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不容错过的典型案例 连续南北坡混凝土屋面上的光伏方阵典型计划

本文探究了一种连续的南北坡混凝土屋面上光伏方阵的优化计划。在本文中,颠末过程光伏阵列的间距计划、光伏组件倾角的计划、影响光伏方阵发电量的输入几项因素等几个方面,对比了原有的光伏组件平铺在屋面上的计划、前后阵列不遮挡计划和以发电量最大为偏向确定的优化计划三种计划之间的差异。颠末过程对这一典型计划的案例阐发,有助于优化这种场景范例光伏电站的体系计划计划。

1前言

具有南坡北坡的彩钢瓦屋顶、人字形屋顶等在散布式光伏电站项目中非常常见;连跨南北坡屋面在工商业屋顶的散布式光伏电站中也较为常见的,分外是多跨彩钢瓦修建。多跨彩钢瓦屋面,根据修建朝向,可以或许是连续的南北坡或许连续的东西坡,在如许的坡面上,光伏组件通常都是平铺在彩钢瓦上面。但对付混凝土屋顶,如果也抉择平铺,虽然供给了光伏组件的装置容量,但浪费了混凝土的荷载能力和单瓦组件没有最大效益的输入电能。

本文针对某项目案例的连栋南北坡屋面的计划做案例阐发。

2南北坡屋面光伏阵列间距计算

光伏方阵的阵列间距,是光伏体系计划中非常重要的一个关键。在下文中,首先介绍一下坡面屋顶的光伏阵列间距计划办法和简略的验算办法。

1)太阳地位

太阳的地位在地平坐标系中,太阳的地位可以或许由太阳高度角、方位角表示,计算办法如下:

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图1 北京市太阳轨迹图

冬至日真太阳时09:00(或15:00)时太阳高度角和方位角是计算光伏阵列间距的根底数据。冬至日太阳在北回归线,δ为-23.45°,09:00时的ω为-45°(下昼为正),此时的太阳高度角和太阳方位角可有下式表示:

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由太阳的方位角、高度角和修建物高度可以或许确定影子的长度。假设一根细棒高度为单位高度,将影子分为南北和东西两个分量,即得出影子南北偏向和东西偏向的阴影系数。

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2)南北坡屋面光伏阵列间距

范例一:当修建坐北朝南,屋脊为正东西走向,修建的方位角为0°。屋顶的坡面由屋脊向南、向北均匀低落,且东西向为同一等高线,常见于坐北朝南的民用修建或厂房的屋面。

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图2 某修建屋顶电站侧视示用意

修建屋面坡度系数i为屋面最低与最高点的高度差(相对付程度面)与最低点、最高点之间程度距离之比。打造在屋面上的光伏阵列,前排阵列后端与后排阵列前端的高度差应为

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有上图可看出,位于北坡的光伏组件若与南坡组件同一倾角,则光伏阵列的间距将根据坡度计算增大很多才可以或许防止冬至日真太阳时早9点到下昼3点这段光阴内阴影遮挡。

因为只必要考虑方阵直流端输入的发电量效果,各种PR相干因素抉择默认,因此简化建模。将建完的模子停止模拟,模拟的组件倾角分离选用10°-21°分组模拟,在结果中查找发电量结果如下。

表2 分歧倾角下的PVsyst模拟结果

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从表中,可以或许看到跟着倾角的角度,倾斜面接收到的辐射量逐渐增长;倾斜面接收到的有用辐射量GlobEff也跟着GlobInc的增长逐渐增长,但光伏方阵输入直流发电量并没有跟着倾斜面接收到的有用辐射量不停增长,而是增长到顶峰后削减。这是因为,光伏方阵倾斜面接收到的有用辐射量,遭到IAM因子、近阴影遮挡影响,近阴影遮挡丧失起重要感化,当光伏倾角越大的时候,阴影遮挡影响也越来越严重,阴影丧失越大,当角度大于临界角度(表中17度为GlobEff拐点)以后,阴影丧失将会超过倾角增大带来的辐射量增益;另外一方面,光伏方阵输入直流发电量又与光伏组串输入的I-V曲线受阴影遮挡的影响无关,当阴影遮挡程度增长时(表中13度为EArray),阴影发生的电气丧失将敏捷增长。将光伏组件的倾角持续增大,阴影遮挡对GlobEff的影响和阴影遮挡对发电电气丧失就会表现进去,因此模拟角度从10度到21度。

