以廣州市為例的城市建筑屋頂光伏利用潛力的多元評價

陳子龍，王 芳，馮艷芬

(廣州大學地理科學與遙感學院，廣州 510006)

0 引言

太陽能利用是實現城市新能源發展、促進節能減排的重要手段，其中，利用城市建筑屋頂安裝光伏發電系統是城市太陽能利用的主要方式，對降低建筑能耗、提高城市可持續能源利用率、促進城市的低碳能源發展均具有重要作用[1]。因此，科學開展城市建筑屋頂光伏利用潛力評價顯得尤為重要，屋頂光伏有效利用面積估算則是評價城市建筑屋頂光伏利用潛力的重點。如何提高建筑屋頂光伏有效利用面積估算的精度已成為屋頂光伏領域的研究熱點[2]。

國內外學者針對建筑屋頂的光伏有效利用面積估算及光伏利用潛力評價已開展了大量研究。比如，文獻[3-8]通過利用人口、土地及建筑等統計數據對建筑屋頂的有效利用面積進行了估算。其中：WIGINTON等[3]利用人口數據估算人均屋頂面積后，對建筑屋頂光伏利用潛力進行了評價；IZQUIERDO等[4]通過將人口、建筑物數量和土地利用等統計信息與經驗占比系數相結合估算了可用的屋頂面積，并評價了建筑屋頂光伏利用潛力；RODRIGUEZ等[5]提出根據總屋頂面積及按照城市分類確定的利用系數來估算光伏發電系統的可利用屋頂面積。

為了進一步提高估算精度，文獻[9-11]引入了利用率與影響因素來進行屋頂光伏有效利用面積的估算。其中：國際能源署(IEA)[9]使用地基面積與屋頂和立面總面積之比所確定的利用率，對歐洲的建筑屋頂光伏有效利用面積進行了估算；PENG等[10]使用總屋頂面積與總占地面積之比將占地面積轉換為總屋頂面積，然后通過分析日光適應性和建筑適應性因素，估算了中國香港地區的建筑屋頂光伏有效利用面積。

隨著地理信息系統和遙感技術的發展和應用，文獻[1-2，12-19]研究了基于遙感影像及相關的實測數據來提取建筑屋頂的特征信息，為提高建筑屋頂光伏利用潛力評價的精度提供了新方法。其中：李勇[12]提出利用高性能計算技術和有效的數據分塊方案，基于航空立體影像獲取的數字地表模型(DSM)數據作為太陽輻射模型的數據基礎，并提取了建筑屋頂的特征信息，對不同類型的建筑屋頂進行了光伏利用潛力分析；BERGAMASCO等[13]利用航空影像，并考慮陰影遮擋后，提高了屋頂可利用面積的估算精度；KO等[2]利用建筑高度數據進行了建筑陰影分析，從而可以更精確地得出可利用的建筑屋頂面積，并以此評價了中國臺灣地區的建筑屋頂光伏利用潛力。

通過上述研究可以發現，影響城市建筑屋頂光伏有效利用面積估算的因素非常多，在研究方法和影響因素分析方面仍有待進一步探索，以提高估算精度。因此，本研究以廣州市為研究區域，利用城市建筑物的矢量數據，從物理潛力、地理潛力和技術潛力這3個方面開展了城市建筑屋頂光伏利用潛力多元評價的研究。研究中引入了建筑陰影遮擋和植被遮擋概念以提高屋頂光伏有效利用面積的估算精度，并通過仿真軟件對安裝于建筑屋頂的光伏發電系統中光伏組件的最佳安裝傾角和前后排光伏陣列的最佳間距進行了計算，進而估算出城市建筑屋頂光伏利用的發電潛力，以期為安裝于城市建筑屋頂的光伏發電系統的規劃和發展提供方法探索和數據支撐。

