3 屋顶光伏系统阴影计算和模拟-Sketchup分析法 V1
阴影计算
光伏系统行间距计算
光伏电站功率较大，需要前后排布太阳电池方阵，或当太阳电池方阵附近有高达建筑物或树木的情况下，需要计算建筑物或树木的阴影，以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离。
一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00 太阳电池方阵不应被遮挡。
1.太阳高度角（a）计算：
计算公式如下：
sin a = sinδsinφ+cosδcosφcos T
式中： φ为当地纬度；δ为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5°；T为时角，上午9:00的时角为45°。
2.太阳方位角（β）计算：
太阳方位角β,是太阳至地面上某给定地点的连线在地面上的投影与南（当地子午线）之间的夹角。
方位角从正午算起，上午为负值，下午为正值。
它代表太阳光线的水平投影偏离正南的角度，由下式计算：
太阳方位角的公式：sinβ= cosδsin T/cos a
当sinβ的计算值大于1时，改用下式进行计算：
cosβ=(sin a sinφ-sinδ)/(cos a cosφ )
式中： φ为当地纬度；δ为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5°；T为时角，上午9:00的时角为45°。
3.行间距（L）计算：
因为：d=L*cosβ
d=h÷tan a
所以：L=( h÷tan a) ÷cosβ
d是行之间的最小间距
h 是前一列和后一列之间的高度差
a 是太阳高度角。
光伏电站SketchUp阴影计算
分布式光伏电站系列讲座9：SketchUp软件一、SketchUp介绍该软件在光伏系统设计中主要用以两块：1、绘制光伏系统布置效果图；2、阴影分析，测量光伏组件阵列的排间距。
二、SketchUp绘制光伏系统布置效果图SketchUp的操作界面如下图所示。
中间空白处为绘图区。
绘制完成后可以导出任意视角的图片。
在此对SketchUp的绘图过程不再叙述，有兴趣的可以在网上免费下载软件和学习资料。
SketchUp绘制光伏发电系统布置效果图好处在于可以让业主直观明了地了解到屋顶安装光伏系统后是什么样子。
以丽瀑能源工程技术（上海）有限公司绘制的效果图为例：三、SketchUp阴影分析SketchUp中的阴影分析功能，可以精确计算光伏发电系统中的光伏方阵的排间距。
步骤如下：1、绘制光伏组件方阵。
注意最好将光伏电池板颜色设置成纯白色，以便于观察电池板上是否有阴影遮挡。
2、点击“窗口”-“模型信息”-“地理位置”，设置地理位置，以上海为例。
3、点击“视图”，调出阴影显示功能。
可以看出模型中已经显示阴影。
4、点击“窗口”-“阴影”出现阴影设置窗口。
5、在阴影设置窗口中设置时间和日期。
按照规定光伏阵列需在冬至日9-12点无阴影。
将时间设置为9点和15点，日期设置为12月22日。
观察组件上有无阴影，前后调节阵列间距，使后面的光伏方阵刚好无阴影，然后就可测量排间距，即是最佳阵列间距。
如图可以测量出，在倾角为20°的情况下，上海地区组件横向2段布置的阵列间距为3195mm。
注：关于阴影设置：注意请用真太阳时，即当地时间太阳时分为：真太阳时和平均太阳时，我国规定统一使用北京时间为平均太阳时。
计算真太阳时：To=Tm+4（Lo-Lm）To：真太阳时（标准时间），单位（min）Tm：单位（min）Lo：标准时间子午圈所处的径度（deg)（在中国，时钟在8点时，径度为120E，用的是+8时间的时间）例：求内蒙呼和浩特的真时间（东经：111.48E，北纬：40.49N），当地时间应该为：χ=8+4*（120-111.48）χ=8点34分08秒（呼市的时间比北京时晚34分08秒，如果说6点钟北京太阳已经升起，则呼市的太阳是6点34分才升起）因此，在算阴影时，计算径度为120N地区时，计算时间为AM9:00~PM15:00，而计算呼呼和浩特阴影时，计算时间为：AM9:34~PM15:34。
阴影遮挡计算公式
阴影遮挡计算公式
●障碍物阴影遮挡计算
针对于障碍物（包括女儿墙、气楼、屋面建筑等）遮挡，可采用对障碍物在水平面各方向上所产生的阴影长度进行计算分析。
α：太阳高度角（°）
β：太阳方位角（°）
H：障碍物高度（m）
φ：当地纬度（°）
δ：赤纬角（°）
τ：太阳时角（°）
●组件间阵列间距计算
根据《光伏发电站设计规范》（GB50797-2012）要求，光伏方阵各排、列的布置间距应保证每天9:00~15:00时段内前、后、左、右互不遮挡。
阵列间距计算如下：
L：光伏阵列倾斜长度（m）
D：光伏阵列南北方向两排阵列之间距离（m）
β：光伏阵列倾斜面倾角（°）
φ：当地纬度（°）
●CAD平面阴影分析
基于上述的阴影长度计算方法，在项目设计阶段设计图绘制的时候，可以采用CAD平面绘图的方法，分别画出电站现场所存在的遮挡物及其对应的阴影范围，计算出组件阵列排布的最小间距，避开阴影
