本文探讨了一种连续的南【nán】北坡混【hún】凝土屋面上【shàng】光伏方阵的【de】优【yōu】化设【shè】计。在本文中【zhōng】，通过光【guāng】伏阵列的间【jiān】距设计、光伏组件倾角【jiǎo】的设计、影响光【guāng】伏方阵发电量的输出几项因素等【děng】几个方面，对【duì】比了原有的【de】光伏组【zǔ】件【jiàn】平铺【pù】在屋面上的方案、前【qián】后阵列不遮【zhē】挡【dǎng】方案【àn】和以发电量最大为目标确定【dìng】的【de】优化方案三种方案之间的【de】差异。通【tōng】过对这一典型设计的案例分析，有助于优【yōu】化【huà】这种场景类型【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【xiàng】目中非常常见;连【lián】跨南北坡屋面在工商【shāng】业屋【wū】顶的分【fèn】布式光【guāng】伏【fú】电站中【zhōng】也较为常【cháng】见的，特别是多跨彩钢【gāng】瓦建筑。多跨彩钢瓦屋面，根【gēn】据建筑朝向，可【kě】以是连【lián】续的南【nán】北坡【pō】或者连【lián】续的东西【xī】坡【pō】，在这样的坡【pō】面上，光伏组件【jiàn】通常都是平铺在彩钢【gāng】瓦上面。但【dàn】对于【yú】混凝土屋顶，如果【guǒ】也选择平铺，虽然提供了光伏组【zǔ】件的安装容量，但浪费了混凝土的【de】荷载能【néng】力以【yǐ】及单瓦组件没有最【zuì】大【dà】效益的【de】输出电能。
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【de】阵列间【jiān】距，是光伏系统设计【jì】中非常【cháng】重【chóng】要的一个环节。在【zài】下文中，首【shǒu】先介绍一【yī】下坡面屋顶的光伏阵【zhèn】列间距设计方【fāng】法和简单的验算【suàn】方法。
1)太阳位置
太阳的位【wèi】置在地【dì】平坐标【biāo】系中，太阳的位置可以由太阳【yáng】高度角、方位角表【biǎo】示，计算方法【fǎ】如下：
图1 北京市太阳轨迹图
冬至日【rì】真【zhēn】太【tài】阳时09:00(或15:00)时太阳【yáng】高度角和方【fāng】位角是【shì】计算光伏阵列间距【jù】的基础【chǔ】数据。冬至日太阳【yáng】在北回【huí】归线，δ为-23.45°，09:00时的ω为【wéi】-45°(下午为正)，此时的太阳【yáng】高度角和太阳方【fāng】位角可【kě】有下式表示：
类型一：当建筑坐【zuò】北朝南，屋脊为正东【dōng】西走向【xiàng】，建筑的方位角为0°。屋顶的坡面由屋脊向南、向北均匀降低，且【qiě】东【dōng】西向为【wéi】同一等高线，常见【jiàn】于坐【zuò】北【běi】朝南【nán】的民用【yòng】建【jiàn】筑或厂房的【de】屋【wū】面。
图2 某建筑屋顶电站侧视示意图
建【jiàn】筑屋面坡度系【xì】数i为屋【wū】面最低与最【zuì】高点的高【gāo】度【dù】差(相对于水平【píng】面)与【yǔ】最低点、最高点【diǎn】之间水平距离之比。建设在屋面上的光【guāng】伏阵【zhèn】列【liè】，前排阵列【liè】后端与后排阵列前端的高度差应为【wéi】
因为只需要【yào】考虑方【fāng】阵直流【liú】端【duān】输出的发电量效果，各种PR相关因素选择【zé】默【mò】认，因此简化建模【mó】。将【jiāng】建完的模型进行模拟，模【mó】拟【nǐ】的组件倾角分别选【xuǎn】用10°-21°分组【zǔ】模拟，在结【jié】果中【zhōng】查找发电【diàn】量结果如下。
表2 不同倾角下的PVsyst模拟结果