1 研究區域的概況和研究方法

1.1 研究區域的概況

廣州市地處我國南部地區、位于廣東省南部。廣州市全市共下轄11個區，總面積為7434 km2，建成區面積為1249.11 km2。2019年，廣州市常住人口為1530.59萬人，城鎮人口為1323.34萬人，城鎮化率達到86.46%[20-21]。

龐大的城市建筑數量和集聚的人口使廣州市成為用電需求量極高的城市。2019年，廣州市的年用電量達到了1005.58億kWh[21]。隨著光伏建筑一體化逐漸興起，采用分布式光伏發電方式的光伏智能建筑勢必將成為類似于廣州市這種大城市建筑形式的發展趨勢，并且此種建筑形式能進一步推動光伏發電系統在城市中的應用。

1.2 研究方法

1.2.1 光伏利用的物理潛力

光伏利用的物理潛力是指太陽能量所到達目標地面的總和，可由太陽輻射量模型來表達。

給定位置的總直接太陽輻射量Dirtot是所有太陽圖扇區中直接太陽輻射量Dirθ,α(質心位于天頂角θ和太陽方位角α交點處)的總和，其表達式為：

Dirθ,α可表示為：

式中：SConst為地球與太陽之間平均距離處大氣層外的太陽通量，稱為太陽常數，本研究取1367 W/m2，這與世界輻射數據中心(WRDC)太陽常數保持一致；β為最短路徑(朝向天頂的方向)的大氣層透射率(所有波長的平均值)；m(θ)為相對的光路徑長度；SunDurθ,α為以質心位于θ與α交點處的天空扇區表示的持續時間；SunGapθ,α為質心位于θ與α交點處的太陽圖扇區的孔隙度；AngInθ,α為天空扇區中位于θ與α交點處的質心與表面的法線軸之間的入射角，(° )。

1.2.2 光伏利用的地理潛力

光伏利用的地理潛力是指能夠得到足夠太陽輻射量的屋頂空間的可用性，即估算可用于安裝光伏發電系統的屋頂有效利用面積。

1)建筑的陰影遮擋分析。在非城市環境中，建筑周圍幾乎沒有障礙，而在高樓林立的城市地區，建筑會受到周圍樓宇的陰影遮擋。建筑陰影遮擋分析是針對建筑屋頂因受到周圍樓宇陰影遮擋而影響其接收太陽輻射的光伏有效利用面積的分析。該分析由Hillshade模型來完成，需要考慮建筑高度等因素，先要根據建筑物標高計算山體陰影(Hillshade)值；而計算輸出柵格中每個像元的Hillshade值，則需要知道太陽的高度角和α值[1]。

Hillshade模型可表示為：

式中：Zenithrad為太陽天頂角的弧度數，rad；Sloperad為某一點的坡度弧度數，rad；Azimuthrad為太陽光線方向角的弧度數，rad；Aspectrad為某一點的坡向弧度數，rad。

2)植被遮擋分析。在城市環境中，低矮的建筑被其周邊高大植被遮擋的情況很容易被忽視，為了更加精確地估算建筑屋頂的光伏有效利用面積，植被遮擋分析十分必要。植被遮擋分析是指因植被遮擋從而對屋頂接收的太陽輻射產生影響的分析，主要通過歸一化植被指數(NDVI)分析得到的植被覆蓋度來體現，計算得到的NDVI為像元NDVI值。

NDVI的計算式為：

式中：NIR為近紅外波段的反射值；R為紅外波段的反射值。

本文中NDVI值的取值范圍為-1≤NDVI≤1，其中：NDVI為負值時，表示地面覆蓋為云、水、雪等；NDVI為零時，表示有巖石或祼土等；NDVI為正值時，表示有植被覆蓋，且此時NDVI值越高，說明植被覆蓋度越高。像元植被覆蓋度fv是指混合像元中植被所占像元的百分比，其表達式為：

