复杂屋顶分布式光伏项目光资源仿真计算

复杂屋顶分布式光伏项目光资源仿真计算

范英隆1 ,梁水保2 ,刘同飞3

1 深圳智润新能源电力勘测设计院有限公司  518057

2 深圳智润新能源电力勘测设计院有限公司

3 深圳市出新知识产权管理有限公司

摘要：

随着光伏行业的高速发展，大型工商业屋顶利用率越来越高，大面积且平整的优质屋顶光伏将越来越少，而复杂结构屋顶建设光伏项目将越来越多，复杂屋顶的发电量及发电小时数受屋面环境、朝向等因素影响较大，需针对各影响因素分别进行计算分析。因此，本文选取南京东阳污水处理厂屋顶光伏项目进行案例分析，应用Solargis、Pvsyst光伏仿真软件，针对其屋面特点，对光伏阵列阴影遮挡、阵列间距、组件选型、组件倾角及方位角等方面的进行分析计算，希望能对复杂屋顶光伏项目的建设提供一定的借鉴意义。

关键词：复杂屋顶光伏 光资源分析

正文：

江苏省属于太阳能资源丰富地区，年均总辐射量在1300~1400kWh/㎡之间，其分布特点从南向北，从西向东逐渐增加。

南京东阳污水处理厂屋顶光伏项目位于南京市栖霞区润阳东路116号，该项目涉及屋面类型较多，包括池面、混凝土屋面、彩钢瓦屋面，总面积达24000㎡，且建筑群非正南正北建设，为南偏东32°，

一、太阳能资源

本文首先采用SolarGis款专业光伏分析计算工具，初步评估拟选场址的太阳能资源

由以上图表知，年内各月太阳能总辐射以5月份最多（147.4kWh/㎡），1月份最少（68kWh/㎡），太阳总辐射量夏秋两季较强，有较好的利用价值，春冬两季相对较差，全年太阳总辐射量为1298.4kWh/㎡。

二、逆变器选型

集中式逆变器：功率在30kW到3125kW之间，随着电力电子技术的发展，组串式逆变器越做越大，现在500KW以下的集中式逆变器基本退本市场。功率器件采用大电流IGBT,系统拓扑结构采用DC- AC一级电力电子器件变换全桥逆变，后级一般接双分裂工频升压隔离变压器，防护等级一般为IP20。体积较大，室内立式安装。大型地面集中式光伏项目通常选择集中式逆变器。

组串式逆变器：功率在lkW到225kW,小功率逆变器开关管一般采用小电流的MOSFET,中功率逆变器一般采用集成多个分立器件的功率模块，拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换，防护等级一般为IP65。体积较小，可室外臂挂式安装。屋顶光伏项目通常选择组串式逆变器。

本项目仿真选用组串式逆变器。

三、光伏阵列的倾角选择
        并网光伏发电过程中，最佳倾角所指是获取全年最大光辐射量的组角倾角，经过调整组件的放置支架得到最后的吸光效果。光伏组件支架可以转变倾角和固定倾角，可变倾角通常用于大型光伏发电系统，固定倾角支架相对比较简单，一般通过获取全年最大辐射量和组件放置角度来制定，此种设计规模比较小，主要用于光伏发电系统的研究与验证，主要采用固定倾角方式支架。据实践调查表明，南京地区总辐射最佳倾角为25~26°，将此角度设定为放置光伏组件支架的水平倾角。组件布置策划时，要重视考虑屋面承重、放水，组件抗风、防雷击等相关问题。

四、池面光伏方阵仿真

污水处理厂池面包括MBR生物池、事故调解池、污泥浓缩池，经仿真计算，光伏组件倾角为25°时年满发小时数最高，约1140h，阵列间距为4m。考虑到池面面积约17000㎡，装机容量影响较大，为提高项目经济型，需增加装机容量，提高总发电量，可作降倾角处理。经仿真计算，光伏组件倾角为10°时总发电量最大，阵列间距为3m。

池面光伏支架可考虑采用固定支架、跟踪支架、柔性支架，组件距离水面0.5m。为增加发电量，可选用单晶硅双面双玻光伏540/545Wp组件，反射率10%，经计算，综合效率约82%，全年满发小时为1108h。

五、混凝土屋面光伏方阵仿真

混凝土屋面为多个零散建筑组成，面积合计约7000㎡，分布较为分散，经计算，降倾角难以增加阵列行数。在装机容量难以提升的情况下，该类屋面选用最佳倾角方案，即光伏组件倾角为25°，阵列间距为4m。

混凝土屋面可考虑采用固定支架、跟踪支架，组件距离屋面0.5m。选用单晶硅双面双玻光伏540/545Wp组件，反射率20%，经计算，综合效率约83.5%，全年满发小时为1121h。。

六、彩钢瓦屋面仿真

彩钢瓦屋面首先需明确光伏组件的形式及铺设方式，清楚原有建筑物的屋面形式。清楚原有建筑物的结构形式并对主要结构受力构件进行核算。根据原有建筑物的屋面形式、结构形式、光伏阵列的布置形式、光伏组件本身的形式、结构核算结果及可能的施工措施等多项条件，给出各种可行的支架布置方案，确定最优的布置方式。

目前彩钢屋面多为坡屋面，常见的坡度为10%和5%。屋面板为压型钢板或压型夹芯板，下部为檩条，檩条搭设在门式刚架等主要支撑结构上。在国内，此种类型的屋面安装光伏电站实例较多。

本项目彩钢瓦屋面考虑到屋顶荷载影响，采用沿坡面平行铺设方式，选用单晶硅单面单玻光伏540/545Wp组件，倾角为5°，阵列间距为2.64m，经计算，综合效率约81%，全年满发小时为1110h。。

结语：

通过仿真计算可见，本项目各建筑虽处在同一园区，不同屋面结构对发电量影响还是比较明显的，年满发小时最大可相差10几个小时，若采用相同的输入参数，必将产生较大的误差。因此，为了在项目决策阶段更加精确的分析项目的可行性，应针对不同结构的屋面对以下因素综合考虑：

 1）太阳辐照资源、组件阵列倾角、组件表面清洁度、组件温度、线缆损耗、逆变器转换效率等是影响屋顶分布式光伏项目发电量的重要因素。
        2）项目地太阳辐照资源及温度是影响发电量预测的基础数据，因此要获取可靠的一手资料。
        3）组件表面清洁度、主要设备故障率等也是影响项目发电量的重要因素，因此仔细考察项目的污染程度，并加强设备采购和项目运维。

参考文献：

【1】袁东波. 屋顶分布式光伏系统发电量测算研究【J】.. 工程建设标准化，2026.07：69-71

【2】龚再华，曹正兰. 关于屋顶太阳能光伏发电系统的设计研究【J】.电力设备，2019.11

【3】赵星竹. 屋顶并网光伏发电系统优化设计与验证[D].沈阳工程学院,2019.11

【4】俞晟，罗刚. 影响并网光伏系统发电量的因素[J]. 建筑电气, 2014.11.