从表中【zhōng】，可以看到【dào】随着【zhe】倾角【jiǎo】的角度，倾斜面接收到的辐射【shè】量逐渐增加;倾斜面接【jiē】收到的有效辐射量GlobEff也随着GlobInc的增【zēng】加【jiā】逐渐增加【jiā】，但光伏方【fāng】阵输出直流发电量并没有随着倾斜面接收到的有效辐射量一直【zhí】增加【jiā】，而是增【zēng】加【jiā】到顶峰后减少。这是因为，光伏【fú】方阵【zhèn】倾斜面接收到的有效辐射量，受到IAM因子、近阴【yīn】影遮挡影响，近阴影遮挡【dǎng】损失起主要作用【yòng】，当光伏倾【qīng】角越大的时【shí】候，阴影遮挡【dǎng】影【yǐng】响也【yě】越来越严【yán】重【chóng】，阴影【yǐng】损失越大，当角度大于临界【jiè】角度(表中17度为GlobEff拐点)以【yǐ】后，阴【yīn】影损失将会超【chāo】过【guò】倾角增【zēng】大带来【lái】的辐射量增【zēng】益;另一方【fāng】面【miàn】，光伏【fú】方阵输出直流发电量又与光伏【fú】组串输出【chū】的I-V曲线受阴影遮挡的【de】影响【xiǎng】有关，当阴【yīn】影遮挡程度增加时(表中13度为EArray)，阴影【yǐng】产生的电气损失将迅速增加。将光【guāng】伏组件的倾角继续【xù】增大，阴【yīn】影【yǐng】遮挡对GlobEff的影响和阴影遮挡对【duì】发电电气损失就会【huì】体现出来【lái】，因此【cǐ】模【mó】拟角度【dù】从10度到21度。
图12 不同倾角下接收到的辐射量与直流端发电量
查找模拟【nǐ】报告【gào】中【zhōng】最后的全年损失项图表，选取建模和模拟中差异化【huà】的各项损失数据，整理【lǐ】如下【xià】图所示，定【dìng】义各项【xiàng】损失因素对光伏方【fāng】阵【zhèn】发电量输出的【de】影响过程【chéng】为综合影响系【xì】数，用【yòng】于评估在光伏组【zǔ】件倾角变化的条【tiáo】件下【xià】各【gè】个【gè】因素对【duì】光伏方阵输出【chū】发【fā】电【diàn】量的综合影响能力，系数【shù】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，可以看出当光伏组件【jiàn】倾角为【wéi】13度时，综【zōng】合【hé】影【yǐng】响系数最大，此时光伏方阵输出发电量最多，与【yǔ】模拟发【fā】电量最【zuì】大时最优【yōu】倾角的结果一【yī】致【zhì】。由于在同一个屋顶上，选用不同的倾角设计【jì】时，
表3 不同倾角下的综合影响系数
通【tōng】过以上分【fèn】析，可以得出【chū】结论，当【dāng】光【guāng】伏阵列的倾【qīng】角为11°时，前【qián】后光伏阵【zhèn】列互【hù】不【bú】遮挡，满足阵列间距计【jì】算的要【yào】求;但设置不同光【guāng】伏【fú】阵列倾角进行【háng】发【fā】电量【liàng】评估时【shí】，光伏阵【zhèn】列的倾【qīng】角为【wéi】13°时，光伏方阵输出的发电量【liàng】最多，这是由于【yú】光伏方阵倾斜面辐射量增益、近阴影损失、IAM因子损失、阴影遮挡导致电气不匹配损失等多【duō】项因【yīn】素共同作用的结果。因此，建议在【zài】该屋顶条件下的光【guāng】伏方阵的倾角选择【zé】13度设计，这【zhè】里的【de】阵列间距设【shè】置参照了11度倾角前后排光伏阵列无【wú】遮挡【dǎng】时【shí】的间距设计。
上【shàng】文提到【dào】了当【dāng】建筑方位角不朝向【xiàng】正南，偏东或偏西【xī】，即【jí】屋面的屋脊并不是正东西方【fāng】向，有【yǒu】一定【dìng】的方位角，这种情景下的光【guāng】伏阵列间距的【de】算法需要修正该类型下的【de】阴【yīn】影间距【jù】系数。如本文案【àn】例中建筑朝【cháo】向非正【zhèng】南，则光伏方【fāng】阵的设计和优化过程【chéng】也是一致的，在PVsyst建【jiàn】模过【guò】程中，需要旋【xuán】转模【mó】型的方位角，模拟【nǐ】难度要大一些。
