Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2026-04-14 Origine: Sito
L’angolo di inclinazione e l’angolo di azimut degli array fotovoltaici sono i parametri di progettazione fondamentali che determinano l’efficienza della generazione di energia, la sicurezza strutturale e i vantaggi dell’intero ciclo di vita delle centrali fotovoltaiche distribuite. La loro scelta ragionevole deve essere strettamente combinata con la forma dell'edificio del progetto, le caratteristiche del supporto dell'installazione e la tecnologia di installazione, tenendo conto di molteplici requisiti come l'utilizzo della radiazione solare, la sicurezza strutturale dell'edificio, l'adattamento al carico del vento e il massimo utilizzo delle risorse spaziali. Nella progettazione effettiva delle centrali fotovoltaiche distribuite, la forma dell'edificio (come edifici in cemento armato, edifici in lamiera di acciaio colorata con struttura in acciaio, edifici con tetto in tegole, ecc.) determina la capacità portante strutturale, i vincoli di spazio e i requisiti di impermeabilità del supporto di installazione, mentre la forma di installazione (come fondazione fissa, tipo di contrappeso, tipo di deflettore, ecc.) influenza direttamente la gamma regolabile dell'angolo di inclinazione e dell'angolo di azimut. I due lavorano in sinergia per determinare congiuntamente la scientificità e la razionalità della progettazione dell'array fotovoltaico. Combinando le caratteristiche di diverse forme di costruzione e forme di installazione, questo articolo elabora sistematicamente la logica di progettazione, i punti pratici e i fattori di considerazione fondamentali dell'angolo di inclinazione e dell'angolo di azimut degli array fotovoltaici, fornendo un riferimento professionale per la progettazione ingegneristica.
L'angolo di inclinazione di un campo fotovoltaico si riferisce all'angolo tra il piano dei moduli fotovoltaici e il piano orizzontale. Il suo cuore progettuale è massimizzare la ricezione della radiazione solare adattandosi ai requisiti di sicurezza strutturale dell'impianto portante; l'angolo di azimut si riferisce all'angolo tra la normale del piano del campo fotovoltaico e la direzione sud (nell'emisfero settentrionale), con l'obiettivo principale di ottimizzare l'adattabilità alla traiettoria solare e ridurre la perdita di radiazione. Rispetto alle centrali fotovoltaiche montate a terra, le centrali fotovoltaiche distribuite sono più vincolate dalle strutture dell’edificio, dallo spazio sul tetto, ecc., e non possono semplicemente determinare l’angolo di inclinazione e l’angolo di azimut ottimali in base alla latitudine locale. Devono basarsi sulle caratteristiche specifiche della forma dell’edificio e della forma di installazione per raggiungere un equilibrio tra efficienza di produzione di energia e sicurezza strutturale, che è anche la differenza fondamentale tra la progettazione di array fotovoltaici distribuiti e centrali elettriche montate a terra.
Le centrali fotovoltaiche distribuite hanno varie forme di costruzione, che possono essere principalmente suddivise in edifici in cemento armato, edifici in lamiera di acciaio color struttura in acciaio, edifici con tetto in tegole e posti auto coperti fotovoltaici. Diverse forme di edifici presentano differenze significative nella capacità portante strutturale e nelle caratteristiche del tetto. Se abbinato a diverse forme di installazione, il design dell'angolo di inclinazione deve seguire il principio di differenziazione, tenendo conto dei requisiti chiave come il carico del vento e l'impermeabilità, per evitare danni alla struttura dell'edificio o una bassa efficienza di generazione di energia causata da angoli di inclinazione irragionevoli.
Gli edifici in cemento armato (compresi tetti piani in cemento, tetti con struttura in cemento armato, ecc.) sono i principali vettori di applicazione delle centrali fotovoltaiche distribuite. Hanno una forte capacità portante strutturale e sono adatti a varie forme di installazione. Il design dell'angolo di inclinazione può essere regolato in modo flessibile in base alle diverse forme di installazione, con l'obiettivo di bilanciare l'efficienza della generazione di energia e la sicurezza strutturale, evitando al contempo i pericoli nascosti dell'impermeabilità del tetto.
