本文探讨了【le】一种连续的南北坡混凝土屋【wū】面上光伏方阵【zhèn】的【de】优化设计。在【zài】本文中，通过光伏阵【zhèn】列的间距【jù】设计、光伏组件倾角的设计、影响光伏方【fāng】阵发电量的输出【chū】几【jǐ】项因素等几个方【fāng】面，对比了【le】原【yuán】有【yǒu】的【de】光伏组件平【píng】铺在【zài】屋面上的方【fāng】案、前后阵列【liè】不遮挡方案和【hé】以【yǐ】发电量【liàng】最大为目标确定的优【yōu】化方案三种方案之间的差异【yì】。通过对这一典型设计的案例分析，有助于优化这种场【chǎng】景类型【xíng】光伏电站的系统设计方案。
1前言
具有南坡北坡的彩钢瓦屋顶、人字形屋顶等在分布式光伏电站项目中非常常【cháng】见;连跨【kuà】南北坡屋面在工商【shāng】业屋顶的分布式光伏电站中【zhōng】也较【jiào】为常见的，特【tè】别是多跨彩钢瓦建【jiàn】筑。多跨彩钢瓦【wǎ】屋面，根据建筑朝向，可【kě】以是连续的南北坡或者连续的东西坡【pō】，在这样的坡面上，光【guāng】伏组件通常都是平铺在【zài】彩钢瓦上【shàng】面。但对【duì】于【yú】混凝土屋顶，如果也选择平【píng】铺，虽然提【tí】供了光伏组【zǔ】件的安装容量，但浪费【fèi】了【le】混凝土的荷载能【néng】力以及单瓦【wǎ】组件没有【yǒu】最【zuì】大【dà】效【xiào】益的输出电【diàn】能。
本文针对某项目案例的连栋南北坡屋面的设计做案例分析。
2南北坡屋面光伏阵列间距计算
光伏方阵的阵【zhèn】列间距【jù】，是光【guāng】伏系统设计中非常重【chóng】要的一个环节。在下文中，首先介绍一下坡面【miàn】屋顶【dǐng】的光伏阵【zhèn】列【liè】间【jiān】距设计方法和【hé】简单的验算方法【fǎ】。
1)太阳位置
太阳的位置在【zài】地平【píng】坐标【biāo】系中，太阳的位置可以【yǐ】由太阳高【gāo】度角、方位角【jiǎo】表示，计【jì】算【suàn】方法如下：
图1 北京市太阳轨迹图
冬至日真【zhēn】太阳时09:00(或15:00)时太阳高度【dù】角和方位角是计【jì】算光【guāng】伏【fú】阵【zhèn】列间【jiān】距的基【jī】础数据。冬【dōng】至日【rì】太阳在北【běi】回归线，δ为-23.45°，09:00时的ω为-45°(下午为正)，此时的【de】太阳高度角和太【tài】阳方位角可有下式表【biǎo】示：
类型一：当建筑坐北朝南，屋脊为正【zhèng】东西走向，建筑【zhù】的【de】方位【wèi】角为0°。屋顶【dǐng】的坡面由【yóu】屋脊向南、向北【běi】均匀降低，且东【dōng】西向为同一等高线，常见于坐北朝南【nán】的民用建【jiàn】筑【zhù】或厂房的屋【wū】面。
图2 某建筑屋顶电站侧视示意图
建筑屋面坡度【dù】系数i为屋面最低与最高点的高度差【chà】(相对于水平【píng】面【miàn】)与最低点、最【zuì】高点之【zhī】间水平距离之比。建【jiàn】设在屋面上的光伏阵列，前排【pái】阵列【liè】后【hòu】端与后排阵列【liè】前端的【de】高度【dù】差【chà】应为
