多種屋面坡度的光伏系統(tǒng)方陣間距計(jì)算方法

分布式光伏電站主要是屋頂光伏電站，建筑屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)、平面存在多樣化，基本可以分為混凝土屋面和彩鋼瓦屋面，陶瓷瓦屋面，很少的一部分其他類(lèi)型屋面。由于建筑環(huán)境的復(fù)雜化和屋面的多樣化，在屋頂上建設(shè)光伏電站，方陣的設(shè)計(jì)考慮因素較多，本文針對(duì)部分屋面環(huán)境、方陣類(lèi)型總結(jié)設(shè)計(jì)方法。

建筑物上的光伏電站由于建筑的多樣性，光伏電站的設(shè)計(jì)也存在多樣化設(shè)計(jì)。與建筑結(jié)合的光伏電站不僅要考慮光伏本身的發(fā)電特性，也要考慮電站建設(shè)后建筑的美觀性。針對(duì)屋頂上的光伏電站，BAPV，前后排陣列間距設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)屋面的方位角、坡度情況進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

1）太陽(yáng)位置

太陽(yáng)的位置在地平坐標(biāo)系中，通常由太陽(yáng)高度角、方位角表示，如圖1北京市的太陽(yáng)軌跡圖由太陽(yáng)高度角、方位角、日期確定。計(jì)算方法如下

為太陽(yáng)高度角；為太陽(yáng)方位角，為當(dāng)?shù)鼐暥龋沪臑樘?yáng)赤緯角；為時(shí)角。

冬至日真太陽(yáng)時(shí)900或1500時(shí)（本文時(shí)間均指當(dāng)?shù)卣嫣?yáng)時(shí)）太陽(yáng)高度角和方位角是計(jì)算光伏陣列間距的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。冬至日太陽(yáng)在南回歸線，δ為－23．45°，0900時(shí)的ω為－45°（下午為正），此時(shí)的太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角可有下式表示

2）混凝土平整屋面光伏陣列間距設(shè)計(jì)

《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出平整場(chǎng)地光伏陣列不被遮擋的陣列中心間距計(jì)算公式

式中為陣列斜面長(zhǎng)度，為組件傾角，為項(xiàng)目所在地緯度。光伏陣列中心間距為陣列斜面投影與間距之和，，陣列間距示意圖如圖2。

間距可用陰影系數(shù)表示，

3）平鋪屋面光伏陣列間距

當(dāng)彩鋼瓦屋面、陶瓷瓦屋面的光伏組件采用沿屋面自然坡度平鋪的安裝方式，前后排組件不存在陰影遮擋，因此無(wú)需考慮陰影遮擋問(wèn)題，可適當(dāng)設(shè)置500－600mm寬的檢修通道方便維護(hù)。

4）南北坡屋面光伏陣列間距

類(lèi)型一當(dāng)建筑坐北朝南，屋脊為正東西走向，建筑的方位角為0°。屋頂?shù)钠旅嬗晌菁瓜蚰?、向北均勻降低，且東西向?yàn)橥坏雀呔€，常見(jiàn)于坐北朝南的民用建筑或廠房的屋面。

建筑屋面坡度系數(shù)i為屋面最低與最高點(diǎn)的高度差（相對(duì)于水平面）與最低點(diǎn)、最高點(diǎn)之間水平距離之比。建設(shè)在屋面上的光伏陣列，前排陣列后端與后排陣列前端的高度差應(yīng)為

代入陣列間距計(jì)算公式

，整理得

當(dāng)建筑屋面為南坡時(shí)，為負(fù)；當(dāng)為建筑屋面北坡時(shí)，為正。

由上圖可看出，位于北坡的光伏組件若與南坡組件同一傾角，則光伏陣列的間距將根據(jù)坡度計(jì)算增大很多才可以避免規(guī)定時(shí)間內(nèi)陰影遮擋。

類(lèi)型二建筑方位角不朝向正南，偏東或偏西，即屋面的屋脊并不是正東西方向，有一定的方位角。對(duì)于此類(lèi)建筑，光伏陣列間距如下計(jì)算

光伏陣列間距的計(jì)算，應(yīng)結(jié)合建筑方位角（即建筑南墻面法線與正南方向形成的建筑方位角，偏東為負(fù)值，偏西為正值）和當(dāng)?shù)?900／1500的太陽(yáng)方位角（若建筑方位為南偏東，用900的太陽(yáng)方位角計(jì)算，偏西則用1500太陽(yáng)方位角計(jì)算），則組件朝向相對(duì)于太陽(yáng)位置的實(shí)際方位角應(yīng)做如下修正

結(jié)合建筑方位角的日照間距系數(shù)

然后再結(jié)合含有屋面坡度的公式計(jì)算陣列間距D

作者周長(zhǎng)友