屋顶光伏发电阴影分析

中翔置业屋顶光伏发电项目阴影简析SimpleanalysisoftheshadowsofsolarelectricalenergygenerationprojectoverallroofofZhongXiangRealEstate赵膑赵膑(1974～)，男，大专，烟台鼎城新能源光伏有限公司，自2008年从事光伏与建筑一体化研究、设计、施工工作。联系方式：0535-6081893，13306384110，HYPERLINK"mailto:solar.si@foxmail.com"solar.si@foxmail.com。冯建斌冯建斌(1988～)，男，大专，烟台鼎城新能源光伏有限公司，从事光伏光热系统设计工作。联系方式：0535-6081893，15053511703，HYPERLINK"mailto:fengjianbin185@163.com"fengjianbin185@163.com。ZhaoBinFengJianbin烟台鼎城新能源光伏有限公司YANTAIDINGCHENGNEWENERGYBIPVCO.,LTD.摘要：本文作为对支架型光伏发电项目合理调整组件前后间距进行了初探。结合实际支架型光伏发电项目，通过对业内计算组件间距的公式和计算机日照模拟图示阴影进行比较分析，得出合理组件间距的 计算方法 煤矿单位产值综合能耗的计算方法营养成分理论值计算方法电缆末端电压降计算方法初中24点计算方法与技巧答案24点计算方法与技巧下载 ，达到最大装机量与最大发电量的目的。关键词：支架，阴影，间距Abstract：Inthisarticle,primarydiscussthespacebetweenoffore-and-aftbatterycomponentinsupportablesolarenergyproject.Combiningtheactualityprojectofsupportablesolarenergyprojectandaccordingtotheanalysisofformulatocalculatecomponentspacebetweenandsunlightsimulationdiagramshadowbycomputer,getreasonablecalculationmethodsofcomponentspacebetweeninordertogetthemaximuminstalledcapacityandmaximumgeneratedelectricalenergy.Keywords：support,shadow,spacebetween分析目的通过对中翔置业屋顶光伏发电项目进行日照阴影分析，得出采用支架方式安装屋面光伏发电方阵的组件前后间距，并以此得出一个较为普遍的组件合理间距计算方法。分析方法采用公式法、图示的方法进行分析。背景资料地理位置中翔置业屋顶光伏发电项目位于山东省烟台市芝罘(fǔ)区上夼(kuǎng)西路78号。地理位置如下图：气候特征及日照条件芝罘区处北温带东亚季风型大陆气候区，全年温度适中，气候温和，季风进退有序，四季变化分明，大陆度为53.80%，受大陆影响程度轻，更接近海洋性气候特点。因濒临北黄海，受海洋调节和影响，冬少严寒，夏无酷暑，春季温暖，秋季凉爽。年平均气温为12.6℃，年平均降雨量737毫米，相对湿度64%，空气湿润，阳光充足，气候宜人。烟台年平均气温11.8℃，年平均相对湿度68%，年平均日照时数2698.4小时，太阳辐射总量年平均值5224.4兆焦耳/平方米。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s11：项目实施地的太阳能资源（NASA）地理信息：北纬37.52°，东经121.39°，海拔53m条件设定为了便于统一情况，将对某些参数进行如下必要设定：地理纬度：37.5°组件尺寸规格：1966×992×50倾角：30°方位角：0°日期：1～5月的每月20日，6月21日，7～11月的每月20日，12月22日时间：5～10月04:00～19:00，11～4月07:00～18:00遮挡物高度：均采用相对于光伏组件边框下沿上表面高度阴影距离分析公式法目前较多采用的是光伏阵列前后间距公式来进行光伏方阵间距的测算，计算结果为全年无遮挡情况下组件间距：其典型模型如下图：图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s11：组件间距示意图组件间距计算公式如下：D=0.707Htanarcsin0.648cosφ-0.399sinφD：组件间距H：遮挡高度α：组件倾角φ：当地纬度公式STYLEREF1\s5SEQ公式\*ARABIC\s11：组件间距计算公式根据此方式，当H取不同值时，D的结果也不同，针对部分典型尺寸做表如下：表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s11：公式法典型数据列举表（单位：mm）序号HDD×50%D×70%D×90%备注130075337652767724961245622871112035001255627878112946001506753105413555700175787812291581680020081004140518077100025101255175722598150037641882263433879200050192509351345171030007528376452696775（注：小数向上取整）上述计算方法仅能推算出冬至日的阴影遮挡距离。结论：上表中，当取D值时，可保证光伏组件表面全年不受遮挡物的阴影遮挡；当H保持不变的情况下，D值越小，遮挡现象越严重。图示法采用建筑设计软件进行阴影分析（由于软件为非正版软件，所得数据仅供参考）。