因为只需要【yào】考虑方【fāng】阵直流端输出的发电【diàn】量效果，各种PR相关因【yīn】素选择默【mò】认【rèn】，因此简化【huà】建模。将建完的模型进行模拟，模【mó】拟的组件倾角分别选用10°-21°分组模拟，在结果中查找发电量结【jié】果如下。
表2 不同倾角下的PVsyst模拟结果
从【cóng】表中，可以【yǐ】看到随着倾角的角度，倾斜【xié】面【miàn】接收到的辐射【shè】量逐渐增【zēng】加;倾斜面接收到的有效辐射【shè】量GlobEff也随着GlobInc的增加逐渐增加，但光伏【fú】方阵输出直流发电【diàn】量并【bìng】没有随着倾【qīng】斜面接收【shōu】到的有效辐【fú】射量一直增【zēng】加，而是【shì】增加到顶峰【fēng】后减少。这是因为，光伏方阵倾斜【xié】面【miàn】接收到【dào】的有效【xiào】辐【fú】射量，受到IAM因子、近阴影遮【zhē】挡影响，近阴影遮挡损【sǔn】失【shī】起主【zhǔ】要作用，当光伏倾角越大的时候，阴【yīn】影遮挡影响也【yě】越来【lái】越【yuè】严重【chóng】，阴影损失越【yuè】大，当角度大于临界角度(表中17度为GlobEff拐点)以【yǐ】后，阴影损失将会超过倾角增大【dà】带来的辐射量【liàng】增【zēng】益;另一方面，光【guāng】伏【fú】方阵输出直流【liú】发电量又与光伏组串输【shū】出的I-V曲线受阴影遮挡【dǎng】的【de】影响有关，当阴影遮挡程度增加时(表中13度为EArray)，阴影产生的电【diàn】气损失将迅速增加【jiā】。将光伏【fú】组件的倾角继【jì】续增大，阴影遮挡【dǎng】对GlobEff的【de】影响【xiǎng】和阴影【yǐng】遮挡对发【fā】电电气【qì】损【sǔn】失就【jiù】会体现出【chū】来，因此模拟角度从10度【dù】到21度。
图12 不同倾角下接收到的辐射量与直流端发电量
查【chá】找模【mó】拟报告中【zhōng】最后的全年损失项图表，选取建模和模拟中差异【yì】化的各项【xiàng】损失【shī】数据，整【zhěng】理如下图所示，定义【yì】各项损失因素【sù】对光伏方阵发电量输【shū】出的影【yǐng】响过程为综合影响系数，用于评估【gū】在光伏组件倾角【jiǎo】变化【huà】的条件下各个因素对光【guāng】伏方阵【zhèn】输出发【fā】电量的综合【hé】影响能【néng】力，系数η=(1+η1)*(1+η2)*(1+η3)*(1+η4)。通过【guò】综合影响系数的【de】定义和计算，可以看【kàn】出当光伏【fú】组件倾角为13度时，综【zōng】合影响系数【shù】最大【dà】，此时光伏方阵输【shū】出发电量最多，与模【mó】拟发【fā】电量【liàng】最大时最优倾角的结果【guǒ】一致。由【yóu】于【yú】在同一个屋顶上，选【xuǎn】用【yòng】不同的倾角设【shè】计时，
表3 不同倾角下的综合影响系数
通过以上分析，可以得出结【jié】论，当光【guāng】伏【fú】阵列【liè】的倾【qīng】角为11°时，前后光伏【fú】阵列【liè】互不遮挡，满足阵列【liè】间距【jù】计算的要求;但设置不同光伏阵列倾角进【jìn】行发电量评估时，光伏阵列的倾角为13°时【shí】，光【guāng】伏方阵输出【chū】的发电量最多，这是由于光伏方阵【zhèn】倾斜面辐射【shè】量增益【yì】、近【jìn】阴影【yǐng】损失、IAM因子损失、阴影遮挡【dǎng】导致电气【qì】不匹配损失【shī】等多项【xiàng】因素【sù】共同作用的【de】结果。因此【cǐ】，建议在【zài】该屋顶条件下【xià】的光【guāng】伏方阵的倾角选择13度设计，这里的阵列间距设置参【cān】照【zhào】了11度倾角前后排光伏阵列无【wú】遮挡时的间【jiān】距设计。