遮挡，进行组件的排布设计。
●PVsyst三维阴影分析
除此之外，PVsyst作为行业内普遍认可的一款光伏系统设计辅助软件，也可以更好地帮助我们进行系统设计及分析。
通过利用PVsyst的三维建模功能，对光伏电站进行仿真建模，模拟其阴影遮挡的情况，计算项目的理论发电量，选择更合理的设计排布方式，优化前期的设计方案。
3 屋顶光伏系统阴影计算和模拟-Sketchup分析法 V1
坎德拉光伏系列教程-光伏系统阴影计算与模拟作者：陈建国（Kin Chen）2016年 1月13日SketchUp分析法☐软件在光伏上的应用模型绘制光伏阵列布置动态阴影展示阵列前后间距确定阴影范围确定SketchUp模拟别墅阴影别墅实景组件排布阴影分析系列-SketchUp分析法真太阳时、平太阳时、北京时真太阳时=平太阳时+真平时差北京时（Tm）=平太阳时To+4分钟*（Lo-Lm）北京时间=真太阳时-真平时差+4分钟*（Lo-Lm）To：平太阳时，单位（min）Tm：北京时，单位（min）Lo：标准时间子午圈所处的径度（deg)（在中国，时钟在8 点时，径度为120E，用的是+8 时间）Lm：当地所处的经度例：南京（118.78E，32.06N） 9点太阳时间对应的北京时间，Tm=9点-1分22秒+4分钟*（120-118.78）=9点3分31秒其中冬至日真平时差：1分22秒案例-彩钢瓦屋面天窗遮挡物阴影的SketchUp分析法分析步骤1：模型绘制分析步骤2：设置地理位置分析步骤2：计算冬至日9时和下午15时的北京时间南京（118.78E，32.06N）地区 9点太阳时间对应的北京时间，Tm=9点-1分22秒+4分钟*（120-118.78）=9点3分31秒（其中冬至日真平时差：1分22秒）可查阅相关资料南京（118.78E，32.06N）地区冬至日 15点太阳时间对应的北京时间为15点3分31秒Skelion重置太阳北极工具的使用，有的版本叫日光朝北，它的作用是用来显示和调整场景的正北方向；场景中出现的加粗显示的橙黄色线表示正北方向，Skelion默认使用Y 轴（绿轴）作为太阳的北极。
☐显示北向（Toggle North Arrow）显示黄线表示北向方位，再次执行则取消显示。
☐设置北向（Set North Tool）通过直观的工具旋转北向方位角度数，即可改变阴影角度。
☐输入北角（Enter North Angle）在输入框中输入0~360的北向方位角度数，即可改变阴影角度。
光伏系统阴影计算方法
二、实例分析这里以上文图1某南北坡向屋顶的矩形天窗为例进行说明，并进一步给大家介绍坡面影长理论公式的应用、理论公式与CAD的结合使用及PVSYST的建模分析法，天窗相关尺寸参数参考表1，图5为对照示意图，为了便于分析阴影，将天窗分成南坡和北坡两部分，因为这两部分所产生的阴影轮廓是不相同的，天窗北坡部分的阴影区域只在北坡同一个平面内，可用公式法进行计算，而南坡部分所产生的阴影可能同时跨过南坡和北坡屋面，因此不是处于同一个平面内，公式法就不能直接使用，需要借助于CAD法。
图6为列举并标注的一些关键点，如F、I、G、J点可使用公式法，E、H点需要使用CAD法。
表1天窗相关参数图5天窗三维示意图（南北坡面）图6天窗俯视图和关键点位置列举1、公式法求解通过（1）和（2）公式求得南京地区冬至日太阳时9时对应的高度角和方位角，通过（8）和（9）公式可求得高度1.15m的天窗在北坡面上的阴影长度X’和Y’分量值的大小，结果参考表2。
表2天窗北坡面上影长X’和Y’分量值CAD法是个人比较推崇的方法，可以解决公式法遇到的局限性问题，当然CAD法也要借助于水平面上影长公式才能发挥出来，这一部分介绍了这种方法计算天窗北坡和南坡部分的影长。
先通过（3）和（4）公式求得高度1.15m的天窗在水平面上的影长X和Y分量的大小，参考表3。
表3天窗在水平面上影长X和Y分量值CAD法测算的步骤简述如下，对于北坡部分的影长计算，如F点的投影位置，第一步可先分别画出以直角边长度1.15m（遮挡物高度）和2.31287m（水平面上影长Y分量）的直接三角形，参考图7，接下来过直角边的顶点B作角度为负6°的直线并和斜边的延长线相交于一点M。
那么交点与B点的距离即为坡面影长的Y’分量长度（以B点作为参考原点），使用CAD的测量功能量出即可，如本案例实测Y’分量长度为2.94898m，与理论计算值吻合。
第二步画出以直角边长度1.15m和2.20231m的直接三角形，参考图8，测量出图7光线和坡面的交点M距离遮挡物最低点所在水平面的高度，本案例量测的高度为0.30825m。
光伏屋顶阴影计算和工具使用
第二章、平屋顶阴影计算
2.1 参考时间的阴影尺寸和位置 2.2 阴影轨迹模拟过程 2.3各种形状遮挡物的阴影参考 2.4平屋顶3D阴影
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2.1 参考时间的阴影尺寸和位置