方法步骤通过对“REF_Ref359241927\h\*MERGEFORMAT表51：公式法典型数据列举表”中设定的H值进行逐高度、逐月份的阴影模拟，得出每种情况下7:00~17:00（部分情况为8:00～16:00）的阴影轮廓。以遮挡物北侧最高点为基准，统计每种情况下的北侧影长。以遮挡物北侧最高点的东西两点为基准，统计每种情况下影子在东西两侧的偏移量。对上述REF_Ref359481846\r\h2)、REF_Ref359481849\r\h3)进行统计汇总。对遮挡物1～12月份的北侧影长在各时间点进行曲线比较。对遮挡物1～12月份的东西两侧阴影偏移量在各时间点进行曲线比较。绘制阴影范围轮廓进行图示法分析首先要绘制阴影区域，本分析内容选择在项目中通常遇到的一些遮挡物的高度尺寸，并对其进行分析。遮挡物及高度选择如下：表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s12：常用遮挡物高度及类型表序号遮挡物高度值(mm)常见主要遮挡物类型备注1300低矮女儿墙山墙光伏组件倾斜后的净高排气孔其它屋面附属物2496中翔置业屋顶光伏组件倾斜后净高35004600女儿墙烟道其它屋面附属物5700680071000女儿墙烟道造型屋面设备其它屋面附属物8150092000103000造型屋面廊架楼梯间、电梯间、机房在确定了遮挡物的高度后，需要设定图示模拟阴影长度的日期与模拟时间范围。进行日照分析的时候通常选定在冬至日（12月22日），而夏至日为6月22日，并将其它各月的分析时间定为每月20日；设定分析时间范围时，扩大范围，以便能够充分反映阴影范围，并在图示后剔除无效、无意义的阴影范围，从而得到较为准确的数据。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s13：日期与时间范围设定表序号设定日期设定分析时间范围备注11月20日07:00～18:0022月20日07:00～18:0033月20日07:00～18:0044月20日07:00～18:0055月20日04:00～19:0066月22日04:00～19:00夏至77月20日04:00～19:0088月20日04:00～19:0099月20日04:00～19:001010月20日04:00～19:001111月20日07:00～18:001212月22日07:00～18:00冬至根据“REF_Ref360200705\h表52：常用遮挡物高度及类型表”、“REF_Ref360200707\h表53：日期与时间范围设定表”绘制各遮挡物高度情况下1～12月阴影范围轮廓线，并剔除无效、无意义的阴影范围轮廓线，得到下图：图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s12：不同遮挡高度各月各时段的阴影范围轮廓线图图示法阴影长度分析光伏发电需要的是全年全天无遮挡，这样能充分发挥光伏发电的性能。因此通常考虑的是冬至日的无遮挡时间（亦即阴影长度）。作为光伏设计单位与光伏建设单位有着不同的初衷：光伏设计单位要求设计合理、无遮挡；光伏建设单位要求尽可能多的安装、尽可能多的发电。但在支架安装方式下，从安装角度而言，同样载体面积时，考虑遮挡时的方阵组件安装量必然较少。仅仅为了避让冬至日（12月21～23日）的遮挡问题，而减少方阵组件安装量，对全年来说必然损失了更多的发电量。而通常情况下，冬季光强相比夏季光强较弱。在冬季，前排光伏组件在后排光伏组件上所造成的阴影对后排光伏组件性能的影响也较小，因此可以适当缩小组件间距至D1值，以达到在尽可能小的损失发电量的情况下安装更多的光伏组件。通过对REF_Ref359492053\r\h5.2.1中REF_Ref359492058\r\h5)、REF_Ref359492060\r\h6)的图表进行比较，我们认为适当选择11月份的阴影长度为光伏组件前后间距能够达到“在尽可能小的损失发电量的情况下安装更多的光伏组件”的目的。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s13：不同遮挡高度各月各时段的阴影曲线从上图可以看出，不同遮挡高度在各月各时段仅存在高差（即阴影长度）的问题，同时存在非线性变化的趋势。进一步对本项目中组件倾斜后的遮挡高度进行比较，在遮挡高度为496mm时，11月与12月影长比较如下：表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s14：11、12月影长D1对照表高度：496单位：mmTime11月影长12月影长影长之差8点161524338189点1026129627010点854102316911点78592213712点76689412813点78592213714点854102316915点1026129627016点16152433818图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s14：496mm高度各月阴影曲线及影响区间通过上图可以看出以遮挡物高度496mm在11月9:00的阴影为组件前后间距的情况下，可满足12月10:00～14:00、1月9:30～14:30不受阴影影响，并满足其余各月在8:00～16:00不受阴影影响。换言之，以遮挡物高度496mm在11月9:00的阴影为组件前后间距的情况下，光伏阵列损失的仅仅是12月10:00前与14:00后、1月9:30前与14:30后的发电量，而在这个时间段光强较弱，光伏方阵的发电量也较少，因此在减少此部分影长之差后，对发电量的影响不大。进一步以遮挡物高度496mm在11月10:00的阴影为组件前后间距的情况下，12月全日时段存在阴影影响、1月10:30～13:30不受阴影影响，2月8:00与16:00略受阴影影响，其余各月在8:00～16:00不受阴影影响。