对于以上该屋顶的几种不同【tóng】的设计方案，光伏组件平铺、11°倾角、13°倾【qīng】角安装，每【měi】种方案【àn】对应的光【guāng】伏系统效【xiào】率也【yě】不【bú】一【yī】样，略有差别【bié】，其中13°倾角时因【yīn】为前后【hòu】遮【zhē】挡的原因对应的PR效率低【dī】于其他方案。
本文不再详【xiáng】细讨论PR计算【suàn】过程和【hé】差异，仅提供【gòng】估【gū】算的发电【diàn】量差【chà】异作为不同方案【àn】技术经【jīng】济性的对比参考。以【yǐ】原【yuán】设【shè】计方案【àn】光伏组件【jiàn】平铺【pù】为基准，后两种方案【àn】该【gāi】屋面上的光伏组件发电【diàn】量分别【bié】增加：11°倾角首年增发4.9万【wàn】度，25年增发【fā】111.15万度【dù】;13°倾角【jiǎo】首年增发4.9万度，25年增发【fā】117.52万度。施工成【chéng】本方面，主要是光伏【fú】支架用钢量差别【bié】，又集中体【tǐ】现在北坡上支架后立柱增加长度造成【chéng】的用钢量较多，该部分成本【běn】占光【guāng】伏支架成【chéng】本的约5%左右，可【kě】见设计方【fāng】案的优化，经济效【xiào】益是非常明显的。
当我们在理论上推导、计算、模【mó】拟【nǐ】等完【wán】成这些【xiē】工作对比以【yǐ】后，还需要补充的一点内容是【shì】，精细化【huà】的设计方案需要精细【xì】化的【de】施【shī】工配合、后期运维的延【yán】续，落到【dào】实【shí】处，才是真正的实现了价值【zhí】和性【xìng】能的提高。
5总结
类似于本案例【lì】中【zhōng】的连续【xù】南北坡屋顶，是一种非【fēi】常典型的【de】屋顶【dǐng】型式。连【lián】续【xù】南北【běi】坡屋顶上的【de】光伏组件安装倾角、光伏阵【zhèn】列间距设计，也是一种非常【cháng】典型的方案设计。本文为优化设计该【gāi】类型屋顶上的光伏电站提供了设计【jì】方法【fǎ】、解决【jué】方【fāng】案，具有很【hěn】好的工程指导意【yì】义。
在设计【jì】过程中，既要【yào】考虑增【zēng】加光伏【fú】组【zǔ】件【jiàn】的【de】倾角提高光伏阵列倾斜【xié】面上接收到的辐【fú】射量，又要考虑阴影遮挡情况分【fèn】析，辐射量增加和阴影遮挡【dǎng】等各项损失对发电量【liàng】的影响，作用方向是相反的【de】，在寻找正作用因素【sù】与【yǔ】负作用【yòng】因【yīn】素两者之间的平衡点时【shí】，应当以【yǐ】光伏方阵输出最大发电量为目【mù】标。从分析过【guò】程【chéng】可【kě】以看出，按照设计【jì】规范规定时间内无阴影遮【zhē】挡的阵列间距计算只是追求【qiú】光伏【fú】方阵输出发电量最大化过程中的一个方面和一【yī】个环节，通过PVsyst软件建【jiàn】模和【hé】更深入的【de】系【xì】统分析，有助于针对【duì】具【jù】体案例优化光【guāng】伏电站的系【xì】统设【shè】计【jì】，提高【gāo】发电性能。
作者简【jiǎn】介【jiè】：周长友【yǒu】，毕业于中国海洋大学，研究生【shēng】学历。从事光伏行【háng】业7年，先后从事光【guāng】伏组件研发、光伏系统【tǒng】设计、光伏电站性能评估等工作，目【mù】前主【zhǔ】要【yào】从事【shì】光伏电站设计、项目管【guǎn】理等工【gōng】作。联系方【fāng】式：[email protected]。