式中：NDVIv和NDVI0分別為純植被和純裸土時的NDVI值，本文以研究區域中NDVI值的最大值和最小值分別作為NDVIv和NDVI0的值[22]。

1.2.3 光伏利用的技術潛力

光伏利用的技術潛力是指光伏發電系統的安裝技術及光伏組件的發電量潛力。此方面的潛力需要從光伏組件的最佳安裝傾角、前后排光伏陣列的最佳間距、光伏組件傾斜面上接收的太陽輻射量和光伏組件發電量這幾個方面進行分析計算。

1)光伏組件最佳安裝傾角的確定?？衫霉交蚍抡孳浖M得到光伏組件的最佳安裝傾角。當采用公式計算時，可通過計算光伏組件傾斜面上接收的最大年太陽輻射量來確定光伏組件的最佳安裝傾角。而采用PVsyst 6.4.3仿真軟件模擬光伏組件的最佳安裝傾角時，可通過調整光伏組件安裝傾角的度數，使轉位系數(transposition factor，TF)和集電平面全局(global on collector plane)這2個參數達到最大，使最佳損耗(loss by respect to optimum)為0%，此時得到的光伏組件安裝傾角即為光伏組件的最佳安裝傾角。

2)前后排光伏陣列最佳間距的計算。根據光伏組件最佳安裝傾角，采用GB 50797—2012《光伏發電站設計規范》[23]中規定的保證冬至日當天09:00-15:00(當地真太陽時)時段內前、后排光伏組件互不遮擋的最小間距公式來計算前后排光伏陣列的最佳間距。

前后排光伏陣列最佳間距D的表達式為：

式中：L為光伏陣列傾斜面的長度，m；γ為光伏陣列的傾角(即光伏組件的最佳安裝傾角)，(° )；φ為當地緯度，(° )。

3)光伏組件傾斜面上每小時接收的太陽輻射量Gtt的計算。

Gtt可表示為：

式中：Gbt為光伏組件傾斜面每小時接收的直射太陽輻射量，MJ/m2；Gdt為光伏組件傾斜面每小時接收的漫射太陽輻射量，MJ/m2；Gr為光伏組件傾斜面每小時反射的太陽輻射量，MJ/m2。

4)光伏組件發電量的計算。根據GB 50797—2012[23]中第6.6條的規定，計算光伏組件發電量。

光伏組件發電量Ep的計算式為：

式中：HA為光伏組件水平面接收的總太陽輻照量，kWh/m2；PAz為光伏組件的安裝容量，kWp；Es為標準測試條件下的太陽輻照度，為常數，取1 kW/m2；K為綜合效率系數。

2 城市建筑屋頂光伏利用潛力分析

根據廣州市的行政區劃及其地理區位特點，將廣州市整體劃分為5大區域進行分析。其中：將越秀區、海珠區、荔灣區、天河區、白云區5個中心城區定義為廣州市區，作為1個區域分析；將番禺區和南沙區劃分為1個區域分析；將增城區和黃埔區劃分為1個區域分析；從化區和花都區均單獨作為1個區域分析。

2.1 光伏利用的物理潛力分析

根據WRDC的數據，對2010-2015年廣州市的月太陽輻射量、不同季節太陽輻射量和年總太陽輻射量等數據進行統計分析。2010-2015年廣州市不同季節時的太陽輻射量統計如表1所示。

由表1可以看出，在1年的4個季節中，廣州市的太陽輻射量主要集中在夏、秋兩季，而冬季的太陽輻射量比春季的高，這主要是因為廣州市的地理位置使其春季時的太陽輻射量較少。2010-2015年期間，廣州市的年太陽輻射量在3943.35～5007.85 MJ/m2之間。

表1 2010-2015年廣州市不同季節時的太陽輻射量統計Table 1 Statistics of solar radiation in Guangzhou in different season from 2010 to 2015

利用ArcMap 10.2軟件對2010-2015年廣州市5大區域的太陽輻射量進行計算，得到了這6年間廣州市5大區域的月均太陽輻射量和月均日照小時數等數據，具體統計結果如表2所示。