上【shàng】文提到了当建筑方位角不朝向正南，偏东或偏西，即屋面的【de】屋脊并【bìng】不是正【zhèng】东西方向，有一定的方位【wèi】角，这种情【qíng】景下的【de】光伏阵列间距【jù】的算法需要修正该类型下的阴影间距系数【shù】。如本文案【àn】例【lì】中建【jiàn】筑朝【cháo】向非正南，则【zé】光伏方阵的设【shè】计和优化过程【chéng】也是一致【zhì】的【de】，在PVsyst建模过程【chéng】中，需【xū】要旋转模【mó】型的【de】方位角，模拟难度要【yào】大一些。
对于以上该屋顶的几种不同的【de】设计方案，光【guāng】伏【fú】组件平铺、11°倾【qīng】角、13°倾【qīng】角【jiǎo】安装【zhuāng】，每种方【fāng】案对应的光伏【fú】系统效【xiào】率也不一样，略有差别，其中13°倾角时【shí】因为【wéi】前后遮挡的原因对应的PR效率低于【yú】其他方案。
本文【wén】不再【zài】详细【xì】讨论PR计算【suàn】过程和差异，仅【jǐn】提【tí】供估算的发电量差异【yì】作【zuò】为不同【tóng】方案技术经济【jì】性的对比参考。以原设计方案光伏组件平铺为基准，后两【liǎng】种方【fāng】案该屋面上的【de】光伏【fú】组件发【fā】电量分别【bié】增加【jiā】：11°倾角首【shǒu】年增发4.9万【wàn】度，25年增发111.15万度;13°倾角首年增发4.9万度，25年增【zēng】发117.52万度。施工【gōng】成【chéng】本【běn】方面，主要【yào】是光伏支架用钢量差别【bié】，又集【jí】中体现在北坡【pō】上支架后立柱增加长度造成的用钢【gāng】量【liàng】较多，该【gāi】部分成本占光伏支架成本【běn】的【de】约【yuē】5%左右，可见设计方案的优化，经济效益【yì】是非常【cháng】明【míng】显的。
当我们在理【lǐ】论上推导、计算、模拟等完成这【zhè】些工作【zuò】对比以后，还需要补充的一【yī】点内容【róng】是，精细【xì】化的设计方【fāng】案需要精细【xì】化的【de】施工配【pèi】合、后【hòu】期运维的【de】延续，落【luò】到实处，才是真正【zhèng】的【de】实现了价值和性能的提高。
5总结
类似于本案【àn】例【lì】中的连续南【nán】北坡屋顶，是一种非常典型的【de】屋顶型式。连续南北坡【pō】屋顶上的光伏组件安装倾角、光伏【fú】阵列【liè】间距设【shè】计，也是一种非常典型【xíng】的方案设计。本【běn】文为优化设计该【gāi】类型【xíng】屋顶【dǐng】上【shàng】的光伏电站提供了【le】设计方法、解决【jué】方案，具有很好【hǎo】的【de】工程指导意义。
