多种屋面坡度的光伏系统方阵间距计算方法

分布式光伏电站主要是屋顶光伏电站，建筑屋顶的结构、平面存在多样化，基本可以分为混凝土屋面和彩钢瓦屋面，陶瓷瓦屋面，很少的一部分其他类型屋面。由于建筑环境的复杂化和屋面的多样化，在屋顶上建设光伏电站，方阵的设计考虑因素较多，本文针对部分屋面环境、方阵类型总结设计方法。

建筑物上的光伏电站由于建筑的多样性，光伏电站的设计也存在多样化设计。与建筑结合的光伏电站不仅要考虑光伏本身的发电特性，也要考虑电站建设后建筑的美观性。针对屋顶上的光伏电站，BAPV，前后排阵列间距设计应根据屋面的方位角、坡度情况进行针对性设计。

1）太阳位置

太阳的位置在地平坐标系中，通常由太阳高度角、方位角表示，如图1北京市的太阳轨迹图由太阳高度角、方位角、日期确定。计算方法如下

为太阳高度角；为太阳方位角，为当地纬度；δ为太阳赤纬角；为时角。

冬至日真太阳时900或1500时（本文时间均指当地真太阳时）太阳高度角和方位角是计算光伏阵列间距的基础数据。冬至日太阳在南回归线，δ为－23．45°，0900时的ω为－45°（下午为正），此时的太阳高度角和太阳方位角可有下式表示

2）混凝土平整屋面光伏阵列间距设计

《光伏发电站设计规范》中给出平整场地光伏阵列不被遮挡的阵列中心间距计算公式

式中为阵列斜面长度，为组件倾角，为项目所在地纬度。光伏阵列中心间距为阵列斜面投影与间距之和，，阵列间距示意图如图2。

间距可用阴影系数表示，

3）平铺屋面光伏阵列间距

当彩钢瓦屋面、陶瓷瓦屋面的光伏组件采用沿屋面自然坡度平铺的安装方式，前后排组件不存在阴影遮挡，因此无需考虑阴影遮挡问题，可适当设置500－600mm宽的检修通道方便维护。

4）南北坡屋面光伏阵列间距

类型一当建筑坐北朝南，屋脊为正东西走向，建筑的方位角为0°。屋顶的坡面由屋脊向南、向北均匀降低，且东西向为同一等高线，常见于坐北朝南的民用建筑或厂房的屋面。

建筑屋面坡度系数i为屋面最低与最高点的高度差（相对于水平面）与最低点、最高点之间水平距离之比。建设在屋面上的光伏阵列，前排阵列后端与后排阵列前端的高度差应为

代入阵列间距计算公式

，整理得

当建筑屋面为南坡时，为负；当为建筑屋面北坡时，为正。

由上图可看出，位于北坡的光伏组件若与南坡组件同一倾角，则光伏阵列的间距将根据坡度计算增大很多才可以避免规定时间内阴影遮挡。

类型二建筑方位角不朝向正南，偏东或偏西，即屋面的屋脊并不是正东西方向，有一定的方位角。对于此类建筑，光伏阵列间距如下计算

光伏阵列间距的计算，应结合建筑方位角（即建筑南墙面法线与正南方向形成的建筑方位角，偏东为负值，偏西为正值）和当地0900／1500的太阳方位角（若建筑方位为南偏东，用900的太阳方位角计算，偏西则用1500太阳方位角计算），则组件朝向相对于太阳位置的实际方位角应做如下修正

结合建筑方位角的日照间距系数

然后再结合含有屋面坡度的公式计算阵列间距D

作者周长友