由表2可以看出，廣州市5大區域的月均太陽輻射量最大值均出現在7月，高達507～553 MJ/m2；而最小值均出現在2月，只有215～247 MJ/m2。廣州市5大區域的月均太陽輻射量在215～553 MJ/m2之間，最大值與最小值都出現在廣州市南部地區的番禺區和南沙區，而最大值出現在夏季、最小值出現在春季，這是因為番禺區和南沙區毗鄰珠江口，夏季時晴天多，陽光充足，而春季時雨水多，陽光較少。通過分析廣州市5大區域的年均太陽輻射量可以發現，廣州市的總太陽輻射量在地域上呈現南多北少的趨勢。

從表2還可以看出，廣州市5大區域的年均日照小時數在1773.4～1938.2 h之間，基本上呈現從東南區域向西北區域遞減的趨勢。但廣州市區是廣州市全市中日照小時數相對較低的區域，這是因為市區的大氣污染較嚴重，霾、霧、煙、塵較多，降低了該區域的日照小時數。從5大區域1年中的日照小時數分配情況來看，月均日照小時數最小值出現在3月，只有68.5～86.4 h，這主要是因為3月時廣州市正處于陰雨時節，大氣透明度差，中、低云層時常布滿天空；而月均日照小時數最大值出現在7月，范圍為216.2～236.2 h。

表2 2010-2015年期間，廣州市5大區域的月均太陽輻射量和月均日照小時數統計結果Table 2 Statistics results of monthly average solar radiation and monthly average sunshine hours in five regions of Guangzhou between 2010 and 2015

2.2 光伏利用的地理潛力分析

光伏利用的地理潛力分析主要包括建筑屋頂總面積估算、建筑陰影遮擋分析、不可利用屋頂面積估算、植被遮擋分析，以及建筑屋頂光伏有效利用面積估算。

2.2.1 廣州市建筑屋頂總面積的估算

廣州市建筑屋頂總面積的估算是基于百度地圖的應用程序接口(API)下載的廣州市建筑物輪廓矢量數據(2018年)。由于所獲取的建筑物輪廓矢量數據實際為建筑物的占地面積，因此本研究根據文獻[8]引入屋頂面積利用系數，取值為0.86，通過ArcMap 10.2軟件的幾何計算，可得出廣州市建筑屋頂總面積約為12050.59×104m2。其中：廣州市區的建筑屋頂總面積約為7769.25×104m2；番禺區和南沙區的建筑屋頂總面積約為2015.06×104m2；增城區和黃埔區的建筑屋頂總面積約為1785.55×104m2；從化區的建筑屋頂總面積約為39.8×104m2；花都區的建筑屋頂總面積約為440.93×104m2。

2.2.2 建筑陰影遮擋分析

選取1年中4個重要的時間節點(春分、夏至、秋分、冬至)，將1天中的06:00-18:00分為4個時段，并選取06:00-09:00中的08:00、09:00-12:00中的11:00、12:00-15:00中的14:00及15:00-18:00中的17:00進行建筑陰影遮擋分析。該過程需要考慮到太陽方位角和太陽高度角，以及轉換因子z等因素。z用于調整水平單位與垂直單位的測量單位，由于測量單位相同，因此z取默認值1。廣州市重要時間節點的太陽高度角、太陽方位角的統計結果如表3所示。通過Hillshade模型對廣州市的建筑物柵格數據進行建筑陰影遮擋分析，共進行16次分析，具體如圖1所示。

表3 廣州市重要時間節點的太陽高度角、太陽方位角的統計結果Table 3 Statistics results of solar altitude and solar azimuth at important time nodes in Guangzhou

圖1 建筑陰影遮擋分析圖Fig. 1 Analysis drawing of building shadow occlusion

從圖1可以分析得出廣州市建筑物受陰影遮擋影響的分布情況，分析結果展示如圖2所示。

圖2 廣州市建筑物受陰影遮擋影響的分析結果Fig. 2 Analysis results of buildings affected by shadow occlusion in Guangzhou