1. Modulo di installazione della fondazione fissa: questo modulo di installazione è adatto per tetti piani in cemento armato con capacità portante strutturale sufficiente e condizioni del tetto accettabili. Solitamente adotta fondazioni incassate o bulloni ad espansione per fissare le staffe, che hanno una forte stabilità strutturale e nessun pericolo nascosto aggiuntivo dovuto al carico del vento. Il design dell'angolo di inclinazione può dare priorità all'angolo di inclinazione ottimale della posizione del progetto. L'angolo di inclinazione ottimale è solitamente correlato alla latitudine locale, generalmente prendendo la latitudine locale ±5°. Abbinando accuratamente l'angolo di altitudine solare, massimizza la ricezione della radiazione solare diretta e migliora l'efficienza della generazione di energia. Ad esempio, nelle aree a 30° di latitudine nord, l'angolo di inclinazione ottimale può essere controllato tra 25° e 35° e regolato con precisione in base ai dati di radiazione locale per garantire una ricezione equilibrata della radiazione in tutte le stagioni. Allo stesso tempo, è necessario riservare canali di manovra e manutenzione del tetto per evitare inconvenienti di manovra e manutenzione causati da eccessivi angoli di inclinazione.
2. Modulo di installazione del contrappeso: viene utilizzato principalmente su vecchi tetti piani in cemento armato o scenari di tetto in cui la perforazione non è adatta. Le staffe sono fissate tramite contrappesi in cemento, che non danneggiano lo strato impermeabile del tetto e apportano poche modifiche alla struttura dell'edificio. Il vincolo principale di questa forma di installazione è il carico del vento, soprattutto in caso di pressione del vento negativa. Un angolo di inclinazione eccessivo aumenterà in modo significativo il carico del vento sull'array fotovoltaico, che potrebbe causare lo spostamento della staffa e danni al tetto. Pertanto, l'angolo di inclinazione del campo fotovoltaico con installazione del contrappeso non è generalmente superiore a 20°. Se il progetto si trova in una zona ventosa (come zone costiere, zone interne ventose), è necessario calcolare il carico del vento in combinazione con il 'Codice GB50009-2012 per i carichi delle strutture edilizie' e ridurre ulteriormente l'angolo di inclinazione entro 15° per garantire la stabilità della staffa e la sicurezza della struttura del tetto. Allo stesso tempo, la perdita di efficienza nella generazione di energia causata dal ridotto angolo di inclinazione può essere compensata ottimizzando la disposizione dei moduli.
3. Modulo di installazione del deflettore: si applica principalmente agli edifici in cemento armato con requisiti speciali per la ventilazione e il drenaggio del tetto. Un deflettore è posizionato tra il campo fotovoltaico e il tetto per ottimizzare il flusso d'aria sul tetto ed evitare l'accumulo di acqua. In questa forma di installazione, un angolo di inclinazione eccessivo potrebbe causare il guasto del deflettore e uno scarso drenaggio del tetto, aumentando al tempo stesso il carico del vento. Pertanto, l'angolo di inclinazione del generatore fotovoltaico generalmente non è superiore a 10°. Nella progettazione, è necessario combinare la pendenza del drenaggio del tetto per garantire che l'angolo di inclinazione sia coerente con la direzione del drenaggio, il che non solo garantisce l'effetto deflettore ma riduce anche l'accumulo di polvere e acqua sui moduli, bilanciando l'efficienza della generazione di energia e la funzione del tetto. Inoltre, quando l'angolo di inclinazione è inferiore a 10°, è necessario predisporre strutture e canali per la manutenzione e la pulizia manuale con una larghezza non inferiore a 400 mm per soddisfare le esigenze di funzionamento e manutenzione.