在设计过程中【zhōng】，既要考虑增加光伏【fú】组件的【de】倾角提高光伏【fú】阵列倾斜【xié】面上接收【shōu】到的辐射量【liàng】，又【yòu】要考【kǎo】虑【lǜ】阴影遮挡情况分析，辐射量增加和【hé】阴影遮挡等【děng】各项损失对发电【diàn】量的【de】影响【xiǎng】，作【zuò】用方向是相反的，在【zài】寻找正作用因素与负作用因素两【liǎng】者【zhě】之间的平【píng】衡点【diǎn】时，应当以光伏方阵【zhèn】输出【chū】最大【dà】发【fā】电量为目标。从分析【xī】过【guò】程可以看出，按照设计规【guī】范规定时间内无阴影遮挡【dǎng】的阵列间距计算只【zhī】是【shì】追求光伏方阵【zhèn】输出发电量最大化过程中的一【yī】个方面和一个环节【jiē】，通过PVsyst软件建模【mó】和更深入的系统分析，有【yǒu】助于【yú】针对具体案例【lì】优【yōu】化光【guāng】伏电站的系统设【shè】计，提高发电性能。
作者简【jiǎn】介：周长友，毕【bì】业于【yú】中国【guó】海洋大学，研究生学历。从事光伏行业【yè】7年，先后从【cóng】事光【guāng】伏组件【jiàn】研发、光【guāng】伏【fú】系统设计、光伏电【diàn】站性【xìng】能评估【gū】等工作，目前主【zhǔ】要从事【shì】光伏电站设计、项目【mù】管理等工作。联系方式：[email protected]。
推导出的南坡【pō】或者北坡的【de】阵列间距公式，在南坡北坡上【shàng】都可以使用，但如果【guǒ】需要南坡最上面【miàn】一排光伏阵列和北坡第一排【pái】也【yě】是最上面一排【pái】的【de】光伏【fú】阵列，或者在波谷处都【dōu】是【shì】最下面一【yī】排阵列，上【shàng】述阵列间距计算公式对【duì】于两个坡面【miàn】上【shàng】的光伏【fú】阵列不适用。此两处的光伏阵列间【jiān】距确定【dìng】是设【shè】计方案的【de】关键，因【yīn】为南坡【pō】(或北【běi】坡)的光伏阵【zhèn】列都在一【yī】个坡面上，一个坡面上的光【guāng】伏阵列间距可【kě】以计算，但南坡【pō】和北坡两者在波【bō】峰或者【zhě】波【bō】谷处的光伏阵列间距因光伏阵列处于两个不【bú】同【tóng】坡度【dù】的坡面上，因此难以计【jì】算【suàn】。
可以建立模型，根据前后阵列之间的高差关系推导计算，如下。
(1)坡顶两侧光伏阵列间距
当【dāng】前排光【guāng】伏阵列位于南坡【pō】，后【hòu】排【pái】位【wèi】于北坡【pō】时【shí】，前后排阵列被波峰(一跨建筑【zhù】的屋脊【jǐ】处)分开。将前排南坡光伏阵列【liè】的【de】下端距离南北坡【pō】波【bō】峰顶点的水平距离定义为【wéi】A，后排【pái】北坡光伏阵列【liè】的下端距离南北坡【pō】波峰顶点的水平距离定义为B，A+B之和等于中心距离D。前排光伏【fú】阵列【liè】上端和后【hòu】排光伏阵列的【de】下端【duān】之间的高差，可以分【fèn】解为两者到【dào】顶点【diǎn】的高差【chà】之和，因【yīn】此【cǐ】，可以计算为：
图3 坡顶处光伏阵列间距计算示意图
(2)波谷两侧光伏阵列间距：
