固定光伏阵列不遮挡间距自动计算

光伏阵列设计时遮挡影响研究

光伏阵列设计时遮挡影响研究发表时间：2019-03-05T11:11:27.013Z 来源：《建筑细部》2018年第16期作者：沈檬[导读] 本文对光伏发电项目场外地形遮挡和场内间前后遮挡进行了初步分析，结合实际光伏发电项目中国能源工程（海门）发展有限公司北京市 100020 摘要：本文对光伏发电项目场外地形遮挡和场内间前后遮挡进行了初步分析，结合实际光伏发电项目，通过对计算间距公式和计算机日照模拟图示阴影进行比较分析，得出合理间距设计结果。

关键词：光伏阵列；设计时；遮挡影响研究。

一引言在太阳能光伏发电项目的设计工作中需要根据当地的气象数据、装机容量、方阵布置、组件参数、系统结构、系统效率等多种要素来综合评估光伏电站建成后第一年的理论发电量和等效满负荷小时数，评估方法可以依靠PVSYST模拟软件等多种资源设计软件通过参数设置、损耗参数修正、阴影计算等内容来进行模拟计算。

其中，阴影遮挡是经常遇到的一个关键问题，对光伏的发电特性影响占主导地位，在光伏系统的设计中，可能出现的阴影可分为随机隐形和系统阴影两种。

随机阴影产生的原因、时间和部位都不确定。

系统阴影是由于周围比较固定的建筑、树木以及建筑本身的女儿墙、冷却塔、楼梯间、水箱等遮挡而造成的。

采用阵列式布置的光伏系统，其前排组件可能在后排组件上产生的阴影也属于系统阴影。

处于阴影范围的组件不能接收直接辐射，但可以接收散射辐射，虽然散射辐射也可以使太阳能电池组件工作，但两类辐射的强度差异仍然造成输出功率的明显不同。

消除随机阴影的影响主要依靠光伏系统的监控子系统。

对于系统阴影，则应注意回避在一定直接辐射强度之上时诸多遮挡物的阴影区。

二设计依据根据国家标准《光伏发电站设计规范》中要求：“7.2 光伏方阵布置”“2、地面光伏发电站的光伏方阵布置应满足下列要求：光伏方阵各排、列的布置间距应保证每天 9：00～15：00（当地真太阳时）时段内前、后、左、右互不遮挡。

屋顶光伏组件阵列间距计算的深入分析

屋顶光伏组件阵列间距计算的深入分析目前分布式光伏系统的应用主要以工业、商业或民用建筑屋顶为主，光伏阵列排布在分布式系统设计中是非常重要的环节，对于阵列前后间距的优化，我们一般以冬至日上午9时和下午15时阵列前后互不遮挡的原则作为参考，它不仅要考虑当地纬度下的太阳高度角、太阳方位角、安装倾角，也还要考虑屋面本身的坡度、坡面朝向和坡面方位角，而目前对于光伏阵列前后间距的研究文献大多是正南朝向的水平屋面，虽然也有涉及到坡角和方位角，但分析仍不够全面，存在一定的局限性。

因为实际的屋面可能同时呈现坡度和方位角，也有可能屋顶坡面东西朝向或主坡副坡同时存在，因此有必要对这些复杂屋面的阵列间距做深入分析。

通常情况下，屋面一般按其坡度的不同分为坡屋面（屋面排水坡度大于10%）和平屋面（屋面排水坡度小于5%）两大类。

对于平屋面，一种是只有横向排水坡度（或称为主坡），没有纵向排水坡度（或称为副坡、边坡），另一种则稍复杂些，同时存在主坡和副坡，副坡和主坡形成一定的角度，两种情况参考图1和图2。

主坡较常见的为2%~3%，副坡为0.5%～1%。

从光伏组件安装应用角度，目前使用最广泛的为平屋面，如工业彩钢瓦屋面、混凝土屋面，而坡屋面主要为别墅类，因坡屋面自身坡度较高，所以光伏组件一般沿着屋面平铺，参照图3。