I tetti in lamiera d'acciaio color struttura in acciaio sono ampiamente utilizzati negli impianti industriali e commerciali. Le loro caratteristiche strutturali sono leggerezza e capacità portante limitata. La maggior parte dei tetti sono a doppia pendenza (pendenza convenzionale di circa 5°), divisi in due forme comuni: pendenza nord-sud e pendenza est-ovest. La forma di installazione è principalmente un'installazione non distruttiva del tipo a morsetto. La progettazione dell'angolo di inclinazione deve adattarsi perfettamente alle caratteristiche del tetto per evitare rischi di danni strutturali.
Per la progettazione di impianti fotovoltaici su tetti in lamiera di acciaio colorata con struttura in acciaio, è preferibile la forma di posa parallela al tetto e l'angolo di inclinazione è coerente con la pendenza naturale del tetto (solitamente circa 5°), senza ulteriore regolazione dell'angolo. Ciò non solo può evitare di danneggiare la struttura del tetto in lamiera d'acciaio colorata, ma riduce anche il carico del vento, tenendo conto dell'estetica architettonica. Questo metodo di progettazione può massimizzare l'utilizzo dello spazio sul tetto, senza ulteriore aumento dell'altezza delle staffe, riducendo l'investimento iniziale e i costi di funzionamento e manutenzione.
Se il progetto ha requisiti più elevati in termini di efficienza della produzione di energia e necessita di impostare un angolo di inclinazione verso sud, il limite superiore dell’angolo di inclinazione deve essere rigorosamente controllato, generalmente non superiore a 10°. A causa della spaziatura limitata degli arcarecci e della capacità portante del tetto in lamiera d'acciaio colorata della struttura in acciaio, un angolo di inclinazione eccessivo genererà una grande pressione verso l'alto o verso il basso sotto il carico del vento, che potrebbe causare la deformazione della lamiera d'acciaio colorata, danni agli arcarecci e persino perdite dal tetto. Soprattutto nelle zone costiere o nelle zone ventose, è necessario analizzare le condizioni del carico del vento sotto diversi angoli di inclinazione attraverso il metodo CFD (Computational Fluid Dynamics) combinato con i dati locali di base sulla pressione del vento per garantire che il fattore di sicurezza della staffa e della struttura del tetto soddisfi i requisiti.
Con la crescente scarsità di risorse per i tetti, l'utilizzo del fotovoltaico sui tetti in lamiera d'acciaio colorata con struttura in acciaio non è più limitato ai pendii esposti a sud. La posa di pannelli fotovoltaici sia sui pendii nord-sud che est-ovest è diventata la scelta principale. Per i tetti con pendenza est-ovest, l'angolo di inclinazione è ancora coerente con la pendenza del tetto e l'angolo di azimut viene regolato con l'orientamento del tetto. Sebbene l’efficienza della generazione di energia sia leggermente inferiore a quella dei pendii esposti a sud, può massimizzare l’uso dello spazio sul tetto e migliorare la produzione di energia complessiva del progetto. Nella progettazione, i moduli con orientamenti diversi devono essere collegati separatamente per evitare perdite di disadattamento causate dalle differenze nell'angolo di inclinazione e nell'angolo di azimut.
I tetti in tegole (comprese tegole smaltate, piastrelle in ceramica, tegole in asfalto, ecc.) sono utilizzati principalmente nei progetti fotovoltaici domestici e fotovoltaici distribuiti rurali. Le loro caratteristiche strutturali sono la scarsa planarità del tetto, la scarsa capacità portante delle piastrelle e gli elevati requisiti di impermeabilità, quindi i danni da perforazione non sono adatti. Pertanto, la progettazione del campo fotovoltaico deve seguire il principio del 'adattamento al tetto e installazione non distruttiva', e l'angolo di inclinazione è preferibilmente disposto parallelo al tetto.
