本文探讨了一种连续的南北坡混凝土屋面上光伏方阵的优化设计。在本文中，通过光伏阵列的间距设计、光伏组件倾角的设计、影响光伏方阵发电量的输出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方案、前后阵列不遮挡方案和以发电量最大为目标确定的优化方案三种方案之间的差异。通过对这一典型设计的案例分析，有助于优化这种场景类型光伏电站的系统设计方案。
1前言
具有南坡北坡的彩钢瓦屋顶、人字形屋顶等在分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分布式光伏电站中也较为常见的，特别是多跨彩钢瓦建筑。多跨彩钢瓦屋面，根据建筑朝向，可以是连续的南北坡或者连续的东西坡，在这样的坡面上，光伏组件通常都是平铺在彩钢瓦上面。但对于混凝土屋顶，如果也选择平铺，虽然提供了光伏组件的安装容量，但浪费了混凝土的荷载能力以及单瓦组件没有最大效益的输出电能。
本文针对某项目案例的连栋南北坡屋面的设计做案例分析。
2南北坡屋面光伏阵列间距计算
光伏方阵的阵列间距，是光伏系统设计中非常重要的一个环节。在下文中，首先介绍一下坡面屋顶的光伏阵列间距设计方法和简单的验算方法。
1)太阳位置
太阳的位置在地平坐标系中，太阳的位置可以由太阳高度角、方位角表示，计算方法如下：
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基础数据。冬至日太阳在北回归线，δ为-23.45°，09:00时的ω为-45°(下午为正)，此时的太阳高度角和太阳方位角可有下式表示：
由太阳的方位角、高度角和建筑物高度可以确定影子的长度。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，即得出影子南北方向和东西方向的阴影系数。
2)南北坡屋面光伏阵列间距
类型一：当建筑坐北朝南，屋脊为正东西走向，建筑的方位角为0°。屋顶的坡面由屋脊向南、向北均匀降低，且东西向为同一等高线，常见于坐北朝南的民用建筑或厂房的屋面。
图2 某建筑屋顶电站侧视示意图
建筑屋面坡度系数i为屋面最低与最高点的高度差(相对于水平面)与最低点、最高点之间水平距离之比。建设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
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避免冬至日真太阳时早9点到下午3点这段时间内阴影遮挡。
