Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 14 апреля 2026 г. Происхождение: Сайт
Угол наклона и угол азимута фотоэлектрических массивов являются основными параметрами конструкции, определяющими эффективность выработки электроэнергии, структурную безопасность и преимущества полного жизненного цикла распределенных фотоэлектрических электростанций. Их разумный выбор должен быть тесно связан с формой здания проекта, характеристиками несущей конструкции и технологией установки, принимая во внимание множество требований, таких как использование солнечного излучения, структурная безопасность здания, адаптация к ветровой нагрузке и максимальное использование космических ресурсов. При фактическом проектировании распределенных фотоэлектрических электростанций форма здания (например, железобетонные здания, здания из стальных листов цвета стальной конструкции, здания с черепичной крышей и т. д.) определяет несущую способность конструкции, ограничения по пространству и требования к водонепроницаемости несущей установки, в то время как форма установки (например, фиксированный фундамент, тип противовеса, тип дефлектора и т. д.) напрямую влияет на регулируемый диапазон угла наклона и угла азимута. Эти двое работают синергетически, чтобы совместно определить научность и рациональность конструкции фотоэлектрических массивов. В этой статье, сочетающей в себе характеристики различных форм зданий и форм установки, систематически рассматриваются логика проектирования, практические моменты и основные факторы, учитывающие угол наклона и угол азимута фотоэлектрических массивов, предоставляя профессиональные рекомендации по инженерному проектированию.
Угол наклона фотоэлектрической батареи относится к углу между плоскостью фотоэлектрических модулей и горизонтальной плоскостью. Суть его конструкции заключается в максимальном приеме солнечного излучения при одновременной адаптации к требованиям структурной безопасности несущей установки; Под азимутальным углом понимается угол между нормалью плоскости фотоэлектрической решетки и южным направлением (в северном полушарии), основная цель которого — оптимизация адаптации к солнечной траектории и снижение радиационных потерь. По сравнению с наземными фотоэлектрическими электростанциями, распределенные фотоэлектрические электростанции в большей степени ограничены строительными конструкциями, пространством на крыше и т. д. и не могут просто определить оптимальный угол наклона и угол азимута на основе местной широты. Они должны основываться на конкретных характеристиках формы здания и формы установки, чтобы достичь баланса между эффективностью выработки электроэнергии и структурной безопасностью, что также является основным отличием между проектированием распределенных фотоэлектрических массивов и наземных электростанций.
Распределенные фотоэлектрические электростанции имеют различные формы зданий, которые в основном можно разделить на железобетонные здания, здания из стальных листов стальной конструкции, здания с черепичной крышей и фотоэлектрические навесы для автомобилей. Различные формы зданий имеют существенные различия в несущей способности конструкции и характеристиках крыши. При сочетании с различными формами установки конструкция угла наклона должна следовать принципу дифференциации, принимая во внимание ключевые требования, такие как ветровая нагрузка и гидроизоляция, чтобы избежать повреждения конструкции здания или низкой эффективности выработки электроэнергии, вызванной необоснованными углами наклона.
Железобетонные здания (включая бетонные плоские крыши, крыши с бетонными каркасными конструкциями и т. д.) являются основными носителями применений распределенных фотоэлектрических электростанций. Они обладают высокой несущей способностью и подходят для различных форм установки. Конструкция угла наклона может гибко регулироваться в соответствии с различными формами установки, обеспечивая баланс эффективности выработки электроэнергии и структурной безопасности, избегая при этом скрытых опасностей, связанных с водонепроницаемостью крыши.
