浙江正泰新能源開發(fā)有限公司 ■ 盛春楊松 沈道軍 羅易 李春陽(yáng) 諸榮耀 周承軍

基于Revit的山地光伏電站設(shè)計(jì)分析

浙江正泰新能源開發(fā)有限公司 ■ 盛春*楊松 沈道軍 羅易 李春陽(yáng) 諸榮耀 周承軍

對(duì)山地光伏電站基于Revit三維建模進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。淺析使用Revit光伏電站建模的方法步驟，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目分析三維建模對(duì)光伏組件排布設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，其更適用于解決山地等不規(guī)則地形電站的排布設(shè)計(jì)。通過三維建模分析可降低組件陰影遮擋造成的電站發(fā)電量損失，科學(xué)優(yōu)化電站性能，提高電站的投資回報(bào)率。

Revit三維建模；組件排布；發(fā)電量損失

0 引言

Revit系列軟件是國(guó)內(nèi)建筑BIM使用最多的軟件之一，可提高建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量與能效。近年來，隨著光伏電站建設(shè)型式的多樣化，山地光伏電站及系列復(fù)雜地形的電站建設(shè)越來越多，但由于地形的復(fù)雜多變，使組件排布的間距設(shè)計(jì)相比常規(guī)地面電站復(fù)雜。Revit的三維建模恰好適用于解決該問題，其既能輕易消除前后排組件造成的陰影遮擋，又能解決場(chǎng)區(qū)內(nèi)及周邊地形高差或其他物體對(duì)場(chǎng)內(nèi)組件造成的陰影遮擋問題，使電站設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，降低電站因組件陰影遮擋造成的發(fā)電量損失，有效提高電站的投資回報(bào)率。

1 項(xiàng)目建模簡(jiǎn)述

基于Revit的光伏三維建模，除Revit軟件和建模方法，還需要項(xiàng)目地的測(cè)繪圖紙，PVsyst計(jì)算的組件間距、傾角等基本設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)于山地電站，一般數(shù)據(jù)要求測(cè)繪圖精度為1∶500；若地形較簡(jiǎn)單、地勢(shì)較平坦，也可適當(dāng)放寬要求。

具體步驟為：

1)打開Revit并創(chuàng)建一個(gè)“構(gòu)造樣板”。

2)在“管理”按鍵里打開“項(xiàng)目單位”，將單位中的長(zhǎng)度修改為米。

3)在“插入”按鈕下，導(dǎo)入CAD，選擇需要建模的項(xiàng)目測(cè)繪圖，修改“導(dǎo)入單位”為米，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目CAD導(dǎo)入設(shè)置

4)因前面將單位從毫米修改為米，設(shè)置屬性瀏覽器中的“可視范圍”內(nèi)相關(guān)參數(shù)放大1000倍，防止屆時(shí)視圖看不全的問題出現(xiàn)。

5)等高線識(shí)別：進(jìn)入“體量與場(chǎng)地”，選擇“地形表面”，此時(shí)界面會(huì)跳至“編輯表面”，選擇“通過導(dǎo)入創(chuàng)建”，將彈出對(duì)話框，除“等高線”外的所有選項(xiàng)均廢棄打鉤并點(diǎn)擊確認(rèn)，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)入CAD等高線識(shí)別

6)三維圖形及標(biāo)高可視性圖形設(shè)置：因CAD圖導(dǎo)入除等高線外還會(huì)附帶許多標(biāo)注等信息，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔與方便，對(duì)它們進(jìn)行隱藏。三維視圖將“模型類別”中“地形”與“場(chǎng)地”保留可視，其余選項(xiàng)均不保留；“導(dǎo)入的類別”中也一樣，“導(dǎo)入的項(xiàng)目”保留可視，其余均不保留；“標(biāo)高一”需額外保留紅線，其余和三維視圖相同。

