數(shù)字化設計技術屋頂光伏電站工程中運用研究

王夢璕 劉麗娜

江西省電力設計院

數(shù)字化設計技術屋頂光伏電站工程中運用研究

王夢璕 劉麗娜

江西省電力設計院

隨著設計技術的不斷發(fā)展，對設計精度、設計效率的要求不斷提高，數(shù)字化設計已經(jīng)廣泛運用到各個領域，成為國內外高水平工程公司在工程設計、工程管理及實施階段的重要輔助手段。結合南昌市機關事務管理局市委、市政府屋頂分布式光伏發(fā)電項目(以下簡稱本工程)，本文基于該工程實例，探討了數(shù)字化設計技術在屋頂光伏發(fā)電項目的應用與研究。

屋頂光伏電站；光影分析；數(shù)字化設計

本工程由江西省電力設計院投資建設，在屋面上安裝1140塊265Wp太陽能電池組件，總安裝容量302.1kWp。整體工程僅占用南昌市委辦公大樓及市政府大樓屋面空間，項目總建設工期3個月。本文主要針對采用數(shù)字化設計主要幾個模塊經(jīng)行闡述：系統(tǒng)總體方案設計、光伏設計、宣傳方案設計等。

1 總體數(shù)字化設計平臺架構

數(shù)字化設計平臺以Bentley公司MicroStation為基礎設計平臺，上面架構電氣、土建專業(yè)設計平臺，實現(xiàn)多專業(yè)工程分析、計算及數(shù)字化設計協(xié)同。通過ProjectWise文件管理協(xié)同平臺，同時融合Bentley設計平臺及光伏系統(tǒng)設計軟件PVsyst。

2 工程運用詳點

2.1 系統(tǒng)總體方案設計

根據(jù)收集到的南昌站1994～2013年逐月實際太陽能輻射總量求出南昌站代表年各月太陽能輻射總量。根據(jù)當?shù)貧庀髤?shù)，計算出最佳傾角，首年發(fā)電量計算，25年發(fā)電量，節(jié)能減排等光伏系統(tǒng)設計參數(shù)，并出各相關計算書。

根據(jù)國際上公認的PVsyst軟件計算傾斜面上月平均太陽輻照量的方法，計算出不同傾斜面上的年平均太陽輻照量進行比較，得出傾角在23°時可獲得最大的太陽輻照量。根據(jù)《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》中提供南昌地區(qū)并網(wǎng)系統(tǒng)光伏電站中光伏陣列最佳傾角參考值22.67°，及逆變器最佳輸入電壓以及電池板工作環(huán)境等因素進行修正后，同時考慮市委市政府大樓屋面區(qū)域限制，本工程采用20°傾角固定式安裝方式，多晶硅太陽能電池組件的串聯(lián)方式為20塊/串。

2.2 光伏設計

在屋面光伏電站設計過程中，光伏陣列一般根據(jù)建筑物朝向，并按最佳傾角布置，在實際工程中由于市政市委樓建筑造型相對復雜，該工程被嚴格要求不能影響建筑物原本美觀，本工程作為“低碳綠色能源示范基地”，要求設計、施工都必須遵循綠色節(jié)能等要求。故采用三維數(shù)字化設計模擬仿真實際情況布置光伏板的設計，在設計中利用太陽能電池板安裝角度、建筑物遮擋、光照三個因素檢測光伏整列布置的合理性。

在三維軟件Microstation中設置工程地點經(jīng)緯度，相同安裝方式下，選著當?shù)囟寥?每年12月22日為冬至日，為全年光照效果最弱日)作為模擬光照條件，模擬光照效果，對比根據(jù)《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》中計算公式計算結果，如下：

下圖為軟件模擬光影效果與公式計算結果比對：

公式計算結果 軟件模擬效果(測量單位為：米) D=2.536m

根據(jù)比較可知，三維軟件Microstation的光影模擬效果是有正確的實際指導意義，根據(jù)計算結果，設計方案定為太陽能電池板前后排組件陣列間距設計為1.1m。利用Substation布置出太陽能電池板三維模型，可模擬該工程整個屋面在全年任意時刻的光影效果。搭建市政樓及市委樓周圍環(huán)境模型，較真實的模擬出周圍建筑物、市政樓市委樓本身建筑造型在當?shù)囟寥?每年12月22日為，冬至日為全年光照效果最弱日)內對屋面太陽能電池板的光影遮擋效果。模擬結論得出市委樓在冬至日上午9點到11點太陽能電池板局部會被遮擋，但11點到下午5點可被太陽光充分照射，滿足光伏電站設計規(guī)定需求：每兩列組件之間的間距設置必須保證在太陽高度角最低的冬至日時，所有太陽能電池上仍有6小時以上的日照時間。利用三維手段，結合工程周圍環(huán)境、光照條件、仿真模擬，通過布置、校核、修改、驗證最終得到最優(yōu)化最合理的布置方案。

3 工程技術難點

基于本工程的數(shù)字化設計運用，得出Benltey三維數(shù)字化設計平臺，在光伏發(fā)電工程中可真實的模擬太陽能電池板在當?shù)厝我鈺r間點的光照效果，對光伏板的光影分析有相當直觀的指導意義，并可作為檢驗方案可行性的效果模擬，有相當?shù)膬r值。但是Benltey三維數(shù)字化設計平臺，缺少系統(tǒng)設計方案中所需的計算功能，在系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中不能提供良好的設計指導。由于軟件無法實現(xiàn)光伏板批量化自動布置，針對屋面光伏點來說該功能缺陷還不是很明顯，但是很難運用到山地光伏工程，大大的限制了工程類型運用范圍。

4 結束語

數(shù)字化設計方式以強大的數(shù)據(jù)庫支撐，采用三維直觀的空間表現(xiàn)形式，統(tǒng)一的工程設計環(huán)境，高效地完成多專業(yè)協(xié)同設計，相較于傳統(tǒng)二維設計，數(shù)字化設計尺寸更加準確，工程量統(tǒng)計更加精準，利用三維模型提高設計的合理性，三維環(huán)境的真實模擬，準確有效的指導設計方案的調整。數(shù)字化設計應該結合多平臺優(yōu)勢，互補互融，達到工程設計方案最優(yōu)。

[1]中國電力企業(yè)聯(lián)合會 光伏發(fā)電站設計規(guī)范 中國計劃出版社.2012 [2]Microstation V8中文使用手冊

[3]易曠怡 太陽能光伏建筑一體化協(xié)同設計研究 北京交通大學 2013 [4]楊金煥 太陽能光伏發(fā)電應用技術(第2版)電子工業(yè)出版社 2013