1. Форма установки фиксированного фундамента. Эта форма установки подходит для железобетонных плоских крыш с достаточной несущей способностью конструкции и приемлемыми условиями кровли. Для фиксации кронштейнов обычно используются закладные фундаменты или дюбели, что обеспечивает высокую структурную устойчивость и отсутствие дополнительных скрытых опасностей ветровой нагрузки. При проектировании угла наклона приоритет может быть отдан оптимальному углу наклона в месте проекта. Оптимальный угол наклона обычно зависит от местной широты, обычно принимая местную широту ±5°. Точно согласовывая угол высоты Солнца, он максимизирует прием прямой солнечной радиации и повышает эффективность выработки электроэнергии. Например, в районах на 30° северной широты оптимальный угол наклона можно контролировать в диапазоне от 25° до 35° и точно настраивать в соответствии с местными данными о радиации, чтобы обеспечить сбалансированный прием излучения в любое время года. В то же время необходимо зарезервировать каналы для эксплуатации и обслуживания крыши, чтобы избежать неудобств в эксплуатации и обслуживании, вызванных чрезмерными углами наклона.
2. Форма установки противовеса: в основном используется на старых железобетонных плоских крышах или в тех случаях, когда бурение не подходит. Кронштейны фиксируются цементными противовесами, которые не повреждают гидроизоляционный слой кровли и не вызывают незначительных изменений в конструкции здания. Основным ограничением этой формы установки является ветровая нагрузка, особенно при отрицательном давлении ветра. Чрезмерный угол наклона значительно увеличит ветровую нагрузку на фотоэлектрическую установку, что может привести к смещению кронштейна и повреждению крыши. Поэтому угол наклона фотоэлектрической батареи с установкой противовеса обычно не превышает 20°. Если проект расположен в ветреной зоне (например, в прибрежных районах, ветреных внутренних районах), необходимо рассчитать ветровую нагрузку в сочетании с «Правилами нагрузок на строительные конструкции GB50009-2012» и дополнительно уменьшить угол наклона до 15 °, чтобы обеспечить устойчивость кронштейна и безопасность конструкции крыши. При этом потерю эффективности выработки электроэнергии, вызванную уменьшением угла наклона, можно компенсировать за счет оптимизации компоновки модуля.
3. Форма установки дефлектора: в основном применяется в железобетонных зданиях с особыми требованиями к вентиляции и дренажу крыши. Между фотоэлектрической батареей и крышей установлен дефлектор для оптимизации потока воздуха на крыше и предотвращения скопления воды. При такой форме установки чрезмерный угол наклона может привести к выходу из строя дефлектора и ухудшению дренажа крыши, одновременно увеличивая ветровую нагрузку. Поэтому угол наклона фотоэлектрической батареи обычно не превышает 10°. В проекте необходимо совместить наклон водоотвода с крыши, чтобы угол наклона соответствовал направлению водоотвода, что не только обеспечивает эффект дефлектора, но и снижает накопление пыли и воды на модулях, балансируя эффективность выработки электроэнергии и функцию крыши. Кроме того, при угле наклона менее 10° необходимо устанавливать приспособления для обслуживания и ручной очистки, а также каналы шириной не менее 400 мм для обеспечения нужд эксплуатации и технического обслуживания.
Крыши из цветных стальных листов стальной конструкции широко используются на промышленных и коммерческих предприятиях. Их конструктивными характеристиками являются малый вес и ограниченная несущая способность. Большинство крыш двухскатные (условный уклон около 5°), разделенные на две распространенные формы: скат с севера на юг и скат с востока на запад. Форма установки в основном представляет собой неразрушающий монтаж зажимного типа. Конструкция угла наклона должна строго соответствовать характеристикам крыши, чтобы избежать риска повреждения конструкции.
Для конструкции фотоэлектрической батареи на крышах из стальных листов стальной конструкции с цветной конструкцией предпочтительна форма укладки, параллельная крыше, а угол наклона соответствует естественному уклону крыши (обычно около 5 °) без дополнительной регулировки угла. Это позволит не только избежать повреждения конструкции крыши из цветных стальных листов, но и снизить ветровую нагрузку, принимая во внимание архитектурную эстетику. Этот метод проектирования позволяет максимально эффективно использовать пространство на крыше без дополнительного увеличения высоты кронштейна, что снижает первоначальные инвестиции, а также затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.