推导出【chū】的【de】南坡【pō】或【huò】者北坡的阵列间距公式，在南坡北坡【pō】上都可以使用，但【dàn】如果需要【yào】南坡最上面一排光伏阵列【liè】和【hé】北【běi】坡【pō】第【dì】一排也是最上面一排【pái】的光伏【fú】阵列，或者在波谷处都是最下面一排阵列，上述阵列【liè】间距计算公【gōng】式对于两个坡面上的光伏阵列不【bú】适用。此【cǐ】两处的光伏阵列间距确定【dìng】是设计【jì】方案【àn】的关键，因为南坡(或北坡)的光【guāng】伏阵列都在一【yī】个坡面【miàn】上，一个坡面上的光【guāng】伏阵列间距可以计算，但南【nán】坡和北【běi】坡两【liǎng】者在波峰或者【zhě】波谷处的光伏阵【zhèn】列间距因光伏【fú】阵列处于两个【gè】不【bú】同坡度的【de】坡面上，因此难【nán】以计【jì】算。
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
当前【qián】排光伏阵【zhèn】列位于南【nán】坡，后排位于北【běi】坡时，前后排阵列被波峰(一跨建筑的【de】屋【wū】脊处)分开。将前排【pái】南坡光伏阵列【liè】的【de】下端距离南【nán】北坡【pō】波峰顶【dǐng】点的水平距【jù】离定义为A，后【hòu】排北坡光伏阵列的下端距离南北坡波峰顶【dǐng】点的水平距离【lí】定【dìng】义为【wéi】B，A+B之和等【děng】于中心距离D。前排光伏阵列【liè】上端【duān】和后排光伏【fú】阵列的【de】下端之间【jiān】的高差，可【kě】以分解为两者【zhě】到顶点的高差之和，因此，可以计【jì】算为【wéi】：
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：
当前排光伏阵列位于南坡，后排位于北坡时，前后排阵列被波谷(一跨建筑【zhù】的天【tiān】沟处)分开。将前【qián】排北坡【pō】光伏阵【zhèn】列【liè】的下端【duān】距离南北坡波谷点的水平距离定【dìng】义为B，后排北坡光伏阵列的下端距离南北坡波谷点的【de】水平距离定【dìng】义为A，A+B之和【hé】等于中心【xīn】距【jù】离D。前排光伏阵列上【shàng】端和后排光伏阵【zhèn】列【liè】的下端之间的【de】高差【chà】，可以分解为【wéi】两者到顶点的高差之和，因【yīn】此【cǐ】，计算为：
图4 屋顶坡面上组件与建筑方位角相同
3案例分析
本【běn】文的案例，是山东【dōng】省淄博【bó】市的某个【gè】工商【shāng】业屋顶【dǐng】分布式项目，其中有一座建【jiàn】筑是连续起伏的南北坡屋面，建【jiàn】筑由连续六跨结构组成，屋【wū】面相对【duì】水平面的倾角【jiǎo】为6度，坡度为10.5%。屋【wū】面上有避雷带和天【tiān】沟，没有障碍【ài】物对光【guāng】伏组【zǔ】件形成遮挡影响。
图5 该建筑屋面情况
图6 该建筑东侧或西侧外立面
该项目是由山东【dōng】省当地的【de】某设计院【yuàn】设计，对于【yú】该建筑屋顶的光伏系统设计中，光伏系统设计【jì】师【shī】对光【guāng】伏组件的布置采用【yòng】了【le】和彩钢【gāng】瓦一样平铺的设【shè】计，这样在南坡上的光伏组件【jiàn】组件的【de】朝向南【nán】方【fāng】(组件倾角6°，方位角0度)，在北【běi】坡上的光伏【fú】组件【jiàn】朝向正北(组件倾角6°，方位角180度【dù】)。平铺方案，通【tōng】过【guò】PVsyst软件查询得知，光伏组【zǔ】件表面接【jiē】收到【dào】的辐射量。
1)北坡光伏组件接收到的辐射量【liàng】1297.6kWh/m²，相对于【yú】水平【píng】面总辐【fú】射量1356.2kWh/m²减少4.3%。
2)南坡光伏【fú】组【zǔ】件接【jiē】收【shōu】到的辐射量1409.5kWh/m²，相对水平面辐射【shè】量增加3.9%。
