【技術應用】屋頂光伏組件陣列間距計算的深入分析(圖解)

 　　本文基於水平面上的陣列間距計算模型，針對複雜屋面前後間距的計算問題，結合陣列安裝角度、屋面坡度、坡面朝向、屋面方位角、太陽高度角、太陽方位角等影響因素，建立數學模型並推導得出理論計算公式，對於實際電站設計中遇到的含有屋面方位角的雙坡屋面、主副坡屋面等複雜屋面陣列間距的設計，具有一定的指導作用。

　　目前分布式光伏系統的應用主要以工業、商業或民用建築屋頂為主，光伏陣列排布在分布式系統設計中是非常重要的環節，對於陣列前後間距的優化，我們一般以冬至日上午9時和下午15時陣列前後互不遮擋的原則作為參考，它不僅要考慮當地緯度下的太陽高度角、太陽方位角、安裝傾角，也還要考慮屋面本身的坡度、坡面朝向和坡面方位角，而目前對於光伏陣列前後間距的研究文獻大多是正南朝向的水平屋面，雖然也有涉及到坡角和方位角，但分析仍不夠全面，存在一定的局限性。因為實際的屋面可能同時呈現坡度和方位角，也有可能屋頂坡面東西朝向或主坡副坡同時存在，因此有必要對這些複雜屋面的陣列間距做深入分析。

　　通常情況下，屋面一般按其坡度的不同分為坡屋面（屋面排水坡度大於10%）和平屋面（屋面排水坡度小於5%）兩大類。對於平屋面，一種是只有橫向排水坡度（或稱為主坡），沒有縱向排水坡度（或稱為副坡、邊坡），另一種則稍複雜些，同時存在主坡和副坡，副坡和主坡形成一定的角度，兩種情況參考圖1和圖2。主坡較常見的為2%~3%，副坡為0.5%～1%。

　　從光伏組件安裝應用角度，目前使用最廣泛的為平屋面，如工業彩鋼瓦屋面、混凝土屋面，而坡屋面主要為別墅類，因坡屋面自身坡度較高，所以光伏組件一般沿著屋面平鋪，參照圖3。而平屋面的坡角較小，則需要設計一定的安裝傾角來獲得更高的發電效率，參照圖4。

　　平屋面可分為坡角為0°角和不為0°角兩種，按照坡面朝向又可以分為東西坡和南北坡屋面，如圖5為東西朝向雙坡面，圖6為南北朝向雙坡面，這兩種屋面光伏陣列朝南安裝在南坡或北坡。當然這兩種屋面可能同時存在主坡和副坡，也可能存在一定的方位角，為計算方便起見，這裡坡面的方位角定義為坡面法線方向在水平面的投影和正南方向的夾角，偏西為正，偏東為負。