Если в проекте предъявляются более высокие требования к эффективности выработки электроэнергии и необходимо установить угол наклона на юг, верхний предел угла наклона должен строго контролироваться, как правило, не более 10°. Из-за ограниченного расстояния между прогонами и несущей способности крыши из цветных стальных листов стальной конструкции чрезмерный угол наклона будет создавать большое давление вверх или вниз под ветровой нагрузкой, что может привести к деформации цветного стального листа, повреждению прогонов и даже протеканию крыши. Особенно в прибрежных районах или в ветреных районах необходимо анализировать условия ветровой нагрузки при различных углах наклона с помощью метода CFD (вычислительной гидродинамики) в сочетании с базовыми местными данными о давлении ветра, чтобы гарантировать, что коэффициент запаса прочности кронштейна и конструкции крыши соответствует требованиям.
В связи с растущей нехваткой ресурсов кровли использование фотоэлектрических систем на крышах из цветных стальных листов больше не ограничивается южными склонами. Прокладка фотоэлектрических массивов на склонах с севера на юг и с востока на запад стала основным выбором. Для крыш с уклоном восток-запад угол наклона по-прежнему соответствует уклону крыши, а угол азимута регулируется в зависимости от ориентации крыши. Хотя эффективность выработки электроэнергии немного ниже, чем у склонов, выходящих на юг, это позволяет максимально использовать пространство крыши и улучшить общую выработку электроэнергии по проекту. При проектировании модули с разной ориентацией необходимо натягивать отдельно, чтобы избежать потерь несоответствия, вызванных различиями в угле наклона и угле азимута.
Черепичные крыши (включая глазурованную черепицу, керамическую черепицу, асфальтовую плитку и т. д.) в основном используются в бытовых фотоэлектрических и сельских распределенных фотоэлектрических проектах. Их структурными характеристиками являются плохая плоскостность крыши, слабая несущая способность черепицы и высокие требования к водонепроницаемости, поэтому повреждения от бурения не подходят. Следовательно, конструкция фотоэлектрической батареи должна следовать принципу «подгонки крыши и неразрушающей установки», а угол наклона желательно располагать параллельно крыше.
Естественный уклон черепичных крыш обычно составляет от 20° до 30°. Угол наклона фотоэлектрической батареи соответствует наклону крыши без дополнительной регулировки, что не только позволяет избежать повреждения черепичной конструкции, но и использует естественный угол наклона крыши для приема солнечного излучения, балансируя эффективность выработки электроэнергии и гидроизоляцию здания. В конструкции следует использовать индивидуальные кронштейны и водонепроницаемые основания в сочетании со специальными крепежными деталями, чтобы избежать просверливания плитки. При этом в местах стыков следует провести гидроизоляционную обработку, чтобы исключить скрытую опасность протечки кровельной воды. Для черепичных крыш в ключевых зонах с контролем стиля модули не должны превышать самую высокую точку установленной крыши, а поверхность массива модулей должна быть как можно ближе к установленной крыше, обеспечивая баланс между функцией выработки электроэнергии и архитектурным стилем.
Если уклон черепичной крыши слишком велик (например, более 30°), необходимо соответствующим образом отрегулировать угол наклона, чтобы уменьшить высоту установки модуля, избежать скольжения модуля и уменьшить ветровую нагрузку; если уклон слишком мал (например, менее 15°), в конструкцию кронштейна необходимо добавить меры против скольжения, а расположение модуля следует оптимизировать, чтобы уменьшить влияние накопления пыли и воды на эффективность выработки электроэнергии.
В качестве важного сценария применения распределенных фотоэлектрических систем фотоэлектрические навесы для автомобилей в основном состоят из каркасов стальных конструкций, основная функция которых - парковка и выработка фотоэлектрической энергии. Форма установки – установка на потолочном кронштейне. При расчете угла наклона необходимо учитывать эффективность выработки электроэнергии, пространство для проезда транспортных средств и безопасность конструкции, обычно не более 10°.
