快速估算屋顶光伏电站装机容量
发布日期：2017/4/15
1、 屋顶的类型
在我国，建筑物屋顶主要分为三大类：水泥屋顶、彩钢板屋顶和瓦式屋顶。不过从计算光伏系统安装的方式来看，主要可以分为水平屋顶和倾斜屋顶两类。
倾斜屋顶，括彩钢板屋顶和瓦式屋顶。一般来说，倾斜屋顶不需要铺支架、计算倾角，而是在安装时根据屋顶自身的倾斜角度敷设即可，无需考虑组件间的遮挡，所以组件可以无缝隙铺满。因此，在没有屋顶附属物的情况下，彩钢瓦屋顶的使用率会比水平屋顶高，装机容量也会比水平屋顶多。
图一：倾斜屋顶
图二：配重式平屋顶安装
图三：自重式平屋顶安装
2. 快速估算
一般来说，分布式光伏系统的装机量要结合用户的用电量、屋顶面积、屋顶朝向、屋顶周围建筑物遮挡等情况综合来考虑。因此估算的时候需要考虑这些因素。
快捷的计算公式为：屋顶可装机容量=屋顶可利用面积×屋顶利用率×每平方米装机容量
一个标准电池组件的大小是1650mm*990mm，也就是约合1.63平方米，用组件的功率除以1.63，就是每平方的功率。为您准备了速查表：
屋顶利用率，也就是除去周围建筑物、女儿墙及屋顶附属物的遮挡后的实际可利用面积除以屋顶的总面积。实际设计中需要考虑建筑物所在地的经纬度、电站安装的最佳倾角（对于平屋顶）、采光带面积（彩钢瓦的倾斜屋顶）来具体计算。将屋顶总面积减去被遮挡的面积，就是屋顶光伏光伏电站的实际可利用面积。
对于屋顶周围建筑物及附属物的阴影计算，可以利用公式法计算影长时，首先需要知道当地纬度某一太阳时的，这里特别说明的是系统计算所用的时间是指太阳时（Solar Time），它是计算太阳高度角和方位角的基础，太阳时和法律时（Legal Time）不同，法律时是当地时钟所指的标准时间。这两种时间计算得到的高度角和方位角是不同的，理应注意区别。
公式中φ为所在地的纬度， δ为赤纬角， ω为太阳时角。
利用太阳高度角α和方位角β,通过三角关系即可求出某一高度遮挡物在水平面上的阴影长度L，参见图四。以南北向为Y轴，东西向为X轴，通过下面的公式计算得到Lx及Ly的值
图四：水平面上影长的X分量和Y分量
而Lx×Ly×2就是被阴影遮挡的面积，用屋顶总面积减去这部分面积，就是屋顶的实际可利用面积。
当然，简便一点的算法，一般而言对于两种屋顶，遮挡物所遮挡的宽度，可以近似采用：遮挡物的高度×2。用屋顶总面积减去这部分面积，就是屋顶的实际可利用面积。
当然，如果您觉得上面的分析过于麻烦，也可以采用下表中的系数进行估算：
3. 技术展望
事实上，据兔子君的了解，目前国外有许多较为便捷的利用地图的设计软件，比如美国的Aurora Solar、谷歌的Sunroof等。这些软件只需要用户定位项目地，然后通过输入屋顶及附近建筑物的相关信息，就可以在线排布光伏组件，然后软件自动分析阴影，优化排布，最后得到实际安装容量。而Aurora Soar更进一步的是，集成了电气设计以及经济性分析，给出完整的初期方案。极大的减少了设计难度，便于初级用户快速上手。当然，这些软件目前只能对小型的家庭屋顶进行设计，而且因为谷歌地图的原因，在国内并不能使用。
图五：Aurora solar分析报告示例
当然，这并不妨碍我们进行理念的移植，采用无人机现场航拍，计算机直接生成3D模型，通过相同的电站设计技术技术，进行相关的阴影分析及设计，可以快速的得出屋顶的装机容量。国内目前有一些前沿的公司正在开发，但是徒具其型，却不得要领，不得不说与其他先行者的差距还有一段不短的路程。
总结
分布式系统的装机量要结合业主的用电量、屋顶面积、朝向及建筑物周围的遮挡情况等情况综合来考虑，本文仅提供的是快速的估算方法。限于兔子君的水平，如果您对分布式光伏项目快速测算装机容量有什么其他心得，欢迎留言与兔子君讨论。
来源：兔子君