当前排光【guāng】伏阵列位于南【nán】坡，后排位【wèi】于北坡时，前后排阵列被波谷【gǔ】(一跨【kuà】建筑的天沟处)分【fèn】开【kāi】。将前排北坡光伏【fú】阵列【liè】的下端【duān】距离南北坡波谷点的水平距离定义为【wéi】B，后【hòu】排北坡【pō】光【guāng】伏阵【zhèn】列【liè】的【de】下端距离南北【běi】坡波谷点的水平距离定义为A，A+B之【zhī】和【hé】等于中心距离D。前排光伏阵列上端和后排【pái】光伏阵列的下端之间【jiān】的高差，可以【yǐ】分解为两者到顶点的【de】高【gāo】差之和，因此，计【jì】算为【wéi】：
图4 屋顶坡面上组件与建筑方位角相同
3案例分析
本文的案例，是【shì】山东省【shěng】淄博市的某个工【gōng】商业屋顶分布【bù】式项目，其【qí】中有一座建筑是连续起【qǐ】伏的南北坡屋【wū】面，建筑【zhù】由连续六跨结构【gòu】组成【chéng】，屋面相对水平面的倾角【jiǎo】为【wéi】6度【dù】，坡度为10.5%。屋面【miàn】上有避雷带和天【tiān】沟，没有障碍物对【duì】光【guāng】伏组件形成遮挡影响【xiǎng】。
图5 该建筑屋面情况
图6 该建筑东侧或西侧外立面
该项目【mù】是由【yóu】山东省当【dāng】地的【de】某设计院设计【jì】，对于该建筑屋顶【dǐng】的光【guāng】伏系【xì】统设计中，光【guāng】伏系统设计师对【duì】光伏组件的【de】布置采用【yòng】了和彩钢【gāng】瓦【wǎ】一样平铺的设计，这样在南坡上的光伏组件组件的【de】朝向南方(组【zǔ】件倾角【jiǎo】6°，方位角【jiǎo】0度)，在【zài】北坡上的光伏组【zǔ】件【jiàn】朝向正北(组件倾角6°，方位角180度)。平铺方案，通过PVsyst软件查【chá】询得知，光【guāng】伏组件表面接收到【dào】的辐射【shè】量。
1)北坡光伏【fú】组【zǔ】件接收【shōu】到的辐【fú】射量1297.6kWh/m²，相对于水平【píng】面总辐射量1356.2kWh/m²减少4.3%。
2)南坡光伏组【zǔ】件接收到【dào】的辐【fú】射量【liàng】1409.5kWh/m²，相【xiàng】对水平面辐【fú】射量增加3.9%。
南北坡的光伏【fú】组件分别接入不同的40kW的组串式逆变器，逆变器【qì】逆变后输出的交【jiāo】流电经过【guò】五进一出的交流【liú】汇流箱汇流【liú】后，输出至1000kVA的箱式变压器，升压至【zhì】10kV并网。该【gāi】屋顶【dǐng】供安装265Wp多【duō】晶【jīng】硅光伏组【zǔ】件2772块，容量734.58kWp。该屋顶上的【de】光伏方阵与相邻的【de】另一栋【dòng】建筑屋【wū】面上【shàng】的光伏【fú】方阵共【gòng】同【tóng】接入一台【tái】箱变【biàn】，组成一个光伏子系统。
彩【cǎi】钢【gāng】瓦上光伏组件通【tōng】常都【dōu】是平铺【pù】设计【jì】，是由于彩钢【gāng】瓦的承【chéng】载能力【lì】比【bǐ】较小，平铺有利于提供屋面的利用率。如果组件在南北坡均采用朝南【nán】的非平铺的起一【yī】定【dìng】倾【qīng】角设计，会【huì】造成光伏支架增加重【chóng】量，加大夹具的抗【kàng】拉【lā】拔里，且【qiě】降低屋顶的【de】利用率。因此对于5%的屋【wū】面【miàn】坡度，几乎所有的彩钢瓦屋顶都【dōu】是采用组件【jiàn】平铺在屋面上安装，较少【shǎo】彩钢瓦承【chéng】载能【néng】力较大【dà】、质【zhì】量很好的屋面上采用光伏【fú】组件与屋面形成一定角度安装【zhuāng】，而且这个角度一般都在【zài】9-21度左右【yòu】，角度较小，减少风荷载。相【xiàng】对比【bǐ】彩钢瓦屋面，本项目的混凝土屋面承载【zǎi】能力较大【dà】，光伏支架采用混凝土【tǔ】预制块作为基础【chǔ】配重【chóng】，屋面【miàn】的坡度较大，在北【běi】坡上光伏组【zǔ】件平铺于屋面，对【duì】于光伏组件发电十【shí】分不【bú】利【lì】。