La pendenza naturale dei tetti in tegole è solitamente compresa tra 20° e 30°. L’angolo di inclinazione del campo fotovoltaico è coerente con la pendenza del tetto senza ulteriori regolazioni, il che non solo evita di danneggiare la struttura delle tegole ma sfrutta anche l’angolo di inclinazione naturale del tetto per ricevere la radiazione solare, bilanciando l’efficienza della generazione di energia e l’impermeabilizzazione dell’edificio. Nella progettazione dovranno essere adottate staffe personalizzate e basi impermeabili, abbinate ad appositi elementi di fissaggio, per evitare di forare le piastrelle. Allo stesso tempo, è necessario effettuare un trattamento di sigillatura impermeabile sui giunti per eliminare il pericolo nascosto di perdite d'acqua dal tetto. Per i tetti in tegole in aree chiave con controllo dello stile, i moduli non devono superare il punto più alto del tetto installato e la superficie della serie di moduli deve essere il più vicino possibile al tetto installato, bilanciando la funzione di generazione di energia e lo stile architettonico.
Se la pendenza del tetto in tegole è eccessiva (ad esempio superiore a 30°), l'angolo di inclinazione deve essere regolato in modo appropriato per ridurre l'altezza di installazione del modulo, evitare lo scivolamento del modulo e ridurre il carico del vento; se la pendenza è troppo piccola (ad esempio inferiore a 15°), è necessario aggiungere misure antiscivolo nella progettazione della staffa e la disposizione dei moduli deve essere ottimizzata per ridurre l'impatto dell'accumulo di polvere e acqua sull'efficienza della produzione di energia.
Essendo un importante scenario applicativo del fotovoltaico distribuito, i carport fotovoltaici sono composti principalmente da telai con struttura in acciaio, con la funzione principale sia di parcheggio che di generazione di energia fotovoltaica. La forma di installazione è l'installazione con staffa sopraelevata. La progettazione dell'angolo di inclinazione deve tenere conto dell'efficienza della generazione di energia, dello spazio di passaggio dei veicoli e della sicurezza strutturale, generalmente non superiore a 10°.
Un angolo di inclinazione eccessivo del posto auto coperto FV aumenterà l'altezza del capannone, influenzerà il passaggio dei veicoli e aumenterà il carico del vento, che potrebbe causare la deformazione del telaio della struttura in acciaio; un angolo di inclinazione troppo piccolo ridurrà la ricezione della radiazione solare e causerà facilmente l'accumulo di polvere e acqua sulla superficie del modulo, influenzando l'efficienza della generazione di energia. Pertanto, l'angolo di inclinazione controllato tra 5° e 10° è il più appropriato, che non solo garantisce il normale passaggio dei veicoli ma riceve anche efficacemente la radiazione solare, riducendo al tempo stesso i pericoli nascosti del carico del vento. L'angolo di azimut è preferibilmente progettato in modo che sia rivolto verso sud per massimizzare l'uso della radiazione solare diretta. Se è impossibile guardare a sud a causa dei vincoli del sito, l’angolo di azimut può essere opportunamente regolato, ma la perdita di efficienza nella produzione di energia deve essere calcolata per garantire che i benefici del progetto soddisfino gli standard.
L'obiettivo principale della progettazione dell'angolo di azimut dell'array fotovoltaico è massimizzare la ricezione della radiazione solare adattandosi al tempo stesso alle forme dell'edificio e ai vincoli del sito. Nell'emisfero settentrionale si preferisce la direzione sud (angolo di azimut 0°). In questo momento, l’array fotovoltaico può ricevere la radiazione solare in modo uniforme durante il giorno, con la massima efficienza di generazione di energia. Secondo ricerche pertinenti, nell’emisfero settentrionale, quando l’angolo di azimut devia di 30° dal sud, la produzione di energia diminuirà di circa il 10%-15%; quando devia di 60° da sud, la produzione di energia diminuirà di circa il 20%-30%. Pertanto, l'angolo di azimut dovrebbe essere il più vicino possibile al sud. Se limitato dall'orientamento dell'edificio e dallo spazio del sito, può essere opportunamente messo a punto, ma l'angolo di deviazione deve essere controllato.
