，功率损失分别为99.62%和99.67%，组件电流几乎为零。
由此可见组件横向排布时，抗遮挡能力更强。
3实践
从2010年开始，在笔者所在公司建设的超过200MWp电站均采用组件横向排布，在实践中也实实在在享受到了组件横排抗遮挡能力强带来的收益。
四、横排竖排应用浅析
1什么情况用横排，什么情况用竖排
1）西北平坦地面电站
在相对平坦的地面电站，在太阳升起和落下的一段时间内，都会发生前排组件平行遮挡后排的情况，折合散射、反射等因素后，我们按早晚横排比竖排少遮挡10分钟估算。考虑到太阳升起和落山时，辐照度下降，按输出功率是最大输出功率的15%计算。对于一座年利用小时数1500小时的电站，横排比竖排发电量多1.2%。
注：不同纬度、不同辐照条件下，发电量增益不同，但对于遮挡不可避免的条件下，组件横排抗遮挡能力强于竖排。
2）山地、坡地光伏电站
现在光伏电站与农业、林业结合增多，不可避免的在山地、坡地等不平坦的地形建设，那么复杂地形组件排布如何选择呢？
对于利用山地南坡和北坡建设的电站，与平地类似，横排优于竖排。
对于利用利用部分东坡和西坡建设的电站，太阳早上升起时，东坡首先照到太阳，西坡有遮挡，随着太阳逐渐升高并向南移动，西坡逐渐照到太阳，东坡有遮挡，可以看出遮挡仍大致与组件长边平行。太阳在南北回归线之间移动，加之我国大部分建光伏电站的地区在北回归线以北，所以定性的角度讲，在山地、坡地等不规则地区，组件横排抗遮挡能力大于竖排。
3）分布式屋顶 周边有遮挡时
对于安装于房顶的分布式光伏电站，如果是空旷无遮挡且有倾角安装时，与地面电站相同。对于有电线杆或天线等竖向遮挡，且无法避开时，如果是遮挡物较多可考虑竖排安装。如果是竖向遮挡只是极个别现象时，对于有倾角安装的电站，我们仍推荐横排安装。因为，横排安装不仅能提高发电量，而且一般屋顶分布式电站倾角较小，组件过道就很窄，不利于检修、清洗等，如果组件横排，可安装多块组件，支架变大，过道就变大，更便于检修（占地面积并不增大）。
2组串式、集散式逆变器多路MPPT跟踪时候（横安2串，竖安1串）
对于组串式、集散式逆变器多路MPPT的情况，组件横排也有其特有优势。因为组件横排时，通常在南北方向上布臵4排，如图6所示，这样每个支架即可设计2串，可将每个支架最上面一串接到同一MPPT中，在下面一排遮挡时，上面仍可发电，这样理论上可更有效提供发电量效率。而组件竖排时，如图7所示，通常在南北方向上布臵2排，这2排接到同一个组串中，没有横排时2个独立组串的优势。
综上，对于组串式、集散式多路MPPT逆变器的电站，组件横排优势大于竖排。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/201607/13/164231.html