由于该屋顶对应的1MW光伏子系统【tǒng】容量稍小【xiǎo】，子【zǐ】系统容量不足1MW，因此【cǐ】要保证光伏组件容量不减少【shǎo】同时保【bǎo】留检修【xiū】通【tōng】道的情况下，对原有设计进行【háng】优【yōu】化。
图7 原设计方案组件平铺局部示意图
从设计院【yuàn】提供的施工图设计方【fāng】案分析，如果光伏组【zǔ】件平铺在南北坡上，竖向三排【pái】设计【jì】光伏阵列，阵列宽度为4990mm(1650*3+2*20，1650mm为组件长度，20mm为组件间的间隙【xì】)，测量建筑南坡和北坡【pō】坡面长度为7541mm，剩余空间宽度【dù】为2551mm，还可以再布置一排光【guāng】伏组件，将光【guāng】伏【fú】阵【zhèn】列设计【jì】为竖向四排【pái】或者【zhě】两个【gè】竖向双排，剩余【yú】屋【wū】面宽度为881mm。如此设计虽【suī】然可【kě】以【yǐ】提【tí】升【shēng】33%的【de】容量，该屋顶的光【guāng】伏组件安装容量达到979.44kWp。但由【yóu】于【yú】南【nán】坡和【hé】北坡结合处的天沟存在，运维中【zhōng】检【jiǎn】修、清洗光伏组件【jiàn】等操作在【zài】屋【wū】面上行走不方便，而【ér】且北坡光伏组件单【dān】瓦发电量较少的情况得不到改善。
优化该类【lèi】型【xíng】屋顶的光伏组件布置设计方案，主要是不【bú】减少光伏组件容量的【de】条件下，北坡的光伏组件【jiàn】不采用组件平铺和方位角朝北【běi】设计。还应【yīng】进【jìn】一步明确一下【xià】，连续南【nán】北坡的连栋屋顶，光伏阵【zhèn】列【liè】的布【bù】置应【yīng】随南坡【pō】北坡周期循【xún】环设【shè】置，不能像【xiàng】地面【miàn】电站【zhàn】一【yī】样，可以将光伏【fú】阵【zhèn】列间距根据需要增加或者减少，不受限制。
首先，设计【jì】院提供【gòng】的【de】施【shī】工【gōng】图设计，光伏【fú】组件竖向三排作为一个光伏【fú】阵【zhèn】列，在光伏支架的安装、光伏【fú】组串的接线、光伏电缆布线、日【rì】后的运维等多个方面施工和清洗组件带来不方便，因此【cǐ】需要改【gǎi】变光【guāng】伏阵【zhèn】列【liè】的设计，可以将光伏阵列改为【wéi】竖向双排设计，光伏阵列的宽度将【jiāng】有【yǒu】4990mm减少【shǎo】到3320mm。