南北坡的【de】光伏组件分别接入不同的40kW的组串式逆变器【qì】，逆变器逆变后输出的交【jiāo】流【liú】电经过五【wǔ】进一出的交【jiāo】流汇【huì】流箱汇【huì】流【liú】后，输【shū】出至1000kVA的【de】箱式变压器，升压至【zhì】10kV并【bìng】网。该屋【wū】顶【dǐng】供安装265Wp多【duō】晶硅【guī】光伏组件2772块，容量734.58kWp。该【gāi】屋顶上的光【guāng】伏方阵与相邻【lín】的另一栋建筑屋面上的光【guāng】伏方阵共同接入一台【tái】箱变，组成一个光伏子系统【tǒng】。
彩钢瓦上光伏组件通【tōng】常都是平【píng】铺设计，是由于【yú】彩钢瓦【wǎ】的【de】承载能力【lì】比较小，平铺有利于【yú】提供屋面的利【lì】用率。如果组【zǔ】件在南【nán】北坡【pō】均采【cǎi】用朝【cháo】南的非平铺的起一定倾【qīng】角【jiǎo】设【shè】计【jì】，会造成光伏支架增加重量，加大夹具的抗【kàng】拉拔里，且降低屋顶的利用【yòng】率。因此对于5%的屋面坡度【dù】，几乎所有的彩钢【gāng】瓦【wǎ】屋顶都是采用【yòng】组【zǔ】件平【píng】铺在屋面上安装，较【jiào】少彩【cǎi】钢瓦承【chéng】载能力较大、质量很好的屋面上采用光伏组件与【yǔ】屋面形成一定角度安【ān】装，而且这个【gè】角【jiǎo】度一般都在9-22度左右，角度较小，减少【shǎo】风荷载。相对比彩【cǎi】钢【gāng】瓦屋面，本项目的混凝土屋面【miàn】承载能【néng】力较大，光伏支【zhī】架采用混凝土预制块作为【wéi】基础配重，屋面的坡度较【jiào】大【dà】，在北坡上光【guāng】伏组件平铺于屋面【miàn】，对于光伏组件【jiàn】发电十分不【bú】利。
由于该屋顶对应的【de】1MW光【guāng】伏子系统【tǒng】容量稍小，子系统容量不足1MW，因【yīn】此要保【bǎo】证光伏组件容量【liàng】不【bú】减少【shǎo】同时保留检修通道的情【qíng】况下【xià】，对原有设计【jì】进行优【yōu】化。
图7 原设计方案组件平铺局部示意图
从设【shè】计院提供【gòng】的施工【gōng】图设计方案【àn】分析，如果光伏组件平铺【pù】在南北坡上，竖向三排设计光伏阵列，阵【zhèn】列宽度为4990mm(1650*3+2*20，1650mm为组件长度，20mm为组【zǔ】件间的间【jiān】隙【xì】)，测量建筑南坡和【hé】北坡【pō】坡面【miàn】长度为7541mm，剩余空间宽度为2551mm，还可以再布【bù】置【zhì】一排【pái】光伏【fú】组件，将光伏【fú】阵列设【shè】计为竖向【xiàng】四排或【huò】者两【liǎng】个【gè】竖向【xiàng】双排【pái】，剩余屋面宽度【dù】为【wéi】881mm。如此设计【jì】虽然可【kě】以提升33%的容【róng】量，该屋顶的光伏组件安装容量【liàng】达到979.44kWp。但由于南坡和北【běi】坡结合处的天沟存在，运维中检修、清洗光【guāng】伏组件等【děng】操【cāo】作在屋面上行【háng】走不【bú】方便，而且北坡光伏组件单【dān】瓦发【fā】电量较少的情况得不到改【gǎi】善。
优【yōu】化【huà】该类型【xíng】屋顶的光【guāng】伏组件【jiàn】布置设计方案，主要是不减少光伏组件容量的【de】条件下，北坡的【de】光伏组件不采【cǎi】用【yòng】组【zǔ】件平铺和方位角朝北设计【jì】。还应【yīng】进一步明【míng】确一下【xià】，连续南北坡的连栋屋顶【dǐng】，光伏阵列的布置应随南【nán】坡北坡周期【qī】循环设置，不能像【xiàng】地面电【diàn】站【zhàn】一样，可以将光伏阵列间距【jù】根据【jù】需要增加【jiā】或者减【jiǎn】少，不受限制。
首先，设【shè】计院提【tí】供【gòng】的【de】施工图设计，光伏组件竖向三排作为一个【gè】光【guāng】伏阵列，在【zài】光伏支架的安装、光伏【fú】组串的接【jiē】线、光伏电缆布线、日后的运维等多个【gè】方【fāng】面施【shī】工和【hé】清洗组件带来不方便，因此需【xū】要改变光伏【fú】阵列【liè】的设计，可以将光伏阵列改为竖向双【shuāng】排【pái】设计，光伏【fú】阵列的宽度将有【yǒu】4990mm减少到3320mm。