圖3 可視圖形保留設(shè)置

7)導(dǎo)入組件族(族的建設(shè)見下節(jié))，并在“標(biāo)高一”紅線范圍內(nèi)完成二維排布。

8)在“標(biāo)高一”中創(chuàng)建剖面，將坡面線移至組件樁基中心處，然后前往坡面進(jìn)行組件高位與傾角調(diào)整。上、下高位可直接選中組件進(jìn)行調(diào)整，離地高度參照項(xiàng)目實(shí)際要求；傾角調(diào)整，若項(xiàng)目統(tǒng)一傾角在建族時(shí)設(shè)置參數(shù)即可，但山地一般都為隨坡，在屬性瀏覽器中進(jìn)行調(diào)整，調(diào)至組件中間兩個(gè)足露出地面相同高度即可。

圖4 組件的三維調(diào)整

9)所有組件調(diào)好后，切換到“三維視圖”，將畫面調(diào)整為“精細(xì)與真實(shí)”并打開“陰影”；然后在“日光研究”中打開“日光設(shè)置”，時(shí)間參數(shù)設(shè)置如圖5所示；地點(diǎn)設(shè)置由“用戶定義”按鈕進(jìn)入，根據(jù)項(xiàng)目地實(shí)際位置在地圖上找到具體位置即可。

圖5 日光研究時(shí)間參數(shù)設(shè)置

10)設(shè)置完畢進(jìn)行“日光研究”，在09:00與15:00排查整個(gè)場(chǎng)區(qū)的組件陰影遮擋情況；若有組件遮擋，返回“標(biāo)高一”與剖面按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整，直至兩時(shí)間點(diǎn)組件均無陰影遮擋情況。

2 族的創(chuàng)建

光伏組件方陣族的創(chuàng)建由6個(gè)簡(jiǎn)單的族組成。族1：?jiǎn)螇K組件；族2：方陣組串；族3：帶傾角的方陣組串；族4：?jiǎn)胃鶚吨蛔?：帶傾角的4根樁柱；族6：光伏組件方陣。

打開Revit新建族，對(duì)話框有許多文件類型。在創(chuàng)建族1、2和3時(shí)，選擇“基于面的公制常規(guī)模型”；創(chuàng)建族4、5和6時(shí)，選擇“公制常規(guī)模型”。

2.1 族1的創(chuàng)建

1)新建族；

2)用“創(chuàng)建”里的“參照平面”功能，在面板繪制一個(gè)邊長(zhǎng)為組件實(shí)際長(zhǎng)度的矩形并居中；

3)拉伸：拉伸矩形如圖6所示，并設(shè)置深度為組件厚度(如40 mm)；

4)邊框拾取：使用“創(chuàng)建拉伸”下的“拾取線”功能，偏移量設(shè)置為組件邊框(如20 mm)，拾取矩形4邊，使之向內(nèi)生成新的小矩形；

5)著色：選中小矩形，在屬性瀏覽器中進(jìn)入“材質(zhì)設(shè)置”，“材質(zhì)選擇”默認(rèn)顏色填充為藍(lán)色；

6)保存為族1。

圖6 族1矩形拉伸

2.2 族2的創(chuàng)建

1)新建族；

2)參照平面創(chuàng)建：先在項(xiàng)目瀏覽器中視角選擇“立面(右)”，然后“創(chuàng)建參照平面”，與參照標(biāo)高成23°夾角(根據(jù)項(xiàng)目組件傾斜角調(diào)整)，并使用“注釋”里的角度標(biāo)注進(jìn)行標(biāo)注角度，點(diǎn)擊角度數(shù)字在標(biāo)簽設(shè)置中“參數(shù)名稱”填為組件傾角，如圖7所示；

3)工作面創(chuàng)建：從“創(chuàng)建”功能下的“設(shè)置”進(jìn)入，拾取之前步驟2創(chuàng)建的參照平面，如圖8所示，然后在視圖跳轉(zhuǎn)對(duì)話框選擇“樓層平面”打開視圖；