如果南坡和北坡的光伏组件都采用【yòng】屋面倾【qīng】角【jiǎo】的【de】6度角【jiǎo】设计，那么【me】只需要将北坡改【gǎi】为组件6度倾角，南坡不变。将6度【dù】角设计【jì】绘【huì】制在图纸上，南坡两排竖向【xiàng】双排的光伏【fú】支架【jià】单元，北坡一排竖向双排的光【guāng】伏【fú】支架【jià】单元，以及进行阵列间距计算，南坡的光【guāng】伏组件属于平铺，对北坡不【bú】产【chǎn】生阴影遮挡【dǎng】，对坡【pō】光伏【fú】阵列对后面【miàn】的南坡光伏组件也不产【chǎn】生阴影遮挡，光伏【fú】阵列间【jiān】距【jù】的冗余量较多。进一步优化【huà】光伏【fú】阵列的【de】倾角，达到提高光伏【fú】阵列倾斜面接收到的辐射量最大，同时前【qián】排光【guāng】伏阵列对【duì】后排光【guāng】伏阵列【liè】不形成遮挡，寻求这一平衡的【de】阵【zhèn】列最【zuì】优倾角和【hé】最优间距。
我们以不同【tóng】的光伏组件安装【zhuāng】倾角(如15°、13°、10°等不同倾角)布置光伏阵列【liè】，并【bìng】进一步检验【yàn】光【guāng】伏阵列间距是否【fǒu】合适。
根据前文的描述，我们已经知道，南坡竖向双排光伏阵列的前【qián】后阵【zhèn】列【liè】间距可以通过公【gōng】式计算，波峰处或者波谷【gǔ】处，光伏【fú】阵列间距【jù】的确定是设计【jì】的【de】关键，设计方法可以【yǐ】通过上文提出的公式【shì】计算，或者直【zhí】接通过高差核【hé】算是否合适【shì】。可以直接在CAD图【tú】纸中看【kàn】两【liǎng】者的剖面【miàn】图【tú】，相对高差H和相对水平【píng】距离d(前排阵列上端到【dào】后排阵列【liè】的下端)。当两个间【jiān】距都满足阴影长度计算值d’(南北方向阴影系数【shù】2.564倍相对【duì】高差【chà】，d’=2.564*H)≤相对水【shuǐ】平距离d即可。为了【le】方便描【miáo】述，定义南坡【pō】前后两【liǎng】排阵列【liè】间距为【wéi】d1，南坡第【dì】二【èr】排阵【zhèn】列和北坡阵列波峰处阵【zhèn】列【liè】间距为d2，北【běi】坡【pō】阵列和南坡第一排阵列波谷处的阵列间【jiān】距为【wéi】d3。通过【guò】剖面图【tú】测量相【xiàng】对高【gāo】差和相【xiàng】对水平间距，以及判断d>d’是否满足【zú】。
本【běn】文经【jīng】过不同【tóng】倾角【jiǎo】设计，发现当【dāng】光伏组件倾角>12°时，不能满足前后阵列冬至日真【zhēn】太阳【yáng】时9:9-21:00阴影【yǐng】不遮【zhē】挡要【yào】求。经过【guò】测量和【hé】对【duì】比可以得到结论，当以光伏【fú】阵【zhèn】列11度倾角布【bù】置，以11度倾角设计光伏阵列间距，能满足【zú】冬至日【rì】真太阳时9:9-21:00阴影不遮挡要【yào】求。间距【jù】的计算方法在前【qián】文已经非【fēi】常详细的【de】进行了描述和推导，此【cǐ】处不再重【chóng】复。
表1光伏阵列间距验算
图8 光伏组件11度时阵列间距示意图
通过上述【shù】几步【bù】对【duì】光【guāng】伏阵列倾角不同的设计值以及通过CAD将【jiāng】光伏阵列在屋顶剖【pōu】面图【tú】测【cè】量、计【jì】算理论阴影值、对比是否满足阴【yīn】影【yǐng】不遮挡要求，数据【jù】证实以11度倾角设计可以满足要求。那么，是否【fǒu】以11度倾【qīng】角设计该【gāi】屋顶的【de】光伏电【diàn】站为最【zuì】佳【jiā】方案?