Combinando le caratteristiche di diverse forme di edificio, la progettazione dell'angolo di azimut dovrebbe seguire i seguenti principi: in primo luogo, per scenari senza vincoli di orientamento come tetti piani in cemento armato e tettoie per auto fotovoltaiche, l'angolo di azimut è preferibilmente progettato per essere verso sud. Se c'è occlusione sul tetto, l'angolo di azimut può essere regolato con precisione in base alla situazione di occlusione per evitare aree di occlusione e ridurre la perdita di radiazioni; in secondo luogo, per scenari con orientamenti fissi come tetti in lamiera di acciaio color struttura in acciaio e tetti in tegole, l'angolo di azimut viene regolato con l'orientamento del tetto. Per i tetti con pendenza nord-sud è preferibile la pendenza rivolta a sud. Per i tetti con pendenza est-ovest, la direzione est-sudest o ovest-sudovest può essere scelta in base ai dati di irraggiamento per tenere conto della ricezione della radiazione solare al mattino o al pomeriggio; in terzo luogo, per gli edifici a più pendenze, l'array fotovoltaico può essere ragionevolmente allocato in base all'orientamento e all'area di ciascun pendio e la combinazione dell'angolo di azimut può essere ottimizzata per massimizzare la produzione di energia complessiva.
Inoltre, anche la progettazione dell'angolo di azimut dovrebbe essere combinata con la richiesta di energia del progetto. Se il picco di consumo energetico diurno del progetto è concentrato al mattino, l'angolo di azimut può essere adeguatamente regolato verso est (ad esempio 5°-10° est-sudest) per aumentare la produzione di energia mattutina; Se il picco di consumo energetico è concentrato nel pomeriggio, può essere opportunamente regolato verso ovest per migliorare la produzione pomeridiana, realizzare la corrispondenza tra produzione di energia e domanda di energia e aumentare il tasso di autoconsumo.
Nella progettazione vera e propria, la selezione dell'angolo di inclinazione e dell'angolo di azimut dell'array fotovoltaico non può basarsi semplicemente sulla forma dell'edificio e sulla forma di installazione, ma deve anche essere studiata e valutata in modo completo in combinazione con molteplici fattori come la radiazione solare, il carico del vento, la struttura dell'edificio e le risorse spaziali per raggiungere un equilibrio multi-obiettivo.
Innanzitutto, i fattori di radiazione solare: è necessario raccogliere dati come la radiazione solare annuale totale, la distribuzione stagionale della radiazione e i cambiamenti nell’angolo di altitudine solare nel luogo del progetto. Attraverso la simulazione della radiazione oraria, calcola la generazione di energia in diverse combinazioni di angolo di inclinazione e angolo di azimut e ottimizza la selezione della combinazione ottimale. Ad esempio, nelle aree a 30° di latitudine nord, l'angolo di inclinazione ottimale è solitamente la latitudine locale ±5°, e la regolazione fine dell'angolo di azimut di 5° verso est può aumentare la produzione di energia invernale di circa il 3%. Allo stesso tempo, dovrebbe essere considerato l’utilizzo della radiazione diffusa. Per le aree con giornate più piovose e nuvolose, l'angolo di inclinazione può essere opportunamente ridotto per aumentare la ricezione della radiazione diffusa.