通过简单计算可知，当遮挡物为496mm高度时，11月9:00的影长为1026mm和公式法计算的影长为1245mm，二者之比约为：0.8241；11月10:00的影长为854mm和公式法计算的影长为1245mm，二者之比约为：0.6859。α=图示法某时刻阴影长度:D1公式法组件间距:D公式STYLEREF1\s5SEQ公式\*ARABIC\s12：组件间距缩距比例公式举例说明如下：如中翔置业屋顶光伏发电项目中，地理坐标为北纬37.5°，组件尺寸1966×992×50，安装倾角30°，横放安装，则组件上边线与下边线的高差H=496mm。根据“REF_Ref359502699\h\*MERGEFORMAT公式51：组件间距计算公式”D=1244.59mm（通常向上取整为D=1245mm），D1=2105。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s15：D-D1示意图根据“REF_Ref359503322\h\*MERGEFORMAT表54：11、12月影长D1对照表”，12月的9:00～10:00日照影长与公式法计算结果最为接近，若安装时D取11月9:00日照影长，则可减少间距218.59mm，若安装时D取11月10:00日照影长，则可减少间距390.59mm。因此，当按公式法设计安装10行光伏组件的时候，通过图示法优化后，至少可多安装一行。由此，增加了系统装机量，也能使全年发电量更多。公式法图示优化法图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s16：安装布置示意对比图通过以上安装布置示意对比图可知：根据公式法计算的组件间距，可安装10行光伏组件；根据图示优化法计算的阴影长度，可安装12行光伏组件。图示法阴影长度分析结论：根据公式法计算的组件间距和图示优化法的数据，可知图示优化法所得组件间距是公式法组件间距的68%左右。因此，可在公式法计算组件间距后以0.6859（或保留一位小数至0.70）为系数得出图示优化法的组件间距，从而简化计算。通过上述分析可知：在计算支架型光伏发电的组件前后间距时，可采用11月（以11月20日为例）10:00时遮挡物的北侧阴影长度作为计算组件前后间距的依据；采用图示优化法所安装的光伏组件数量明显多于采用公式法安装的光伏组件数量。图示优化法组件间距可取公式法的固定系数：0.8421，最小系数可取0.6859。阴影偏移分析与结论光伏方阵安装后不仅存在前后阴影的影响，同时也存在阴影偏移对光伏组件造成的阴影影响。在实际工程项目中，这种影响多来自东西两侧女儿墙阴影及组件自身阴影。所谓的阴影偏移如下图所示：图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s17：阴影长度及偏移示意图根据图示法，可以明确的标示出遮挡物在不同高度时全年各时间的阴影便宜情况，下图所示为“REF_Ref359241927\h\*MERGEFORMAT表51：公式法典型数据列举表”中各遮挡物高度所造成的阴影偏移尺寸的曲线：图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s18：阴影偏移尺寸曲线示意图同样可以看出，阴影偏移长度随遮挡物的高度增加也呈现非线性趋势。以本项目为例，前后排组件的上边线与下边线高差为496mm，此高度视为遮挡高度，女儿墙与组件下边线的高差为500mm，再次视为等同，并以496mm为遮挡物的高度，得到该高度在不同月份不同时间点的阴影在东西两侧的偏移量曲线（东西两侧偏移量以12:00的零偏移量为中心对称）：图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s19：496mm阴影在各时间点偏移尺寸曲线示意图图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s110：496mm阴影在各月偏移尺寸曲线示意图从上图可知：在8:00～18:00计时区间内，阴影偏移量在8:00时较大并逐步减小，至12:00时偏移为“零”，再逐步增大至16:00的最大（与8:00时对称）。支架型光伏方阵的安装如下图所示，显示为行列形式，并且列间距较小（可视为忽略），因此前排对后排的阴影影响主要为北侧阴影长度影响，而通常女儿墙等其它内容与光伏方阵具有一定距离在考虑阴影影响时有必要进一步考虑其阴影偏移量的影响。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s111：支架型光伏方阵平面示意图通过“REF_Ref360029238\h\*MERGEFORMAT图510：496mm阴影在各月偏移尺寸曲线示意图”可以以看出，当考虑11月9:00阴影偏移的影响区间时，9月～3月8:00前和16:00后对被遮挡有影响；而考虑11月10:00阴影偏移的影响区间时，8月～4月9:00前和15:00后对被遮挡有影响。而通常认为有效发电时间为9:00～15:00，因此在考虑阴影偏移带来的影响时，可以仅考虑11月20日9:00的阴影偏移影响，为了进一步追求装机量，可适当考虑11月20日10:00时的阴影偏移影响，但应做好权衡取舍。分析结论通过本文的赘述，我们可以看到利用阴影间距计算公式计算光伏方阵组件前后间距（公式法）与利用日照图示法模拟阴影长度得到光伏方阵组件前后间距（图示法）的差异：序号比较内容公式法图示法备注1方法利用公式计算利用软件模拟2业内使用情况较多采用较少采用3便捷程度快较慢4直观程度不直观直观5对阴影偏移的分析无有6对结果调整时的依据无针对时间点调整7组件间距尺寸直接计算12月22日的组件间距通过描述各天时间点的阴影长度来确定组件间距在实际工程中，可先用公式法进行计算，然后可根据工程具体要求或采用图示法进行调整，调整时间可初步定为11月20日9:00或10:00，但不可一概而论。