通過分析圖2可知，廣州市受建筑陰影遮擋影響的屋頂面積約為1670.76×104m2，約占建筑屋頂總面積的13%。其中：廣州市區受建筑陰影遮擋影響的屋頂面積約為1060.95×104m2；從化區受建筑陰影遮擋影響的屋頂面積約為6282.40 m2；花都區受建筑陰影遮擋影響的屋頂面積約為19.32×104m2；增城區和黃埔區受建筑陰影遮擋影響的屋頂面積約為367.42×104m2；番禺區和南沙區受建筑陰影遮擋影響的屋頂面積約為222.45×104m2。

2.2.3 不可利用屋頂面積的估算

冬至日09:00-15:00之間日照小時數小于3 h的建筑屋頂屬于不滿足日照小時數條件的屋頂，可稱為不可利用屋頂[18]。廣州市不滿足日照小時數條件的屋頂分布情況如圖3所示。

圖3 廣州市不滿足日照小時數條件的建筑屋頂分布情況Fig. 3 Distribution of building roofs in Guangzhou that do not meet conditions of sunshine hours

通過ArcMap 10.2軟件可計算出廣州市不可利用屋頂面積約為140.82×104m2。其中：廣州市區不可利用屋頂面積約為105.78×104m2；從化區不可利用屋頂面積約為6958.94 m2；花都區不可利用屋頂面積約為47953.71 m2；增城區和黃埔區不可利用屋頂面積約為15.97×104m2；番禺區和南沙區不可利用屋頂面積約為13.58×104m2。

2.2.4 植被遮擋分析

進行植被遮擋分析，需要先對遙感影像進行解譯，然后計算NDVI值，最后計算植被覆蓋度。

植被覆蓋度小于10%時屬于極低覆蓋度，介于10%～30%時屬于低覆蓋度，介于30%～45%時屬于中低覆蓋度，介于45%～60%時屬于中高覆蓋度，大于60%時屬于高覆蓋度[24]。植被覆蓋度越高，說明植被生長狀況和生長趨勢越好，越會遮擋低矮建筑屋頂的陽光。植被覆蓋度與植被結構參數存在正相關性，若植被結構參數值越高，則屋頂獲得的太陽輻射量就越低[25-26]。因此，本研究將植被覆蓋度大于60%的情況認定為植被對屋頂存在遮擋影響。

通過計算可得出廣州市NDVI值的范圍在-0.27～0.64之間，進一步計算植被覆蓋度高于60%的高度覆蓋部分，得出最終廣州市的植被遮擋分析結果如圖4所示。

圖4 廣州市的植被遮擋分析結果

通過ArcMap 10.2軟件可計算出廣州市受植被遮擋影響無法安裝光伏發電系統的總屋頂面積約為89.58×104m2。其中：廣州市區受植被遮擋影響無法安裝光伏發電系統的屋頂面積約為49.22×104m2；從化區受植被遮擋影響無法安裝光伏發電系統的屋頂面積約為1940.50 m2；花都區受植被遮擋影響無法安裝光伏發電系統的屋頂面積約為17214.62 m2；增城區和黃埔區受植被遮擋影響無法安裝光伏發電系統的屋頂面積約為19.17×104m2，番禺區和南沙區受植被遮擋影響無法安裝光伏發電系統的屋頂面積約為19.27×104m2。

由于廣州市的樹木多以高大喬木為主，因此該城市受植被影響較為顯著。如圖4所示，以越秀區為代表的廣州市區(如圖中b區域)的植被主要是沿街分布，且該區域的建筑物樓層都較高，因此該區域受植被影響適中；以花都區(如圖中a區域)、番禺區和南沙區(如圖中c區域)為代表的區域，均多以中低層建筑和村莊為主，建筑密度小，且植被分布規律不顯著，因此這2大區域受植被影響較大。