而平屋面的坡角较小，则需要设计一定的安装倾角来获得更高的发电效率，参照图4。

平屋面可分为坡角为0°角和不为0°角两种，按照坡面朝向又可以分为东西坡和南北坡屋面，如图5为东西朝向双坡面，图6为南北朝向双坡面，这两种屋面光伏阵列朝南安装在南坡或北坡。

当然这两种屋面可能同时存在主坡和副坡，也可能存在一定的方位角，为计算方便起见，这里坡面的方位角定义为坡面法线方向在水平面的投影和正南方向的夹角，偏西为正，偏东为负。

本文主要研究对象为东西坡和南北坡这两种典型的平屋面，并推广到屋面含有方位角和主副坡共存的复杂情形。

光伏电站光伏阵列间距计算方法

采用同定式安装方式的光伏阵列，会有方位角和倾斜角的概念我同光伏发电没备一般为正南朝向安装。受场所限制时，方位角会有所调整但幅度不会太大。倾斜角指的是光伏阵列与地面之间的夹角．最理想的倾斜角要使太阳能电池年发电能量尽可能大，而冬季干ｆ１夏季发电能量差异尽可能小。一般取当地纬度或当地纬度加减几度作为光伏阵列安装的倾斜角。３光伏阵列间距计算
计算光伏阵列『Ｈ】距一般选择以冬至日光伏阵列有
效发电时间（９时一１５时）内不发生遮挡为准。原因是冬至日太阳高度角最小，光伏阵列阴影最大，在冬至日光伏阵列不发生前后排遮挡，则全年其他日期都小会发生遮挡。冬至日赤纬角为一２３。２６。时角选择４５。或一４５。，即９时或１５时时不发生遮挡。
式中 — — 太阳高度角； — — 地纬度；
６— — 赤乡角；ｆ— — 州。角（４）太阳方位角阳方位角是指太阳光线在地平面的投影与地午线的夹角，可近似看作是竖立在地面上的直线太阳光的影与正南方的夹角。太阳方化角的计算公式为

屋顶光伏组件阵列间距计算的深入分析

屋顶光伏组件阵列间距计算的深入分析目前分布式光伏系统的应用主要以工业、商业或民用建筑屋顶为主，光伏阵列排布在分布式系统设计中是非常重要的环节，对于阵列前后间距的优化，我们一般以冬至日上午9时和下午15时阵列前后互不遮挡的原则作为参考，它不仅要考虑当地纬度下的太阳高度角、太阳方位角、安装倾角，也还要考虑屋面本身的坡度、坡面朝向和坡面方位角，而目前对于光伏阵列前后间距的研究文献大多是正南朝向的水平屋面，虽然也有涉及到坡角和方位角，但分析仍不够全面，存在一定的局限性。

因为实际的屋面可能同时呈现坡度和方位角，也有可能屋顶坡面东西朝向或主坡副坡同时存在，因此有必要对这些复杂屋面的阵列间距做深入分析。

通常情况下，屋面一般按其坡度的不同分为坡屋面（屋面排水坡度大于10%）和平屋面（屋面排水坡度小于5%）两大类。

对于平屋面，一种是只有横向排水坡度（或称为主坡），没有纵向排水坡度（或称为副坡、边坡），另一种则稍复杂些，同时存在主坡和副坡，副坡和主坡形成一定的角度，两种情况参考图1和图2。

主坡较常见的为2%~3%，副坡为0.5%～1%。

从光伏组件安装应用角度，目前使用最广泛的为平屋面，如工业彩钢瓦屋面、混凝土屋面，而坡屋面主要为别墅类，因坡屋面自身坡度较高，所以光伏组件一般沿着屋面平铺，参照图3。

而平屋面的坡角较小，则需要设计一定的安装倾角来获得更高的发电效率，参照图4。

平屋面可分为坡角为0°角和不为0°角两种，按照坡面朝向又可以分为东西坡和南北坡屋面，如图5为东西朝向双坡面，图6为南北朝向双坡面，这两种屋面光伏阵列朝南安装在南坡或北坡。