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图12 分歧倾角下接收到的辐射量与直流端发电量

查找模拟申报中末了的整年丧失项图表,选取建模和模拟中差异化的各项丧失数据,整理如下图所示,定义各项丧失因素对光伏方阵发电量输入的影响过程为综合影响系数,用于评估在光伏组件倾角变更的条件下各个因素对光伏方阵输入发电量的综合影响能力,系数η=(1+η1)*(1+η2)*(1+η3)*(1+η4)。颠末过程综合影响系数的定义和计算,可以或许看出当光伏组件倾角为13度时,综合影响系数最大,此时光伏方阵输入发电量至多,与模拟发电量最大时最优倾角的结果同等。因为在同一个屋顶上,选用分歧的倾角计划时,

表3 分歧倾角下的综合影响系数

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颠末过程以上阐发,可以或许得出结论,当光伏阵列的倾角为11°时,前后光伏阵列互不遮挡,满意阵列间距计算的请求;但设置分歧光伏阵列倾角停止发电量评估时,光伏阵列的倾角为13°时,光伏方阵输入的发电量至多,这是因为光伏方阵倾斜面辐射量增益、近阴影丧失、IAM因子丧失、阴影遮挡导致电气不匹配丧失等多项因素共同感化的结果。因此,建议在该屋顶条件下的光伏方阵的倾角抉择13度计划,这里的阵列间距设置参照了11度倾角前后排光伏阵列无遮挡时的间距计划。

上文提到了当修建方位角不朝向正南,偏东或偏西,即屋面的屋脊并不是正东西偏向,有一定的方位角,这种情景下的光伏阵列间距的算法必要修正该范例下的阴影间距系数。如本文案例中修建朝向非正南,则光伏方阵的计划和优化过程也是同等的,在PVsyst建模过程中,必要旋转模子的方位角,模拟难度要大一些。

对付以上该屋顶的几种分歧的计划计划,光伏组件平铺、11°倾角、13°倾角装置,每种计划对应的光伏体系效力也不一样,略有差别,此中13°倾角时因为前后遮挡的原因对应的PR效力低于其余计划。

本文不再详细讨论PR计算过程和差异,仅供给估算的发电量差异作为分歧计划技能经济性的对比参考。以原计划计划光伏组件平铺为基准,后两种计划该屋面上的光伏组件发电量分离增长:11°倾角首年增发4.9万度,25年增发111.15万度;13°倾角首年增发4.9万度,25年增发117.52万度。施工本钱方面,重要是光伏支架用钢量差别,又会合体如今北坡上支架后立柱增长长度形成的用钢量较多,该部分本钱占光伏支架本钱的约5%阁下,可见计划计划的优化,经济效益是非常显著的。

当咱咱们在实践上推导、计算、模拟等实现这些工作对比以后,还必要弥补的一点内容是,精细化的计划计划必要精细化的施工共同、后期运维的连续,落到实处,才是真正的实现为了价值和机能的提高。

5总结

类似于本案例中的连续南北坡屋顶,是一种非常典型的屋顶型式。连续南北坡屋顶上的光伏组件装置倾角、光伏阵列间距计划,也是一种非常典型的计划计划。本文为优化计划该范例屋顶上的光伏电站供给了计划办法、处理计划,具有很好的工程指点意义。