2.2.5 建筑屋頂光伏有效利用面積的估算

通過對不同季節的建筑陰影遮擋和植被遮擋進行分析，并對建筑陰影遮擋和植被遮擋重疊部分的面積進行處理，綜合計算得出廣州市可安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為10142×104m2。其中：廣州市區可安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為6550.3×104m2；從化區可安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為38.28×104m2；花都區可安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為415.08×104m2；增城區和黃埔區可安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為1382.09×104m2；番禺區和南沙區可安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為1756.24×104m2。

2.3 光伏利用的技術潛力分析

為了使屋頂光伏發電系統在有限的建筑屋頂光伏有效利用面積內能量輸出最大化，必須使用高效光伏組件。鑒于中國香港地區的地理位置與廣州市具有相似性，參考針對中國香港地區屋頂光伏發電系統發展潛力進行研究的文獻[10]，本研究采用型號為STP260S的單晶硅光伏組件作為標準模塊。該光伏組件中單片單晶硅太陽電池的尺寸(長×寬)為156 mm×156 mm，標準測試條件(STC)下的最大功率為260 W；光伏組件的尺寸(長×寬×厚)為1640 mm×992 mm×35 mm。由于本研究中光伏發電系統是安裝于民用住宅屋頂，因此單個光伏發電系統的裝機容量一般不超過30 kW。

通過PVsyst 6.4.3仿真軟件模擬得到廣州市屋頂光伏發電系統中光伏組件的最佳安裝傾角為20°、極限遮光角為18.5°，單個光伏發電系統的占地率為0.51。考慮到前排光伏陣列可能會產生局部陰影從而影響到后排光伏陣列的光電轉換效率，因此利用公式計算得到前后排光伏陣列的最佳間距為1.94 m。剔除最佳間距內不安裝光伏組件的屋頂面積，計算得到本研究區域內共可安裝光伏組件約3187.7×104塊，光伏發電系統的裝機容量為8288.03 MWp。

若采用單晶硅光伏組件，其光電轉換效率取16%；根據文獻[27]，光伏發電系統的系統效率取0.84。由于廣州市位于北半球，太陽方位角默認為0°。根據PVsyst 6.4.3仿真軟件模擬，得到廣州市光伏組件傾斜面上接收的太陽輻射量為1217 kWh/m2。經計算得出，廣州市屋頂光伏發電系統裝機容量為8288.03 MWp時，其年發電量約為84.73×108kWh，以每千瓦時光伏發電可減少0.997 kg碳排放量計算，共可減少約844.76×104t碳排放量。其中：廣州市區屋頂光伏發電系統的年發電量約為54.72×108kWh，可減少約545.57×104t碳排放量；從化區的屋頂光伏發電系統年發電量約為0.32×108kWh，可減少約3.19×104t碳排放量；花都區的屋頂光伏發電系統年發電量約為3.47×108kWh，可減少約37.76×104t碳排放量；增城區和黃埔區的屋頂光伏發電系統年發電量約為12.23×108kWh，可減少約121.97×104t碳排放量；番禺區和南沙區的屋頂光伏發電系統年發電量約為14.67×108kWh，可減少約146.28×104t碳排放量。

3 討論

綜合所有分析結果來看，廣州市建筑屋頂光伏利用在夏、秋兩季有較大的物理潛力，且廣州市南部地區的番禺區、南沙區的物理潛力較北部地區的花都區、從化區的大；廣州市中部地區和南部地區均有較可觀的地理潛力和技術潛力。研究結果顯示，廣州市可用于安裝光伏發電系統的建筑屋頂光伏有效利用面積約為10142×104m2，光伏發電系統的年發電量約為84.73×108kWh，共可減少約844.76×104t碳排放量。因此，廣州市有較可觀的建筑屋頂光伏利用潛力，合理部署屋頂光伏發電系統不僅能夠有效促進城市的節能減排，還對發展城市光伏智能建筑、改善城市環境具有積極意義。