如【rú】果南坡和北坡的光伏组件都采用屋面倾角的6度【dù】角设计，那么只需要【yào】将北坡【pō】改为【wéi】组件6度倾【qīng】角，南坡【pō】不变【biàn】。将6度角设计绘制在图纸上，南坡两【liǎng】排竖向双【shuāng】排的光伏支架单元，北坡一排竖【shù】向双排的光伏支架单元，以【yǐ】及【jí】进行阵列间距计算【suàn】，南坡的光伏【fú】组件属于平铺【pù】，对北坡不产生阴影【yǐng】遮【zhē】挡，对【duì】坡光伏阵列对后面【miàn】的南坡光【guāng】伏组件也【yě】不产【chǎn】生阴影【yǐng】遮【zhē】挡，光伏阵列间距【jù】的冗【rǒng】余量较多。进一步优化光伏阵列的倾角，达到【dào】提高光伏阵列倾斜面接收到的辐射量最【zuì】大【dà】，同【tóng】时前排光伏【fú】阵列【liè】对后排光伏【fú】阵【zhèn】列不形成遮挡，寻【xún】求【qiú】这一平衡的阵【zhèn】列最优倾角【jiǎo】和最优间【jiān】距。
我们以【yǐ】不同的【de】光【guāng】伏组件安装倾角(如15°、13°、10°等不同倾角)布置光伏【fú】阵列，并进一步检验光【guāng】伏【fú】阵列间【jiān】距是否合适。
根据前文的描述，我们已经知道【dào】，南坡竖向双排【pái】光伏阵列的前后阵列间距可以【yǐ】通【tōng】过【guò】公式计算，波峰处或者波谷【gǔ】处，光伏阵【zhèn】列间距的确定是【shì】设计的关键，设计方【fāng】法【fǎ】可【kě】以通过上【shàng】文提出的公【gōng】式【shì】计算，或者【zhě】直接通过高差核算【suàn】是否合适【shì】。可以直接在CAD图【tú】纸中看两者的剖面图，相对高差H和【hé】相对水平距离【lí】d(前排阵列上【shàng】端到【dào】后排阵【zhèn】列【liè】的【de】下端)。当两个间距都满足阴影长度计算值d’(南【nán】北【běi】方向阴影系数2.564倍相对高【gāo】差，d’=2.564*H)≤相【xiàng】对水平距【jù】离d即【jí】可【kě】。为了方【fāng】便描述，定【dìng】义【yì】南坡前后两排阵列间【jiān】距【jù】为d1，南坡第二排阵列和北坡阵【zhèn】列【liè】波峰处阵列间距【jù】为d2，北坡阵【zhèn】列和南坡第一【yī】排阵【zhèn】列波谷处的阵列间距为d3。通【tōng】过剖面图测量相对高差和相对水平【píng】间距，以及判断d>d’是【shì】否满足。
本文经过【guò】不同倾角设【shè】计，发现当光伏组【zǔ】件倾角>12°时，不能满足前【qián】后阵列冬至日真【zhēn】太【tài】阳时9:9-22:00阴【yīn】影【yǐng】不遮挡要求。经过测【cè】量【liàng】和对比可以得【dé】到【dào】结论，当以光伏阵列11度倾角布置，以【yǐ】11度倾角设计光伏阵列间距【jù】，能满足冬至日【rì】真太阳时【shí】9:9-22:00阴影不遮挡要求。间距的计算【suàn】方【fāng】法在前文【wén】已经非【fēi】常【cháng】详细的进行【háng】了描述和推【tuī】导，此处不再重复。
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【tōng】过上【shàng】述几步对光伏【fú】阵【zhèn】列倾角不同的【de】设【shè】计值【zhí】以及【jí】通过CAD将光伏阵列在【zài】屋顶剖【pōu】面图【tú】测量、计算理论阴影值、对比是否满足阴影不遮挡要求，数据证实以11度倾角设计【jì】可以满足要求。那么，是否以11度倾角设计【jì】该【gāi】屋顶【dǐng】的光伏电【diàn】站为最佳方案【àn】?