在计划过程中,既要考虑增长光伏组件的倾角提高光伏阵列倾斜面上接收到的辐射量,又要考虑阴影遮挡环境阐发,辐射量增长和阴影遮挡等各项丧失对发电量的影响,感化偏向是相反的,在寻找正感化因素与负感化因素两者之间的均衡点时,应当以光伏方阵输入最大发电量为偏向。从阐发过程可以或许看出,按照计划尺度规定光阴内无阴影遮挡的阵列间距计算只是追求光伏方阵输入发电量最大化过程中的一个方面和一个关键,颠末过程PVsyst软件建模和更深入的体系阐发,有助于针对详细案例优化光伏电站的体系计划,提高发电机能。

作者简介:周长友,毕业于中国海洋大学,研究生学历。从事光伏行业7年,前后从事光伏组件研发、光伏体系计划、光伏电站机能评估等工作,目前重要从事光伏电站计划、项目解决等工作。联系办法:447804680@qq.com。

推导出的南坡或许北坡的阵列间距公式,在南坡北坡上都可应用,但如果必要南坡最上面一排光伏阵列和北坡第一排也是最上面一排的光伏阵列,或许在波谷处都是最下面一排阵列,上述阵列间距计算公式对付两个坡面上的光伏阵列不适用。此两处的光伏阵列间距确定是计划计划的关键,因为南坡(或北坡)的光伏阵列都在一个坡面上,一个坡面上的光伏阵列间距可以或许计算,但南坡和北坡两者在波峰或许波谷处的光伏阵列间距因光伏阵列处于两个分歧坡度的坡面上,因此难以计算。

可以或许树立模子,根据前后阵列之间的高差相干推导计算,如下。

(1)坡顶两侧光伏阵列间距

以后排光伏阵列位于南坡,后排位于北坡时,前后排阵列被波峰(一跨修建的屋脊处)分开。将前排南坡光伏阵列的下端距离南北坡波峰顶点的程度距离定义为A,后排北坡光伏阵列的下端距离南北坡波峰顶点的程度距离定义为B,A+B之和等于中央距离D。前排光伏阵列上端和后排光伏阵列的下端之间的高差,可以或许分解为两者到顶点的高差之和,因此,可以或许计算为:

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计算公式里面的A,作为前排南坡光伏阵列的下端距离南北坡波峰顶点的程度距离,不管是画一个平面布置图还是画一个剖面图,当南坡上的光伏阵列前排与后排的阵列间距计算后和在图纸中赓续排列下来,A都是很容量计算进去的或许很容量测量进去的,因此可以或许作为一个已知量。

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图3 坡顶处光伏阵列间距计算示用意

(2)波谷两侧光伏阵列间距:

以后排光伏阵列位于南坡,后排位于北坡时,前后排阵列被波谷(一跨修建的天沟处)分开。将前排北坡光伏阵列的下端距离南北坡波谷点的程度距离定义为B,后排北坡光伏阵列的下端距离南北坡波谷点的程度距离定义为A,A+B之和等于中央距离D。前排光伏阵列上端和后排光伏阵列的下端之间的高差,可以或许分解为两者到顶点的高差之和,因此,计算为:

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范例二:修建方位角不朝向正南,偏东或偏西,即屋面的屋脊并不是正东西偏向,有一定的方位角。对付此类修建,光伏阵列间距如下计算:

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图4 屋顶坡面上组件与修建方位角相同

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那么,当光伏方阵跟着修建屋顶(修建朝向)的方位角改变的时候,光伏方阵的方位角同修建朝向的方位角。计算屋顶光伏阵列间距的时候,调剂日照间距阴影系数即可。

3案例阐发

本文的案例,是山东省淄博市的某个工商业屋顶散布式项目,此中有一座修建是连续起伏的南北坡屋面,修建由连续六跨布局构成,屋面相对程度面的倾角为6度,坡度为10.5%。屋面上有避雷带和天沟,没有障碍物对光伏组件构成遮挡影响。