目前，本文的研究并未考慮社會因素及人口和用電需求產生的影響，關于屋頂的分析未考慮屋頂形狀的差異。因此，綜合考慮人口、經濟、屋頂特征參數等因素，并分析人口密度與建筑的關系，計算得到建筑物的用電量需求，進而分析屋頂光伏發電系統的供需關系，是未來屋頂光伏利用潛力進一步研究的重點。

4 結論

本文從物理潛力、地理潛力和技術潛力這3個方面對廣州市建筑屋頂光伏利用潛力進行了評價，結合總太陽輻射數據和ArcMap 10.2軟件，分析得出廣州市及其各個區域的太陽輻射量、日照小時數等數據；利用Hillshade模型、NDVI值和植被覆蓋度等，對建筑及植被的陰影遮擋進行了分析，并計算了廣州市的建筑屋頂光伏有效利用面積；同時，通過軟件仿真模擬及相關公式估算得到廣州市安裝的屋頂光伏發電系統的年發電量。主要結論如下：

1) 2010-2015年期間，廣州市的年太陽輻射量在3943.35～5007.85 MJ/m2之間，屬于太陽能資源Ⅲ類地區，呈現自東南區域向西北區域遞減的趨勢。其中：番禺區和南沙區位于廣州市南部、毗鄰珠江口，該區域的年均太陽輻射量高達4687 MJ/m2，是廣州市太陽能資源最豐富的區域；花都區及從化區均位于廣州市的北部山區，該區域的年均太陽輻射量則低至4389 MJ/m2。廣州市的月均太陽輻射量及月均日照小時數在地域上均存在較明顯的差異，中部和南部地區的月均太陽輻射量和月均日照小時數都要高于北部地區，番禺區和南沙區、黃埔區和增城區這2大區域的年均太陽輻射量和年均日照小時數在總體上占據優勢。

2)建筑密度、建筑高度、植被覆蓋程度及植被分布規律是影響屋頂光伏利用的地理潛力的關鍵因素。廣州市區的建筑密度較大，且高層建筑集中分布，因此受陰影遮擋和日照小時數不足的影響較大；位于廣州市北部地區的從化區、花都區，以及位于廣州市南部地區的番禺區、南沙區的建筑密度較小，且高樓較少，因此受陰影遮擋和日照小時數不足的影響較小。與廣州市區相比，北部山區及南部植被茂密且分布不規律區域的植被遮擋影響更顯著。

3)廣州市區分布有大量商圈、居民樓、基礎設施建設，屬于建筑密集區，建筑物總體量大，屋頂光伏有效利用面積大，發電量最多。由于地形原因，從化區與花都區的日照小時數與太陽輻射量不及南部地區，且建筑密度小，因此光伏發電系統的發電量較少；番禺區和南沙區、黃埔區和增城區這2大區域的太陽輻射量和日照小時數都占據優勢，光伏發電潛力較大。廣州市北部地區受地理位置、氣候的影響，屋頂光伏發電系統的安裝難度和成本較高，而中部地區和南部地區影響屋頂光伏發電系統安裝的因素較少。

總體來看，廣州市的建筑屋頂光伏利用在夏、秋兩季有較大的物理潛力，且廣州市南部地區的番禺區、南沙區的物理潛力較北部地區的花都區、從化區的大；廣州市中部地區和南部地區均有較可觀的地理潛力和技術潛力。廣州市有較可觀的屋頂光伏利用潛力，合理部署屋頂光伏發電系統，不僅能夠有效促進城市的節能減排，還可對發展城市光伏智能建筑、改善城市環境具有積極的推動作用。由于本文未考慮社會因素及人口和用電需求產生的影響，關于屋頂方面的分析也未考慮屋頂特征參數，因此綜合這些因素的屋頂光伏利用潛力分析是未來進一步研究的重點。