当然这两种屋面可能同时存在主坡和副坡，也可能存在一定的方位角，为计算方便起见，这里坡面的方位角定义为坡面法线方向在水平面的投影和正南方向的夹角，偏西为正，偏东为负。

本文主要研究对象为东西坡和南北坡这两种典型的平屋面，并推广到屋面含有方位角和主副坡共存的复杂情形。

光伏电站太阳能电池阵列间距的计算

位角 α。
1． 2 根据函数计算太阳高度角
根据球面三角函数分析认为太阳高度与观测
者的地理纬度、太阳赤纬和方位角有着一定关系，
它们之间的关系式为：
sinh = sinφ·sinδ + cosφ·cosδ·cosα （ 2）
式中： φ——— 当地纬度角；
δ——— 当地赤纬角。
一年中第 n 天的赤纬角 δ 按如下公式计算：
欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟站太阳能电池阵列间距的计算
吴永忠1 ，邹立珺2
（ 1．水利部牧区水利科学研究所，内蒙古呼和浩特 010010； 2．内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010051）
摘要：用两种方法探讨了太阳能光伏电站设计中的太阳电池阵列间距的计算方式。分析表明，当阵列高度一
WU Yong-zhong1 ，ZOU Li-jun2
（ 1． The Institute of Water Resources for Pastoral Areas，Huhhot 010020，China； 2． Inner Mongolia University of Technology，Huhhot 010051，China）
太阳高度角是指对于地球上的某个地点太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度角是决定地球表面获得太阳热能多少的最重要因素。 1． 1 影子倍率法计算太阳高度角
一般在水平面垂直竖立的高为 L 的木杆，其
图 1 电池阵列安装示意
南北方向影子的长度为 Ls，太阳的高度角为 h，方位角为 α，那么影子的倍率 R 可由下式表示［1］：
从表 1 和表 2 可以看出，随着纬度的升高，而太阳高度角逐渐减小，阵列间距应该逐渐增大。

太阳能阵列间距计算小工具

计算太阳电池方阵的最小间距
甘肃自然能源研究所李世民 lishimina@ 一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡。

计算公式如下：
度32δ
角（冬至：-23.5°）
β阵列倾角（度）ω时角: 15°/小时（9：00AM-3：00PM 45°)
γn阵列朝向（正南=0，向东为负，向东为正）
α太阳高度角
γs太阳方位角（正南=0，向东为负，向东为正）
L 阵列斜长（米）
0.808H 光伏方阵阵列的高度
0.140
光伏方阵阵列间距计算结果（米）：Φ为纬度(在北半球为正、南半球为负)，武威是37º 56’；
()[]
ωδφδφγ
ββcos cos cos sin sin arcsin tan cos sin cos ++=L L D
光伏方阵阵列间距计算结果（米）：
占地比(组件面积：占地面积）
占地面积
光伏电池阵列面积
光伏电池阵列总长度
分0
0.0
32.0-23.5
10.0
45.0
0.0
19.8
43.6
0.1400
D1D2
折合
0.800.28 1.1
1.33
44456平方米
33333平方米
41254.1米。