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图5 该修建屋面环境

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图6 该修建东侧或西侧外立面

该项目是由山东省本地的某计划院计划,对付该修建屋顶的光伏体系计划中,光伏体系计划师对光伏组件的布置采纳了和彩钢瓦一样平铺的计划,如许在南坡上的光伏组件组件的朝向南边(组件倾角6°,方位角0度),在北坡上的光伏组件朝向正北(组件倾角6°,方位角180度)。平铺计划,颠末过程PVsyst软件查询得知,光伏组件外面接收到的辐射量。

1)北坡光伏组件接收到的辐射量1297.6kWh/m²,相对付程度面总辐射量1356.2kWh/m²削减4.3%。

2)南坡光伏组件接收到的辐射量1409.5kWh/m²,相对程度面辐射量增长3.9%。

南北坡的光伏组件分离接入分歧的40kW的组串式逆变器,逆变器逆变后输入的交换电颠末五进一出的交换汇流箱汇流后,输入至1000kVA的箱式变压器,升压至10kV并网。该屋顶供装置265Wp多晶硅光伏组件2772块,容量734.58kWp。该屋顶上的光伏方阵与相邻的另外一栋修建屋面上的光伏方阵共同接入一台箱变,构成一个光伏子体系。

彩钢瓦上光伏组件通常都是平铺计划,是因为彩钢瓦的承载能力比较小,平铺有利于供给屋面的利用率。如果组件在南北坡均采纳朝南的非平铺的起一定倾角计划,会形成光伏支架增长重量,加大夹具的抗拉拔里,且低落屋顶的利用率。因此对付5%的屋面坡度,几乎统统的彩钢瓦屋顶都是采纳组件平铺在屋面上装置,较少彩钢瓦承载能力较大、品德很好的屋面上采纳光伏组件与屋面构成一定角度装置,而且这个角度一样平常都在5-10度阁下,角度较小,削减风荷载。相对比彩钢瓦屋面,本项目标混凝土屋面承载能力较大,光伏支架采纳混凝土预制块作为根底配重,屋面的坡度较大,在北坡上光伏组件平铺于屋面,对付光伏组件发电十分不利。

因为该屋顶对应的1MW光伏子体系容量稍小,子体系容量不敷1MW,因此要包管光伏组件容量不削减同时保留检修通道的环境下,对原有计划停止优化。

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图7 原计划计划组件平铺局部示用意

从计划院供给的施工图计划计划阐发,如果光伏组件平铺在南北坡上,竖向三排计划光伏阵列,阵列宽度为4990mm(1650*3+2*20,1650mm为组件长度,20mm为组件间的间隙),测量修建南坡和北坡坡面长度为7541mm,剩余空间宽度为2551mm,还可以或许再布置一排光伏组件,将光伏阵列计划为竖向四排或许两个竖向双排,剩余屋面宽度为881mm。如斯计划虽然可以或许晋升33%的容量,该屋顶的光伏组件装置容量到达979.44kWp。但因为南坡和北坡结合处的天沟存在,运维中检修、洗濯光伏组件等操纵在屋面上行走不便利,而且北坡光伏组件单瓦发电量较少的环境得不到改良。

优化该范例屋顶的光伏组件布置计划计划,重要是不削减光伏组件容量的条件下,北坡的光伏组件不采纳组件平铺和方位角朝北计划。还应进一步明白一下,连续南北坡的连栋屋顶,光伏阵列的布置应随南坡北坡周期轮回设置,不能像高空电站一样,可以或许将光伏阵列间距根据必要增长或许削减,不受限制。

首先,计划院供给的施工图计划,光伏组件竖向三排作为一个光伏阵列,在光伏支架的装置、光伏组串的接线、光伏电缆布线、日后的运维等多个方面施工和洗濯组件带来不便利,因此必要改变光伏阵列的计划,可以或许将光伏阵列改成竖向双排计划,光伏阵列的宽度将有4990mm削减到3320mm。

