基于Revit的山地光伏電站設(shè)計分析

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 諸榮耀 周承軍

基于Revit的山地光伏電站設(shè)計分析

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 諸榮耀 周承軍

對山地光伏電站基于Revit三維建模進行了系統(tǒng)介紹。淺析使用Revit光伏電站建模的方法步驟，結(jié)合實際項目分析三維建模對光伏組件排布設(shè)計的優(yōu)越性，相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計，其更適用于解決山地等不規(guī)則地形電站的排布設(shè)計。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，科學優(yōu)化電站性能，提高電站的投資回報率。

Revit三維建模；組件排布；發(fā)電量損失

0 引言

Revit系列軟件是國內(nèi)建筑BIM使用最多的軟件之一，可提高建筑設(shè)計的質(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雜地形的電站建設(shè)越來越多，但由于地形的復雜多變，使組件排布的間距設(shè)計相比常規(guī)地面電站復雜。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，又能解決場區(qū)內(nèi)及周邊地形高差或其他物體對場內(nèi)組件造成的陰影遮擋問題，使電站設(shè)計得到優(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率。

1 項目建模簡述

基于Revit的光伏三維建模，除Revit軟件和建模方法，還需要項目地的測繪圖紙，PVsyst計算的組件間距、傾角等基本設(shè)計參數(shù)。對于山地電站，一般數(shù)據(jù)要求測繪圖精度為1∶500；若地形較簡單、地勢較平坦，也可適當放寬要求。

具體步驟為：

1)打開Revit并創(chuàng)建一個“構(gòu)造樣板”。

2)在“管理”按鍵里打開“項目單位”，將單位中的長度修改為米。

3)在“插入”按鈕下，導入CAD，選擇需要建模的項目測繪圖，修改“導入單位”為米，如圖1所示。

圖1 項目CAD導入設(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，防止屆時視圖看不全的問題出現(xiàn)。

5)等高線識別：進入“體量與場地”，選擇“地形表面”，此時界面會跳至“編輯表面”，選擇“通過導入創(chuàng)建”，將彈出對話框，除“等高線”外的所有選項均廢棄打鉤并點擊確認，如圖2所示。

圖2 導入CAD等高線識別

6)三維圖形及標高可視性圖形設(shè)置：因CAD圖導入除等高線外還會附帶許多標注等信息，為項目設(shè)計的簡潔與方便，對它們進行隱藏。三維視圖將“模型類別”中“地形”與“場地”保留可視，其余選項均不保留；“導入的類別”中也一樣，“導入的項目”保留可視，其余均不保留；“標高一”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)導入組件族(族的建設(shè)見下節(jié))，并在“標高一”紅線范圍內(nèi)完成二維排布。

8)在“標高一”中創(chuàng)建剖面，將坡面線移至組件樁基中心處，然后前往坡面進行組件高位與傾角調(diào)整。上、下高位可直接選中組件進行調(diào)整，離地高度參照項目實際要求；傾角調(diào)整，若項目統(tǒng)一傾角在建族時設(shè)置參數(shù)即可，但山地一般都為隨坡，在屬性瀏覽器中進行調(diào)整，調(diào)至組件中間兩個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“精細與真實”并打開“陰影”；然后在“日光研究”中打開“日光設(shè)置”，時間參數(shù)設(shè)置如圖5所示；地點設(shè)置由“用戶定義”按鈕進入，根據(jù)項目地實際位置在地圖上找到具體位置即可。

圖5 日光研究時間參數(shù)設(shè)置

10)設(shè)置完畢進行“日光研究”，在09:00與15:00排查整個場區(qū)的組件陰影遮擋情況；若有組件遮擋，返回“標高一”與剖面按標準調(diào)整，直至兩時間點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個簡單的族組成。族1：單塊組件；族2：方陣組串；族3：帶傾角的方陣組串；族4：單根樁柱；族5：帶傾角的4根樁柱；族6：光伏組件方陣。

打開Revit新建族，對話框有許多文件類型。在創(chuàng)建族1、2和3時，選擇“基于面的公制常規(guī)模型”；創(chuàng)建族4、5和6時，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，在面板繪制一個邊長為組件實際長度的矩形并居中；

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，在屬性瀏覽器中進入“材質(zhì)設(shè)置”，“材質(zhì)選擇”默認顏色填充為藍色；

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”，與參照標高成23°夾角(根據(jù)項目組件傾斜角調(diào)整)，并使用“注釋”里的角度標注進行標注角度，點擊角度數(shù)字在標簽設(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)對話框選擇“樓層平面”打開視圖；

4)組件導入：使用“插入”下的“載入族“功能將族載入，在項目瀏覽器找到族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”，與參照標高成10°夾角(根據(jù)項目方陣實際傾斜角度調(diào)整)，并使用“注釋”里的角度標注進行標注角度，點擊角度數(shù)字在標簽設(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(半徑及長度根據(jù)

項目實際情況設(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2500 mm、拉伸終點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個豎向的參照平面，互相間距設(shè)為2500 mm；

3)樁柱導入：導入族4，在每個面的中心放置1個樁柱，并使用“修改”中的“對齊”功能鎖定其位置；點擊“對齊”按鈕后點擊步驟2創(chuàng)建的參照平面，再點擊圓形內(nèi)的“參照平面”，此時出現(xiàn)一個鎖的圖標，點擊即完成鎖定；

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

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

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，對其進行編輯類型，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“實例”，并將外邊的方陣傾角調(diào)為項目實際數(shù)據(jù)；

4)族模型線創(chuàng)建：根據(jù)項目要求組件最低點離地高度可知該位置在族4樁柱上的位置，在該位置創(chuàng)建一個工作平面，切換視圖后用模型線在該處勾勒一個大小相同的圓，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)計通過PVsyst軟件計算等方式取得項目地陰影遮擋倍率，然后使用天正建筑等配套軟件分析其實際遮陰，解決屋面與地勢簡單的電站排布設(shè)計。

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

圖11 項目現(xiàn)場1月份08:50拍攝

決定重設(shè)后，設(shè)計換用了Revit三維建模軟件完成排布工作。其操作難度不高，族的創(chuàng)建雖相對繁雜，但同一個形態(tài)的族可延用到多個項目中。設(shè)計階段能通過三維視圖的日光研究分析不同時刻電站的日照情況，從日光分析可直接觀察到當前排布組件在不同時刻受到來自相鄰組件、場區(qū)地形或場區(qū)周邊其他物體造成的陰影遮擋。該功能的排布設(shè)計優(yōu)化能力十分強大，能夠科學提高電站設(shè)計的質(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，操作簡單可勝任設(shè)計平地屋頂?shù)鹊貏莺唵蔚碾娬?；但運用于設(shè)計山地等復雜地形電站時，工作量巨大，且反映效果不夠直觀，與實際情況融洽率低。

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

Revit三維建模在山地電站等地勢復雜的光伏電站承建中優(yōu)勢大，既可降低設(shè)計工作量，又能達到電站消除陰影要求；能夠科學優(yōu)化電站設(shè)計，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)運維成本，又可提高發(fā)電效率增加收益，進而提高電站的投資回報率。

[1] 廖小烽. Revit 2013/2014建筑設(shè)計火星課堂[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)計工作。Chun.sheng@astronergy.com