Чрезмерный угол наклона фотоэлектрического навеса увеличит высоту навеса, повлияет на проезд транспортных средств и увеличит ветровую нагрузку, что может привести к деформации рамы стальной конструкции; слишком малый угол наклона уменьшит прием солнечной радиации и легко приведет к скоплению пыли и воды на поверхности модуля, что повлияет на эффективность выработки электроэнергии. Таким образом, угол наклона, контролируемый в пределах от 5° до 10°, является наиболее подходящим, что не только обеспечивает нормальный проезд транспортных средств, но и эффективно принимает солнечную радиацию, одновременно снижая скрытые опасности ветровой нагрузки. Угол азимута предпочтительно должен быть ориентирован на юг, чтобы максимально использовать прямое солнечное излучение. Если невозможно повернуть на юг из-за ограничений на месте, угол азимута можно соответствующим образом отрегулировать, но необходимо рассчитать потери эффективности выработки электроэнергии, чтобы гарантировать, что выгоды от проекта соответствуют стандартам.
Суть конструкции угла азимута фотоэлектрической батареи заключается в максимизации приема солнечной радиации при одновременной адаптации к форме здания и ограничениям площадки. В северном полушарии предпочтительное направление на юг (азимутальный угол 0°). В это время фотоэлектрическая батарея может получать солнечную радиацию равномерно в течение дня с максимальной эффективностью выработки электроэнергии. По данным соответствующих исследований, в северном полушарии при отклонении азимутального угла на 30° от южного выработка электроэнергии снизится примерно на 10–15%; когда он отклоняется на 60 ° от юга, выработка электроэнергии уменьшится примерно на 20–30%. Следовательно, угол азимута должен быть как можно ближе к югу. Если оно ограничено ориентацией здания и пространством площадки, его можно соответствующим образом настроить, но необходимо контролировать угол отклонения.
Сочетая характеристики различных форм зданий, проектирование азимутального угла должно следовать следующим принципам: во-первых, для сценариев без ограничений ориентации, таких как железобетонные плоские крыши и фотоэлектрические навесы для автомобилей, азимутальный угол предпочтительно проектируется так, чтобы он был направлен на юг. Если на крыше имеется окклюзия, угол азимута можно точно настроить в соответствии с ситуацией окклюзии, чтобы избежать зон окклюзии и уменьшить потери излучения; во-вторых, для сценариев с фиксированной ориентацией, таких как крыши из стальных листов цвета стальной конструкции и черепичные крыши, угол азимута корректируется в зависимости от ориентации крыши. Для крыш со скатом с севера на юг предпочтительным является скат, обращенный на юг. Для скатных крыш восток-запад направление восток-юго-восток или запад-юго-запад можно выбрать по данным радиации, чтобы учесть прием солнечной радиации в утреннее или дневное время; в-третьих, для зданий с несколькими уклонами фотоэлектрическую батарею можно разумно распределить в соответствии с ориентацией и площадью каждого склона, а комбинацию углов азимута можно оптимизировать для максимизации общей выработки электроэнергии.
Кроме того, расчет угла азимута также должен учитывать потребность проекта в мощности. Если пиковое дневное энергопотребление проекта приходится на утро, азимутальный угол можно соответствующим образом настроить в восточном направлении (например, 5–10 ° с востока на юго-восток), чтобы увеличить выработку электроэнергии в утреннее время; если пиковое потребление электроэнергии сосредоточено во второй половине дня, его можно соответствующим образом скорректировать в западном направлении, чтобы улучшить выработку электроэнергии во второй половине дня, реализовать соответствие между выработкой электроэнергии и спросом на электроэнергию и увеличить уровень собственного потребления.
В реальном проектировании выбор угла наклона и угла азимута фотоэлектрической батареи не может просто зависеть от формы здания и формы установки, но также требует всестороннего изучения и оценки в сочетании с множеством факторов, таких как солнечное излучение, ветровая нагрузка, конструкция здания и космические ресурсы, для достижения многоцелевого баланса.