一种光伏组件无阴影遮挡时间计算方法

在上述背景下ꎬ光伏产业蓬勃发展ꎬ各项技术趋近成熟ꎬ光伏电站整体造价呈现下降趋势ꎮ 对光伏行业技术作更深入的剖析势在必行ꎬ而光伏组件无阴影遮挡的时间则是分析光伏电站经济性指标的一个重要参数[１] ꎮ 目前ꎬ要记录光伏组件在一日中无阴影遮挡的时间ꎬ仅能通过对已运行的电站进行实际监测记录ꎬ但
光伏电站所在山地坡度的差异ꎬ使日照时间记录极为困难ꎮ 本文研究了一种新型的计算方法ꎬ可在项目设计初期光伏组件布置确定的前提下ꎬ根据光伏电站所在地纬度、电池组件长度、电池组件间距、电池组件倾角、山地坡度等参数计算光伏组件无阴影遮挡的时间ꎮ 这一研究可在项目前期进一步优化光伏电站的组件布置ꎬ对电站的科学合理设计有着重要意义ꎮ
ＺＨＡＮＧＺｈｅｎ
( ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＪｉａｎｇｓｕＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１０２ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｕｓｕａｌｌｙꎬ ｔｈｅｎｏ￣ｓｈａｄｉｎｇｔｉｍｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ( ＰＶ) ｍｏｄｕｌｅｓｉｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｃａｎｏｎｌｙｂｅｍｅａｓ￣ｕｒｅｄｗｈｅｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ. Ａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｎｏ￣ｓｈａｄｉｎｇｔｉｍｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｍｏｄｕｌｅｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｃ￣ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｌａｔｉｔｕｄｅꎬ ＰＶｍｏｄｕｌｅｌｅｎｇｔｈꎬ ｓｐａｃｉｎｇꎬ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅꎬ ｓｌｏｐｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｅｌａｎｄｏｔｈｅｒｍａｊｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ. ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｐｒｏｖｉｄｅｓｕｓｅｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅＰＶｍｏｄｕｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｍｏｄｕｌｅꎻ ｎｏ￣ｓｈａｄｉｎｇꎻ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ

四种屋面坡度的光伏系统方阵间距计算方法

四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。

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：冬至日真太阳时9：00或15：00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°，09：00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：由太阳的方位角、高度角和建筑物高度可以确定影子的长度。

假设一根细棒高度为单位高度，将影子分为南北和东西两个分量，即得出影子南北方向和东西方向的阴影系数。

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：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。

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。

固定光伏阵列不遮挡间距自动计算

说明：
1：太阳能电池方阵前后阵列的间距为S1，实
际中常用的为S4,一般确定的+G1原则为冬至日当天
早9:00至下午3:00太阳能电池方阵不应被遮挡。

2：本工具适用地点为北半球。

根据理论计算固
定光伏方阵保证前后排不遮挡所需的最小间距，在
浅绿色表格中输入参数即可得出结果。

参数输入
冬至日太阳赤纬角23.5度
安装纬度35.71度
冬至日太阳高度角B30.79度
组件竖向长度 1.65米
组件行数2行
安装倾角A36度
阵列高度H 1.94米
组件上端到后立柱距离L20.4米
组件下端到前立柱距离L10.4米
结果输出
阵列间距S1 3.26米
阵列间距S4 3.90米
组件投影长度 2.67中心距 5.925528
另需考虑方位角
3.3 L10.4。

太阳能阵列间距计算小工具

计算太阳电池方阵的最小间距
甘肃自然能源研究所李世民 lishimina@ 一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡。

计算公式如下：
度32δ
角（冬至：-23.5°）
β阵列倾角（度）ω时角: 15°/小时（9：00AM-3：00PM 45°)
γn阵列朝向（正南=0，向东为负，向东为正）
α太阳高度角
γs太阳方位角（正南=0，向东为负，向东为正）
L 阵列斜长（米）
0.808H 光伏方阵阵列的高度
0.140
光伏方阵阵列间距计算结果（米）：Φ为纬度(在北半球为正、南半球为负)，武威是37º 56’；
()[]
ωδφδφγ
ββcos cos cos sin sin arcsin tan cos sin cos ++=L L D
光伏方阵阵列间距计算结果（米）：
占地比(组件面积：占地面积）
占地面积
光伏电池阵列面积
光伏电池阵列总长度
分0
0.0
32.0-23.5
10.0
45.0
0.0
19.8
43.6
0.1400
D1D2
折合
0.800.28 1.1
1.33
44456平方米
33333平方米
41254.1米。

