王梦璕 刘丽娜

江西省电力设计院

数字化设计技术屋顶光伏电站工程中运用研究

王梦璕 刘丽娜

江西省电力设计院

随着设计技术的不断发展，对设计精度、设计效率的要求不断提高，数字化设计已经广泛运用到各个领域，成为国内外高水平工程公司在工程设计、工程管理及实施阶段的重要辅助手段。结合南昌市机关事务管理局市委、市政府屋顶分布式光伏发电项目(以下简称本工程)，本文基于该工程实例，探讨了数字化设计技术在屋顶光伏发电项目的应用与研究。

屋顶光伏电站；光影分析；数字化设计

本工程由江西省电力设计院投资建设，在屋面上安装1140块265Wp太阳能电池组件，总安装容量302.1kWp。整体工程仅占用南昌市委办公大楼及市政府大楼屋面空间，项目总建设工期3个月。本文主要针对采用数字化设计主要几个模块经行阐述：系统总体方案设计、光伏设计、宣传方案设计等。

1 总体数字化设计平台架构

数字化设计平台以Bentley公司MicroStation为基础设计平台，上面架构电气、土建专业设计平台，实现多专业工程分析、计算及数字化设计协同。通过ProjectWise文件管理协同平台，同时融合Bentley设计平台及光伏系统设计软件PVsyst。

2 工程运用详点

2.1 系统总体方案设计

根据收集到的南昌站1994～2013年逐月实际太阳能辐射总量求出南昌站代表年各月太阳能辐射总量。根据当地气象参数，计算出最佳倾角，首年发电量计算，25年发电量，节能减排等光伏系统设计参数，并出各相关计算书。

根据国际上公认的PVsyst软件计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法，计算出不同倾斜面上的年平均太阳辐照量进行比较，得出倾角在23°时可获得最大的太阳辐照量。根据《光伏发电站设计规范》中提供南昌地区并网系统光伏电站中光伏阵列最佳倾角参考值22.67°，及逆变器最佳输入电压以及电池板工作环境等因素进行修正后，同时考虑市委市政府大楼屋面区域限制，本工程采用20°倾角固定式安装方式，多晶硅太阳能电池组件的串联方式为20块/串。

2.2 光伏设计

在屋面光伏电站设计过程中，光伏阵列一般根据建筑物朝向，并按最佳倾角布置，在实际工程中由于市政市委楼建筑造型相对复杂，该工程被严格要求不能影响建筑物原本美观，本工程作为“低碳绿色能源示范基地”，要求设计、施工都必须遵循绿色节能等要求。故采用三维数字化设计模拟仿真实际情况布置光伏板的设计，在设计中利用太阳能电池板安装角度、建筑物遮挡、光照三个因素检测光伏整列布置的合理性。

在三维软件Microstation中设置工程地点经纬度，相同安装方式下，选着当地冬至日(每年12月22日为冬至日，为全年光照效果最弱日)作为模拟光照条件，模拟光照效果，对比根据《光伏发电站设计规范》中计算公式计算结果，如下：

下图为软件模拟光影效果与公式计算结果比对：

公式计算结果 软件模拟效果(测量单位为：米) D=2.536m

根据比较可知，三维软件Microstation的光影模拟效果是有正确的实际指导意义，根据计算结果，设计方案定为太阳能电池板前后排组件阵列间距设计为1.1m。利用Substation布置出太阳能电池板三维模型，可模拟该工程整个屋面在全年任意时刻的光影效果。搭建市政楼及市委楼周围环境模型，较真实的模拟出周围建筑物、市政楼市委楼本身建筑造型在当地冬至日(每年12月22日为，冬至日为全年光照效果最弱日)内对屋面太阳能电池板的光影遮挡效果。模拟结论得出市委楼在冬至日上午9点到11点太阳能电池板局部会被遮挡，但11点到下午5点可被太阳光充分照射，满足光伏电站设计规定需求：每两列组件之间的间距设置必须保证在太阳高度角最低的冬至日时，所有太阳能电池上仍有6小时以上的日照时间。利用三维手段，结合工程周围环境、光照条件、仿真模拟，通过布置、校核、修改、验证最终得到最优化最合理的布置方案。

3 工程技术难点

基于本工程的数字化设计运用，得出Benltey三维数字化设计平台，在光伏发电工程中可真实的模拟太阳能电池板在当地任意时间点的光照效果，对光伏板的光影分析有相当直观的指导意义，并可作为检验方案可行性的效果模拟，有相当的价值。但是Benltey三维数字化设计平台，缺少系统设计方案中所需的计算功能，在系统设计环节中不能提供良好的设计指导。由于软件无法实现光伏板批量化自动布置，针对屋面光伏点来说该功能缺陷还不是很明显，但是很难运用到山地光伏工程，大大的限制了工程类型运用范围。

4 结束语

数字化设计方式以强大的数据库支撑，采用三维直观的空间表现形式，统一的工程设计环境，高效地完成多专业协同设计，相较于传统二维设计，数字化设计尺寸更加准确，工程量统计更加精准，利用三维模型提高设计的合理性，三维环境的真实模拟，准确有效的指导设计方案的调整。数字化设计应该结合多平台优势，互补互融，达到工程设计方案最优。

[1]中国电力企业联合会 光伏发电站设计规范 中国计划出版社.2012 [2]Microstation V8中文使用手册

[3]易旷怡 太阳能光伏建筑一体化协同设计研究 北京交通大学 2013 [4]杨金焕 太阳能光伏发电应用技术(第2版)电子工业出版社 2013