4)組件導(dǎo)入：使用“插入”下的“載入族“功能將族載入，在項(xiàng)目瀏覽器找到族1，左鍵將其拖入工作平面并水平放置；

5)組串的制作：按組串中實(shí)際組件間距，先排上下兩塊，后使用陣列功能一次完成并將組串中心與參照平面中心對(duì)齊；

6)保存為族2。

圖7 參照平面創(chuàng)建

圖8 工作平面創(chuàng)建

2.3 族3的創(chuàng)建

1)新建族；

2)參照平面創(chuàng)建：先在項(xiàng)目瀏覽器中視角選擇“立面(右)”，然后“創(chuàng)建參照平面”，與參照標(biāo)高成10°夾角(根據(jù)項(xiàng)目方陣實(shí)際傾斜角度調(diào)整)，并使用“注釋”里的角度標(biāo)注進(jìn)行標(biāo)注角度，點(diǎn)擊角度數(shù)字在標(biāo)簽設(shè)置中“參數(shù)名稱”填為方陣傾角，該步驟與族2的一致；

3)工作面創(chuàng)建：與族2的方法一致；

4)導(dǎo)入組串：使用“族載入”功能將族2放置于工作面中心處。

5) 保存為族3。

2.4 族4的創(chuàng)建

1)新建族；

2)樁柱創(chuàng)建：使用“拉伸”功能創(chuàng)建一半徑160 mm圓形，拉伸2500 mm(半徑及長(zhǎng)度根據(jù)

項(xiàng)目實(shí)際情況設(shè)定參數(shù))，后使用拉伸中的直線在圓形中寫一“凹字”，并設(shè)置拉伸起點(diǎn)2500 mm、拉伸終點(diǎn)2750 mm；

3)保存為族4。

2.5 族5的創(chuàng)建

1)新建族；

2)參照平面創(chuàng)建：建4個(gè)豎向的參照平面，互相間距設(shè)為2500 mm；

3)樁柱導(dǎo)入：導(dǎo)入族4，在每個(gè)面的中心放置1個(gè)樁柱，并使用“修改”中的“對(duì)齊”功能鎖定其位置；點(diǎn)擊“對(duì)齊”按鈕后點(diǎn)擊步驟2創(chuàng)建的參照平面，再點(diǎn)擊圓形內(nèi)的“參照平面”，此時(shí)出現(xiàn)一個(gè)鎖的圖標(biāo)，點(diǎn)擊即完成鎖定；

4)參照平面創(chuàng)建：視圖切換到“立面(前)”，創(chuàng)建6個(gè)參照面(如圖9所示)，如圖依次注釋并在標(biāo)簽設(shè)置名稱為：陣列傾角、樁一距、樁二距、樁三距、樁四距、參考標(biāo)高；之后使用“對(duì)齊”功能將參照面2～5與樁1～4分別對(duì)齊完成鎖定；

5)族類型參數(shù)設(shè)置：如圖10所示，由“族類型”按鈕進(jìn)入設(shè)置界面，設(shè)置“參考標(biāo)高”數(shù)值并編輯其他幾個(gè)公式即可；

圖9 支架參照面創(chuàng)建及位置鎖定圖

圖10 族類型參數(shù)設(shè)置

6)保存為族5。

2.6 族6的創(chuàng)建

1)新建族；

2)族載入：載入族3與族5，放置于工作平面，視角轉(zhuǎn)換到“立面(前)”，下調(diào)族5位置至族3陣列中心處；

3)參數(shù)設(shè)置：分別選中族3與族5，對(duì)其進(jìn)行編輯類型，將方陣傾角內(nèi)的“方陣傾角”選上，然后到“族類型”中將參數(shù)屬性中的“類型”改為“實(shí)例”，并將外邊的方陣傾角調(diào)為項(xiàng)目實(shí)際數(shù)據(jù)；

4)族模型線創(chuàng)建：根據(jù)項(xiàng)目要求組件最低點(diǎn)離地高度可知該位置在族4樁柱上的位置，在該位置創(chuàng)建一個(gè)工作平面，切換視圖后用模型線在該處勾勒一個(gè)大小相同的圓，將族4載入替換至族5中，將族5載入替換到族6中；