如果南坡和北坡的光伏组件都采纳屋面倾角的6度角计划,那么只必要将北坡改成组件6度倾角,南坡不变。将6度角计划绘制在图纸上,南坡两排竖向双排的光伏支架单位,北坡一排竖向双排的光伏支架单位,和停止阵列间距计算,南坡的光伏组件属于平铺,对北坡不发生阴影遮挡,对坡光伏阵列对后面的南坡光伏组件也不发生阴影遮挡,光伏阵列间距的冗余量较多。进一步优化光伏阵列的倾角,到达提高光伏阵列倾斜面接收到的辐射量最大,同时前排光伏阵列对后排光伏阵列不构成遮挡,追求这一均衡的阵列最优倾角和最优间距。

咱咱们以分歧的光伏组件装置倾角(如15°、13°、10°等分歧倾角)布置光伏阵列,并进一步检验光伏阵列间距是否合适。

根据前文的描述,咱咱们已经知道,南坡竖向双排光伏阵列的前后阵列间距可以或许颠末过程公式计算,波峰处或许波谷处,光伏阵列间距的确定是计划的关键,计划办法可以或许颠末过程上文提出的公式计算,或许间接颠末过程高差核算是否合适。可以或许间接在CAD图纸中看两者的剖面图,相对高差H和相对程度距离d(前排阵列上端到后排阵列的下端)。当两个间距都满意阴影长度计算值d’(南北偏向阴影系数2.564倍相对高差,d’=2.564*H)≤相对程度距离d即可。为了便利描述,定义南坡前后两排阵列间距为d1,南坡第二排阵列和北坡阵列波峰处阵列间距为d2,北坡阵列和南坡第一排阵列波谷处的阵列间距为d3。颠末过程剖面图测量相对高差和相对程度间距,和判断d>d’是否满意。

本文颠末分歧倾角计划,发现当光伏组件倾角>12°时,不能满意前后阵列冬至日真太阳时9>2019-06-28:00阴影不遮挡请求。颠末测量和对比可以或许获得结论,当以光伏阵列11度倾角布置,以11度倾角计划光伏阵列间距,能满意冬至日真太阳时9>2019-06-28:00阴影不遮挡请求。间距的计算办法在前文已经非常详细的停止了描述和推导,此处不再重复。

表1光伏阵列间距验算

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图8 光伏组件11度时阵列间距示用意

颠末过程上述几步对光伏阵列倾角分歧的计划值和颠末过程CAD将光伏阵列在屋顶剖面图测量、计算实践阴影值、对比是否满意阴影不遮挡请求,数据证实以11度倾角计划可以或许满意请求。那么,是否以11度倾角计划该屋顶的光伏电站为最佳计划?

4PVsyst软件建模优化阐发

接下来,咱咱们颠末过程PVsyst软件建模阐发,建模根据上图11度倾角确定模子内的光伏阵列间距。光伏体系容量按照两跨修建的光伏组件布置容量150kW计划,采纳280Wp光伏组件,每22块串联为一串,8串并联接入一台50kW的华为组串式逆变器,共设置设备摆设组件528块,逆变器3台。

1)在PVsyst内树立双坡面的修建(House + 2-sided roof),修建宽度设置15米,长度设置50米,高度5米,屋顶角度6度,屋檐睁开宽度0米。将修建偏向设置为东西偏向,即修改方位角为90度,即实现单跨简直的计划。模子中复制、粘贴树立三个单跨修建。

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图9 单跨修建建模

2)光伏阵列计划

光伏阵列均采纳竖向双排,以11度倾角装置2X44块光伏组件,阵列长宽可颠末过程by modules布置为3.34mX44.5m。南坡光伏阵列为前后两排,相对地位可以或许在软件中一次性设置。如建模空间内设置PV table as sheds,设置两排阵列(Number of sheds设置为2),组件倾角11度,横向倾斜度为6度(弥补释义:transverse slope 横向坡度/斜率,软件内定义为南北向的坡度,设置为6度;注意另外一项baseline slope为基线坡度/斜率,软件定义为东西偏向的坡度,这里的坡度均是用坡面和程度面之间的角度表示),阵列间距Pitch3.86米。设置北坡的光伏阵列,阵列排数为1(Number of sheds设置为1),组件倾角11度。

