1）太阳位置

太阳的位置在地平坐标系中，通常有太阳高度角、方位角表示，计算方法如下：

a=arcsin(sinjsind+cosjcosdcosw)

b=arcsin(cosdsinw/cosa)

为a太阳高度角；b为太阳方位角，j为当地纬度；

δ为太阳赤纬角；w为时角。

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：

a=arcsin(0.648)，

b=arcsin(-0.648/cosa)。

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）混凝土平整屋面光伏阵列间距设计

《光伏发电站设计规范》中给出平整场地光伏阵列不被遮挡的阵列中心间距计算公式：

式中：L为阵列斜面长度，q为组件倾角，f为项目所在地纬度。光伏阵列中心间距为阵列斜面投影D与间距D之和，D=D1+D2=Lcosq+D，阵列间距示意图如图3。

间距D可用阴影系数表示，

图1光伏阵列间距示意图

3）平铺屋面光伏阵列间距

当彩钢瓦屋面、陶瓷瓦屋面的光伏组件采用沿屋面自然坡度平铺的安装方式，前后排组件不存在阴影遮挡，因此无需考虑阴影遮挡问题，可适当设置500-600mm宽的检修通道方便维护。

4）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规定时间内阴影遮挡。

类型二：建筑方位角不朝向正南，偏东或偏西，即屋面的屋脊并不是正东西方向，有一定的方位角。对于此类建筑，光伏阵列间距如下计算：

图3屋顶坡面上组件与建筑方位角相同

光伏阵列间距的计算，应结合建筑方位角b0（即墙面法线与正南向形成建筑方位角）和当地09：00/15:00的太阳方位角b（若建筑方位为南偏东，用9:00的太阳方位角计算，偏西则用15:00太阳方位角计算），则组件实际方位角b'

5）东西坡屋面光伏阵列间距

类型一：当建筑屋面是正东、正西坡度，光伏组件不是采用平铺方式安装，光伏组件与屋面之间有一定的倾角。后排的光伏组件受前排组件相对高一端的影响。由于屋面本身存在坡度，所以需要考虑坡度对于屋面阴影的影响，坡度对于组件，就相当于组件被抬高，对于阴影，相当于存在一个向下的倾角，这两个部分的阴影副加阴影在屋面长度主要考虑的部分。

如下图：

图4正东西坡屋面光伏组件布置

光伏组件间距计算的立体模型如下图

图5正西坡屋面组件阴影立体图

上图对于西坡下午10:00时的阴影，其中点A为前排组件最高点，B为水平垂点，C为太阳光线过A与水平面的交点，D为斜坡组件的下端与太阳光线的交点，组件边缘即将出现的阴影处。为了方便，采用虚线构建水平面，即BCDFG多点构成的东西坡屋面，光伏组件朝向正南布置时的间距计算公式，D为中心间距（D=BG长度，D1=BC为组件的投影长度，D2=GC为间距），D3为水平面AE光线投影长度，D2=GC就为D3的南北分量。iE-W为屋面的坡度，RN-S为当地阴影系数。

东西坡屋面，光伏组件朝向正南布置时的间距计算公式，D为中心间距（D1为组件的投影长度，D2为间距），D3为水平面阴影长度，D2就为D3的南北分量。iE-W为屋面的坡度，RN-S为当地阴影系数。

由于是向下斜坡，所以需要计算的相对高差是：

H=Δh+L´sinθ=D3´iE-W+L´sinθ

D=D1+D2=L´cosθ+D2

D2=H´RN-S=(D3´iE-W+L´sinθ)´RN-S

前后排光伏组件的中心间距可采用以下公式计算：

式中q为组件角度（组件相对于水平面夹具，非与屋面角度），

（东坡则考虑下午3时，西坡则考虑上午9时）。

类型二：当建筑屋面不是正东、正西坡度，而且光伏组件不是采用平铺方式安装，光伏组件与屋面之间有一定的倾角。根据上面公式，考虑房屋本身角度对于太阳方位角的影响，以及房屋角度修改对于斜坡阴影的影响。对于东坡仍考虑下午三时，对于西坡仍考虑上午九时的太阳方位角。

图6

此图与上图为同建筑，建筑面朝东南方向，同样东坡，对于下午三时无遮挡考虑情况下的实际布置图，明显看出太阳能组件阵列差异，而对于阵列摆置的角度是相同的，朝向也是一样的，但是对于阵列阴影考虑确实无线可以看出不同。所以在阴影在屋面长度的计算上，需要对于建筑本身对于屋面阴影音响，以及对于太阳高度角的影响。

前后排光伏组件的中心间距可采用以下公式计算：

某工程子方阵阵列是正南北方向排列，应在设计中进一步综合考虑南北向梯度和东西向梯度的阵列高度差，尽量保证在冬至日15:00时，某阵列对侧后方阵

列不产生遮挡。而场地面积足够大时，应由该阵列与侧后方阵列高度差h'计算阵列间距D。支架基础标高时，h'的参考值应为

式中：DE-W为相邻东西阵列的中心距（阵列长度加相邻距离）；DN-S为相邻南北阵列的中心距，DN-S=lcosq+D；iE-W为东西方向的坡度；iN-S为南北方向的坡度。

将h'代入D=h´R则可推导出含有东西向、南北向2个方向坡度的间距公式

该工程中#4子方阵的间距设计如下：东西坡度i=0.4%，南北坡度i=1.2%，

采用公式计算得到D=5406mm，最小中心距为8117mm，h'=190mm。实际取值相邻南北阵列的中心距为8150mm，东西、南北相邻阵列的高度差均为100mm，h'=200mm。支架基础标高如图4所示，图中A阵列不会遮挡C，D个阵列，可保证任一光伏阵列在冬至日15:00均不会遮挡东北方向的后排阵列，相对于仅考虑南北坡度设计，这种计算方法更为合理。光伏阵列的东西间距不同于南北间距，规范中没有规定间距大小以及计算方法。东西方向间距的大小同样影响光伏方阵的占地面积以及电缆长度用量，因此比较重要。在平整的场地上，东西向光伏阵列的组件安装高度一致，不会相互遮挡。

对山地布置或地形坡度较大的场地，应考虑阵列中支架单元东西方向高度变化所引起的阴影遮挡，并在设计中采取针对性措施。当场地坡度较大时，应考虑东西相邻两个阵列的落差，除保证冬至日9：00东边阵列不遮挡西边阵列或15：00西边阵列不遮挡东边阵列外，还应进一步考虑夏至日相邻阵列是否遮挡，这是由于夏至日太阳辐照度在9：00之前与15：00之后仍然很高，应对这一部分辐射量提高利用。例如，通过PVsyst模拟宁夏中卫市某光伏电站（37.3°N），当光伏阵列西侧比东侧高0.5m，东西间距0.5m，虽满足冬至日15：00左右不遮挡时，但夏至日15:30左右就会出现左右遮挡而前后阵列没有形成遮挡。当东西间距为1m时，夏至日出现左右遮挡的时间为16：30分左右，如图4所示的东侧支架上西端刚出现阴影。因此，根据东西光伏阵列的高度差来考虑东西间距有实际意义，根据实际工程建设经验，在平整场地时，建议东西向间距为0.3～0.5m，在预留作为检修通道用时，可设计为1m，坡度场地相邻阵列存在高差时，东西向间距为相邻阵列的高差以2倍以上为宜，在夏季可以减少早晚时间的遮挡以利用更多的光照。

图4PVsyst夏至日16:30阵列阴影模拟