4PVsyst软件建模优化分析
接下来，我们通过PVsyst软【ruǎn】件【jiàn】建模分析，建【jiàn】模依据上【shàng】图【tú】11度倾角【jiǎo】确定模【mó】型【xíng】内的光伏阵列间距。光伏系统【tǒng】容【róng】量按【àn】照两跨建【jiàn】筑的光伏组件布置容量150kW设计，采用280Wp光伏组件【jiàn】，每22块串联为一串，8串并联接入一台50kW的华为组串【chuàn】式逆变器，共配置组件【jiàn】528块，逆变器3台。
1)在【zài】PVsyst内建立双【shuāng】坡【pō】面的建【jiàn】筑(House + 2-sided roof)，建筑宽度【dù】设【shè】置15米，长度设置50米，高度5米【mǐ】，屋顶角度【dù】6度，屋檐展【zhǎn】开宽度【dù】0米。将建筑方向设置为东西方【fāng】向【xiàng】，即修改方位角为90度，即完【wán】成单跨简直的设计。模【mó】型【xíng】中复制、粘贴建立三个单【dān】跨建筑。
图9 单跨建筑建模
2)光伏阵列设计
光伏【fú】阵列均采用竖向双排【pái】，以11度倾角安装2X44块光伏组件，阵列长【zhǎng】宽【kuān】可通过【guò】by modules布置【zhì】为3.34mX44.5m。南坡光伏阵列为【wéi】前后两排，相对【duì】位置可【kě】以在【zài】软件中一【yī】次【cì】性【xìng】设置。如建模空【kōng】间内设【shè】置PV table as sheds，设置【zhì】两排阵列(Number of sheds设置为【wéi】2)，组件倾角11度，横【héng】向倾斜度为6度(补充释义：transverse slope 横向坡度/斜率，软件内定义为南北【běi】向的坡度，设置为6度;注意另一项【xiàng】baseline slope为基线坡度/斜率，软件定义为东西【xī】方向的坡度，这里【lǐ】的【de】坡【pō】度均是用坡【pō】面和水【shuǐ】平【píng】面之间的角度表示)，阵列间【jiān】距【jù】Pitch3.86米。设置北坡的光伏阵列，阵列排数为【wéi】1(Number of sheds设【shè】置为1)，组件倾角11度。
图10 光伏阵列建模
3)光伏阵列在屋顶上布置
将前两步【bù】设计完成的光伏阵列单体和建【jiàn】筑单跨的单【dān】体【tǐ】组合在【zài】一起【qǐ】，并根【gēn】据【jù】南北坡【pō】上光伏阵【zhèn】列【liè】的位置调整模型中的光【guāng】伏【fú】阵列位置。如果所示，第二【èr】跨建筑的南坡起点位于Y轴上;北坡阵列的Y、Z位置，根【gēn】据图纸测量确定Y轴【zhóu】距离南坡前端7.96米，高度包含【hán】建筑高度【dù】5米和图纸【zhǐ】测【cè】量组件高【gāo】出【chū】波谷【gǔ】最低点【diǎn】0.74米，以【yǐ】及组件高出屋面10cm，计算为5.84米。其【qí】他类【lèi】同【tóng】。这儿建模设计了三跨建筑，第一跨【kuà】建筑【zhù】的南坡【pō】没有利用，是【shì】考虑【lǜ】到【dào】连栋建筑多跨中南坡组件不受前面遮挡的阵列实际上只有最南面的一个坡面，建模选【xuǎn】择【zé】多跨建筑中间【jiān】的【de】一段，有利于模拟结果【guǒ】的更准确【què】性。
图11 光伏方阵完整模型
本文探讨了一种连续【xù】的南北【běi】坡混凝【níng】土【tǔ】屋面上光伏方阵的优【yōu】化设计【jì】。在本文中，通过光伏阵列的间距设计、光伏组【zǔ】件倾角的【de】设计【jì】、影响光【guāng】伏方阵发电量的【de】输出【chū】几项因素等几个方面【miàn】，对比了【le】原有的光伏组件平铺在屋面上【shàng】的方案、前后阵列【liè】不遮挡方案和【hé】以发电量最大为目标确定【dìng】的优化方案【àn】三【sān】种方案之间的差【chà】异【yì】。通【tōng】过对【duì】这一典型设计的案例分【fèn】析，有助于优化这种【zhǒng】场景类型光伏电【diàn】站的【de】系统【tǒng】设计方案。
FR：索比光伏网 周长友