光伏阵列之间合理的距离计算公式

光伏阵列之间合理的距离
屋顶安装固定式光伏阵列，太阳能光伏阵列的安装支架必须考虑前后排间距，以防止在日出日落的时候前排光伏组件产生的阴影遮挡住后排的光伏组件而影响光伏方阵的输出功率，根据建设光伏发电系统的地区的地理位置、太阳运动情况、安装支架的高度等因素可以由下列公式计算出固定式支架前后排之间的距离：
上式中为安装光伏发电系统所在地区的纬度，H为前排最高点与后排组件最低点的高度差。

如下图所示：
太阳能高度角和方位角的计算公式
•对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：
•Rβ＝S×[sin(α+β)/sinα]+D
式中：Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量
S ——水平面上太阳直接辐射量
D ——散射辐射量
α——中午时分的太阳高度角
β——光伏阵列倾角。

光伏阵列间距计算

工作簿网址可查看图纸或查工作簿横装填992，通常竖装大板1956，小板1640。一般是2片
填南北向前后阵列高差
南高北低，阵列间距至少加大距离南低北高，阵列间距最多减小距离
7 sin(安装倾角)
0.573576436
8 南北向前后净距
5542.692868 mm
9 南北向前后桩中心距 10 高差与间距比
8747.215665 mm 0.404826872 mm
11 前后阵列高差 12 距离调整值说明：本表只需要填红色区域的数值。
0 mm 0 mm
间距的计算
(0.648cosΦ-0.399sinΦ)] 说明
光伏阵列间距的计算
0.707H/tan[arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)]
有关参数
值
单位
1 项目当地纬度
37.18
度
2 组件安装倾角
35
度
3 单片组件长度或宽度1956mm源自4 南北向上下片数2
片
5 sin(当地纬度)
0.604321037
6 cos(当地纬度)
0.796740914

关于光伏组串阴影间距的通用计算公式推导及应用

142研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2020.12 (下)光伏组串间距计算是光伏电站阵列布置中主要考虑的问题，根据《光伏发电站设计规范》GB 50797要求，地面光伏发电站的光伏方阵布置应满足“光伏方阵各排、列的布置间距应保证每天9：00～15：00（当地真太阳时）时段内前、后、左、右互不遮挡。

”关于光伏组串间距的计算，通常做法为利用PVSyst 软件进行阵列和地形坡度的模拟，进行日照遮挡因子分析，逐步获取最优间距值。

这种做法需要重复进行多次日照遮挡模拟，当地形复杂时，阵列最优间距计算值需要花费大量时间。

关于光伏组串间距计算方法，虽然已有多篇文章进行了讨论和分析，但均未提出适用于任意地理位置，任意地形，任意组串规格，任意时刻的统一、通用计算公式。

1 光伏组串阴影间距通用计算公式推导1.1 符号定义及说明α—地形南北坡度（角度值），向南为正，向北为负；β—地形东西坡度（角度值），向西为正，向东为负；γ—光伏这列固定倾角（角度值），向南；B—光伏组串宽度值（mm ）；L—光伏组串长度值（mm ）；δ—太阳方位角（角度值），以目标物的北方向为起始方向，以太阳光的入射方向为终止方向，按顺时针方向所测量的角度；θh —太阳高度角（角度值），太阳光的入射方向和地平面之间的夹角；t—空间直线参数方程参数；x r —任意点的阴影点在方向的相对值（mm ）；y r —任意点的阴影点在方向的相对值（mm ）；z r —任意点的阴影点在方向的相对值（mm ）；D C —南北相邻光伏组串的中心点的距离（mm ）。

1.2 光伏组串的几何模型光伏组串常规为沿东西走向布置，朝南倾斜（倾角γ），地形东西坡度β。

一般地，光伏组串有安装高度要求，但同一地平面上，光伏组串中心点所在的平面平行与地面，为便于分析，假定地平面抬高至光伏组串的下边缘，这样可以简化坡面方程且不影响阴影间距计算。