4PVsyst软件建模优化分析
接下来，我们通【tōng】过PVsyst软件【jiàn】建模分【fèn】析，建模【mó】依据上图【tú】11度倾【qīng】角确定模【mó】型内的【de】光伏【fú】阵【zhèn】列间距。光伏系统容量按照两跨【kuà】建筑的光伏组件布【bù】置容量150kW设【shè】计，采用280Wp光伏组件，每22块【kuài】串联为【wéi】一串，8串并联【lián】接入一【yī】台50kW的华为组【zǔ】串式逆变器，共配置组件528块，逆变【biàn】器3台【tái】。
1)在PVsyst内建立双【shuāng】坡【pō】面的【de】建筑(House + 2-sided roof)，建筑宽【kuān】度设置15米，长度设【shè】置50米【mǐ】，高【gāo】度5米，屋顶【dǐng】角度6度【dù】，屋檐展开宽度0米【mǐ】。将建筑方【fāng】向设置为东西方向，即修改方位角为90度【dù】，即完成单跨简直的设计。模【mó】型中【zhōng】复【fù】制、粘贴建立三个单跨【kuà】建筑。
图9 单跨建筑建模
2)光伏阵列设计
光伏阵列均【jun1】采用竖向双排，以11度倾角安装【zhuāng】2X44块光伏组件【jiàn】，阵列长宽可通【tōng】过by modules布【bù】置为3.34mX44.5m。南坡光伏阵列为前后两排【pái】，相对位置可以在软件【jiàn】中一次【cì】性设置【zhì】。如建【jiàn】模空间内设置PV table as sheds，设置两排阵列(Number of sheds设置为2)，组件倾角【jiǎo】11度，横向倾斜度为6度【dù】(补充释义【yì】：transverse slope 横向坡度/斜率，软【ruǎn】件内定义为南北向的坡度，设置【zhì】为【wéi】6度;注意另一【yī】项baseline slope为基【jī】线坡度/斜【xié】率，软【ruǎn】件定义为东【dōng】西方【fāng】向的坡【pō】度，这里的坡度均是【shì】用坡面和水平【píng】面之间的角度表示)，阵列间【jiān】距Pitch3.86米。设【shè】置北坡的光伏【fú】阵【zhèn】列，阵【zhèn】列排数【shù】为【wéi】1(Number of sheds设置为1)，组件倾【qīng】角【jiǎo】11度。
图10 光伏阵列建模
3)光伏阵列在屋顶上布置
将【jiāng】前两步设计完成的光【guāng】伏阵【zhèn】列单体【tǐ】和建【jiàn】筑单跨的【de】单体组合【hé】在一起，并根据【jù】南北坡【pō】上光伏阵列的位置调整模型中的光伏【fú】阵列【liè】位置。如果所【suǒ】示，第二跨【kuà】建筑的【de】南【nán】坡【pō】起点位于Y轴上;北坡阵【zhèn】列的【de】Y、Z位置，根据图纸【zhǐ】测量确定Y轴距离南【nán】坡前【qián】端7.96米，高【gāo】度包含建筑高度5米【mǐ】和图纸【zhǐ】测量组件高出【chū】波谷最低点0.74米，以及组件高出屋【wū】面10cm，计算为5.84米。其他类同【tóng】。这儿建模设计【jì】了三跨建筑，第【dì】一跨建筑【zhù】的南【nán】坡没有利用，是【shì】考虑到连栋建【jiàn】筑多跨中南坡组件不受前面遮【zhē】挡的【de】阵列实际上只有【yǒu】最南面的一个坡面【miàn】，建模选【xuǎn】择多跨建筑中间的一段，有利于模拟【nǐ】结果的【de】更准确【què】性。
图11 光伏方阵完整模型
本【běn】文【wén】探讨了【le】一种连续【xù】的南北坡混凝【níng】土【tǔ】屋面上【shàng】光伏方【fāng】阵【zhèn】的优【yōu】化【huà】设计。在本文中，通过光伏【fú】阵列的间【jiān】距【jù】设计、光伏组件倾角的设【shè】计、影响光伏【fú】方阵发电量【liàng】的输出几项因【yīn】素等几个方面，对【duì】比了原有的光伏组件平铺在屋面上的方案、前后阵列不遮挡方案【àn】和以发电量最大为目标确定的优化【huà】方案【àn】三种方案之间的差【chà】异。通过【guò】对这一典型设计的案例【lì】分【fèn】析，有助于优化这种场景类型光【guāng】伏电站的【de】系统设【shè】计方【fāng】案。
FR：索比光伏网 周长友