5)完成保存。

3 可行性分析

組件陰影遮擋一直是影響光伏電站發(fā)電效率的重要因素之一。以往設(shè)計(jì)通過PVsyst軟件計(jì)算等方式取得項(xiàng)目地陰影遮擋倍率，然后使用天正建筑等配套軟件分析其實(shí)際遮陰，解決屋面與地勢(shì)簡(jiǎn)單的電站排布設(shè)計(jì)。

隨著光伏電站建地的地形復(fù)雜化，二維排布設(shè)計(jì)局限性越來越明顯。承建山地項(xiàng)目使用二維設(shè)計(jì)做排布時(shí)，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中切身體會(huì)過因地形復(fù)雜給設(shè)計(jì)帶來的困難，相比常規(guī)地面電站，設(shè)計(jì)工作量的增加與整體設(shè)計(jì)質(zhì)量的下降十分明顯。由現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)況反饋，局部地段陰影遮擋情況嚴(yán)重，如圖11所示，設(shè)計(jì)與實(shí)際兼容性不夠。上述情況發(fā)現(xiàn)后，項(xiàng)目及時(shí)采取了重設(shè)返工；若不采取措施，該因素日后必會(huì)嚴(yán)重影響電站的發(fā)電效率，而且長(zhǎng)期的部分組件陰影遮擋會(huì)導(dǎo)致組件熱斑效應(yīng)與電流電壓適配現(xiàn)象，增加電站的運(yùn)維壓力。

圖11 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)1月份08:50拍攝

決定重設(shè)后，設(shè)計(jì)換用了Revit三維建模軟件完成排布工作。其操作難度不高，族的創(chuàng)建雖相對(duì)繁雜，但同一個(gè)形態(tài)的族可延用到多個(gè)項(xiàng)目中。設(shè)計(jì)階段能通過三維視圖的日光研究分析不同時(shí)刻電站的日照情況，從日光分析可直接觀察到當(dāng)前排布組件在不同時(shí)刻受到來自相鄰組件、場(chǎng)區(qū)地形或場(chǎng)區(qū)周邊其他物體造成的陰影遮擋。該功能的排布設(shè)計(jì)優(yōu)化能力十分強(qiáng)大，能夠科學(xué)提高電站設(shè)計(jì)的質(zhì)量、降低施工后才發(fā)現(xiàn)問題所帶來的返工及其他問題。圖12為該山地電站項(xiàng)目完成建模的冬至日09:00的日光分析示意圖。

圖12 冬至日09:00日光分析圖

4 結(jié)論與建議

1)傳統(tǒng)二維排布設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單可勝任設(shè)計(jì)平地屋頂?shù)鹊貏?shì)簡(jiǎn)單的電站；但運(yùn)用于設(shè)計(jì)山地等復(fù)雜地形電站時(shí)，工作量巨大，且反映效果不夠直觀，與實(shí)際情況融洽率低。

2) Revit三維建模設(shè)計(jì)，操作略微復(fù)雜，可勝任各類電站排布設(shè)計(jì)，建模成型可進(jìn)行日光分析，能直觀地模擬電站在不同時(shí)刻的陰影遮擋情況，與實(shí)際情況融洽率高。

Revit三維建模在山地電站等地勢(shì)復(fù)雜的光伏電站承建中優(yōu)勢(shì)大，既可降低設(shè)計(jì)工作量，又能達(dá)到電站消除陰影要求；能夠科學(xué)優(yōu)化電站設(shè)計(jì)，減小因組件陰影遮擋帶來的電站發(fā)電效率損失；既能降低前期不必要的額外投入和后續(xù)運(yùn)維成本，又可提高發(fā)電效率增加收益，進(jìn)而提高電站的投資回報(bào)率。

[1] 廖小烽. Revit 2013/2014建筑設(shè)計(jì)火星課堂[M].北京：人民郵電出版社.

2016-09-06

盛春(1991—)，男，系統(tǒng)工程師，主要從事光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)研究及電氣設(shè)計(jì)工作。Chun.sheng@astronergy.com