Во-первых, факторы солнечной радиации: необходимо собрать такие данные, как общая годовая солнечная радиация, сезонное распределение радиации и изменения угла высоты Солнца в месте реализации проекта. Посредством ежечасного моделирования излучения рассчитайте выработку электроэнергии при различных сочетаниях угла наклона и угла азимута и оптимизируйте выбор оптимальной комбинации. Например, в районах на 30° северной широты оптимальный угол наклона обычно составляет ±5° местной широты, а точная настройка угла азимута на 5° в восточном направлении может увеличить выработку электроэнергии в зимнее время примерно на 3%. В то же время следует рассмотреть возможность использования рассеянного излучения. В районах с большим количеством дождливых и пасмурных дней угол наклона можно соответствующим образом уменьшить, чтобы увеличить прием рассеянного излучения.
Во-вторых, факторы ветровой нагрузки: угол наклона и угол азимута напрямую влияют на ветровую нагрузку на фотоэлектрическую батарею. Особенно для крышных фотоэлектрических проектов необходимо строго рассчитывать стандартное значение ветровой нагрузки в соответствии со спецификациями и контролировать верхний предел угла наклона в сочетании с формой установки. В районах с сильным ветром угол наклона и угол азимута необходимо дополнительно оптимизировать, чтобы снизить ветровую нагрузку и обеспечить безопасность кронштейна и конструкции здания. Например, в особых условиях, таких как полярные регионы, необходимо проанализировать условия ветровой нагрузки при различных углах направления ветра и углах наклона с помощью метода CFD (вычислительной гидродинамики), чтобы определить оптимальное сочетание угла наклона и угла азимута.
В-третьих, конструкция здания и факторы водонепроницаемости: конструкция угла наклона должна избегать повреждения конструкции здания. Например, чрезмерный угол наклона крыши стальной конструкции может привести к повреждению панели крыши, а регулировка угла наклона черепичной крыши должна избегать повреждения черепичной гидроизоляции; конструкция угла азимута должна соответствовать ориентации здания, не влиять на освещение и вентиляцию здания из-за установки кронштейна, а также резервировать пространство для эксплуатации и обслуживания, чтобы облегчить последующий осмотр и обслуживание модуля.
В-четвертых, факторы пространственных ресурсов: для проектов с ограниченными ресурсами крыши, в целях обеспечения безопасности, угол наклона и угол азимута должны быть оптимизированы, чтобы максимально использовать пространство крыши, увеличить площадь прокладки фотоэлектрических батарей и максимизировать выработку электроэнергии. Например, для двухскатных крыш со стальной конструкцией фотоэлектрические батареи прокладываются как на склонах с севера на юг, так и на склонах с востока на запад, чтобы полностью использовать ограниченное пространство и компенсировать недостаточную выработку электроэнергии на одном скате.
Разумная конструкция угла наклона и угла азимута фотоэлектрических массивов является ключевым звеном для распределенных фотоэлектрических электростанций для достижения эффективного производства электроэнергии и безопасной эксплуатации. Его ядро должно основываться на конкретных характеристиках формы здания и формы установки, балансируя множество требований, таких как использование солнечного излучения, структурная безопасность здания, адаптация к ветровой нагрузке и максимальное использование космических ресурсов. В реальном инженерном проектировании необходимо объединить структурные характеристики различных форм зданий, таких как железобетон, стальные пластины цвета стальной конструкции и черепичные крыши, а также согласовать формы установки, такие как фиксированные фундаменты, противовесы и дефлекторы, чтобы сформулировать целевые схемы проектирования для угла наклона и угла азимута; в то же время всесторонне учитывать такие факторы, как солнечное излучение, ветровая нагрузка, гидроизоляция, эксплуатация и техническое обслуживание, а также определять оптимальные параметры конструкции посредством научных расчетов и оптимизации моделирования.
С постоянным развитием распределенных фотоэлектрических технологий использование ресурсов крыши становится все более и более совершенным. При проектировании угла наклона и угла азимута необходимо уделять больше внимания персонализации и дифференциации, а также гибко настраивать в соответствии с конкретными условиями проекта. Необходимо не только обеспечить безопасность конструкции здания и водонепроницаемость, но и максимально повысить эффективность выработки электроэнергии и преимущества полного жизненного цикла проекта, обеспечив техническую поддержку для качественной разработки распределенных фотоэлектрических электростанций.