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图10 光伏阵列建模

3)光伏阵列在屋顶上布置

将前两步计划实现的光伏阵列单体和修建单跨的单体组合在一路,并根据南北坡上光伏阵列的地位调剂模子中的光伏阵列地位。如果所示,第二跨修建的南坡动身点位于Y轴上;北坡阵列的Y、Z地位,根据图纸测量确定Y轴距离南坡前端7.96米,高度包含修建高度5米和图纸测量组件高出波谷最低点0.74米,和组件高出屋面10cm,计算为5.84米。其余类同。这儿建模计划了三跨修建,第一跨修建的南坡没有利用,是考虑到连栋修建多跨中南坡组件不受前面遮挡的阵列实际上只要最南面的一个坡面,建模抉择多跨修建中央的一段,有利于模拟结果的更精确性。

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图11 光伏方阵完备模子

本文探究了一种连续的南北坡混凝土屋面上光伏方阵的优化计划。在本文中,颠末过程光伏阵列的间距计划、光伏组件倾角的计划、影响光伏方阵发电量的输入几项因素等几个方面,对比了原有的光伏组件平铺在屋面上的计划、前后阵列不遮挡计划和以发电量最大为偏向确定的优化计划三种计划之间的差异。颠末过程对这一典型计划的案例阐发,有助于优化这种场景范例光伏电站的体系计划计划。

1前言

具有南坡北坡的彩钢瓦屋顶、人字形屋顶等在散布式光伏电站项目中非常常见;连跨南北坡屋面在工商业屋顶的散布式光伏电站中也较为常见的,分外是多跨彩钢瓦修建。多跨彩钢瓦屋面,根据修建朝向,可以或许是连续的南北坡或许连续的东西坡,在如许的坡面上,光伏组件通常都是平铺在彩钢瓦上面。但对付混凝土屋顶,如果也抉择平铺,虽然供给了光伏组件的装置容量,但浪费了混凝土的荷载能力和单瓦组件没有最大效益的输入电能。

本文针对某项目案例的连栋南北坡屋面的计划做案例阐发。

2南北坡屋面光伏阵列间距计算

光伏方阵的阵列间距,是光伏体系计划中非常重要的一个关键。在下文中,首先介绍一下坡面屋顶的光伏阵列间距计划办法和简略的验算办法。

1)太阳地位

太阳的地位在地平坐标系中,太阳的地位可以或许由太阳高度角、方位角表示,计算办法如下:

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图1 北京市太阳轨迹图

冬至日真太阳时09:00(或15:00)时太阳高度角和方位角是计算光伏阵列间距的根底数据。冬至日太阳在北回归线,δ为-23.45°,09:00时的ω为-45°(下昼为正),此时的太阳高度角和太阳方位角可有下式表示:

不容错过的典型案例 连续南北坡混凝土屋面上的光伏方阵典型计划
由太阳的方位角、高度角和修建物高度可以或许确定影子的长度。假设一根细棒高度为单位高度,将影子分为南北和东西两个分量,即得出影子南北偏向和东西偏向的阴影系数。

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2)南北坡屋面光伏阵列间距

范例一:当修建坐北朝南,屋脊为正东西走向,修建的方位角为0°。屋顶的坡面由屋脊向南、向北均匀低落,且东西向为同一等高线,常见于坐北朝南的民用修建或厂房的屋面。

不容错过的典型案例 连续南北坡混凝土屋面上的光伏方阵典型计划
图2 某修建屋顶电站侧视示用意

修建屋面坡度系数i为屋面最低与最高点的高度差(相对付程度面)与最低点、最高点之间程度距离之比。打造在屋面上的光伏阵列,前排阵列后端与后排阵列前端的高度差应为

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有上图可看出,位于北坡的光伏组件若与南坡组件同一倾角,则光伏阵列的间距将根据坡度计算增大很多才可以或许防止冬至日真太阳时早9点到下昼3点这段光阴内阴影遮挡。

索比光伏网 周长友

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