In secondo luogo, i fattori del carico del vento: l’angolo di inclinazione e l’angolo di azimut influiscono direttamente sul carico del vento sull’array fotovoltaico. Soprattutto per i progetti fotovoltaici su tetto, è necessario calcolare rigorosamente il valore standard del carico del vento in conformità con le specifiche e controllare il limite superiore dell'angolo di inclinazione in combinazione con la forma di installazione. Per le aree ad alta pressione del vento, l'angolo di inclinazione e l'angolo di azimut devono essere ulteriormente ottimizzati per ridurre il carico del vento, garantendo la sicurezza della staffa e della struttura dell'edificio. Ad esempio, in ambienti speciali come le regioni polari, è necessario analizzare le condizioni di carico del vento in diversi angoli di direzione del vento e angoli di inclinazione attraverso il metodo CFD (Computational Fluid Dynamics) per determinare la combinazione ottimale di angolo di inclinazione e angolo di azimut.
In terzo luogo, struttura dell'edificio e fattori di impermeabilità: il design dell'angolo di inclinazione dovrebbe evitare di danneggiare la struttura dell'edificio. Ad esempio, un angolo di inclinazione eccessivo della struttura in acciaio del tetto potrebbe causare danni al pannello del tetto e la regolazione dell'angolo di inclinazione del tetto in tegole dovrebbe evitare di danneggiare l'impermeabilizzazione delle tegole; la progettazione dell'angolo di azimut deve adattarsi all'orientamento dell'edificio, evitare di compromettere l'illuminazione e la ventilazione dell'edificio a causa dell'installazione delle staffe e riservare spazio per il funzionamento e la manutenzione per facilitare la successiva ispezione e manutenzione del modulo.
Quarto, fattori legati alle risorse spaziali: per progetti con risorse limitate sul tetto, con la premessa di garantire la sicurezza, l’angolo di inclinazione e l’angolo di azimut dovrebbero essere ottimizzati per massimizzare l’uso dello spazio sul tetto, aumentare l’area di posa dei pannelli fotovoltaici e massimizzare la produzione di energia. Ad esempio, per i tetti a doppia pendenza con struttura in acciaio, i pannelli fotovoltaici sono disposti sia sui pendii nord-sud che su quelli est-ovest per sfruttare appieno lo spazio limitato e compensare la produzione di energia insufficiente di un singolo pendio.
La progettazione ragionevole dell’angolo di inclinazione e dell’angolo di azimut degli array fotovoltaici è un collegamento chiave per le centrali fotovoltaiche distribuite per ottenere una generazione efficiente di energia e un funzionamento sicuro. Il suo nucleo deve basarsi sulle caratteristiche specifiche della forma dell'edificio e della forma di installazione, bilanciando molteplici requisiti come l'utilizzo della radiazione solare, la sicurezza strutturale dell'edificio, l'adattamento al carico del vento e il massimo utilizzo delle risorse spaziali. Nella progettazione ingegneristica vera e propria, è necessario combinare le caratteristiche strutturali di diverse forme di costruzione come cemento armato, piastre di acciaio color struttura in acciaio e tetti in tegole, e abbinare forme di installazione come fondazioni fisse, contrappesi e deflettori per formulare schemi di progettazione mirati per l'angolo di inclinazione e l'angolo di azimut; allo stesso tempo, considerare in modo esaustivo fattori quali la radiazione solare, il carico del vento, l'impermeabilizzazione, il funzionamento e la manutenzione e determinare i parametri di progettazione ottimali attraverso calcoli scientifici e ottimizzazione della simulazione.
Con il continuo sviluppo della tecnologia fotovoltaica distribuita, l’utilizzo delle risorse sui tetti sta diventando sempre più raffinato. La progettazione dell'angolo di inclinazione e dell'angolo di azimut deve prestare maggiore attenzione alla personalizzazione e alla differenziazione e adattarsi in modo flessibile in base alle condizioni specifiche del progetto. È necessario non solo garantire la sicurezza della struttura dell’edificio e le prestazioni di impermeabilità, ma anche massimizzare l’efficienza della generazione di energia e i vantaggi dell’intero ciclo di vita del progetto, fornendo supporto tecnico per lo sviluppo di alta qualità delle centrali fotovoltaiche distribuite.