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2.2 阴影轨迹模拟过程1----图建筑物俯视图
遮挡物
建筑物
阴影尺寸 和位置和 比例
建筑与正 南夹角
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2.2 阴影轨迹模拟过程2---根据图例画轨迹
输入当地纬度
用Excel计算出： 高度角和方位角 角
在工具上调整方 位角和高度角
调整好正南方向 和水品开始测量
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4.3 自下而上的阴影区域确定
在光束照到遮挡物以后， 在旋转轴下面点就是阴 影边界点，在转角处测 量几个点就可以得到阴 影轨迹。
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4.4 自下而上的阴影区域确定
在遮挡物的转角 处照几个点以后， 就可以得到阴影 的轨迹
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2.3各种形状遮挡物的阴影参考2
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2.4平屋顶3D阴影
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3.斜屋顶阴影计算
• • • •
3.1 要设计和计算的参考斜屋顶示意 3.2画屋顶3D模型 3.3阴影区域3D图 3.4 3D阴影遮挡设计结果
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3.1 要设计和计算的参考斜屋顶示意
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3.2画屋顶3D模型
偏离正 南角度
作为正南的 参考物体
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4.专门工具测量阴影
• • • • 4.1 工具介绍 4.2 工具使用过程 4.3 自下而上的阴影区域确定 4.4 自下而上的阴影区域确定
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4.1 工具介绍
量角器90度，红线 用于校正正南位置
激光发 射器或 者线束 发射
指南针 和水平 仪
量角器， 上部量角 器可以旋 转
屋顶光伏系统阴影计算(二)
屋顶光伏系统阴影计算（二）二、实例分析这里以上文图1某南北坡向屋顶得矩形天窗为例进行说明，并进一步给大家介绍坡面影长理论公式得应用、理论公式与CAD得结合使用及PVSYST得建模分析法，天窗相关尺寸参数参考表1，图5为对照示意图，为了便于分析阴影，将天窗分成南坡与北坡两部分，因为这两部分所产生得阴影轮廓就是不相同得，天窗北坡部分得阴影区域只在北坡同一个平面内，可用公式法进行计算，而南坡部分所产生得阴影可能同时跨过南坡与北坡屋面，因此不就是处于同一个平面内，公式法就不能直接使用，需要借助于CAD法。
图6为列举并标注得一些关键点，如F、I、G、J点可使用公式法，E、H点需要使用CAD法。
表1天窗相关参数图5天窗三维示意图（南北坡面）图6天窗俯视图与关键点位置列举1、公式法求解通过（1）与（2）公式求得南京地区冬至日太阳时9时对应得高度角与方位角，通过（8）与（9）公式可求得高度1、15m得天窗在北坡面上得阴影长度X’与Y’分量值得大小，结果参考表2。
表2天窗北坡面上影长X’与Y’分量值CAD法就是个人比较推崇得方法，可以解决公式法遇到得局限性问题，当然CAD法也要借助于水平面上影长公式才能发挥出来，这一部分介绍了这种方法计算天窗北坡与南坡部分得影长。
先通过（3）与（4）公式求得高度1、15m得天窗在水平面上得影长X与Y分量得大小，参考表3。
表3天窗在水平面上影长X与Y分量值CAD法测算得步骤简述如下，对于北坡部分得影长计算，如F点得投影位置，第一步可先分别画出以直角边长度1、15m（遮挡物高度）与2、31287m（水平面上影长Y分量）得直接三角形，参考图7，接下来过直角边得顶点B作角度为负6°得直线并与斜边得延长线相交于一点M。
那么交点与B点得距离即为坡面影长得Y’分量长度（以B点作为参考原点），使用CAD得测量功能量出即可，如本案例实测Y’分量长度为2、94898m，与理论计算值吻合。
第二步画出以直角边长度1、15m与2、20231m得直接三角形，参考图8，测量出图7光线与坡面得交点M距离遮挡物最低点所在水平面得高度，本案例量测得高度为0、30825m。
光伏电站阴影分析方法和手段
光伏电站阴影分析方法和手段为评估由位置所带来的阴影，使用了一种阴影分析法。
为此，周围环境的阴影轮廓在系统中被标记为一点，这一点通常在光伏阵列的中央。
在系统较大或者要求更精确的情况下，阴影分析应当在多个点上进行。
周围环境的阴影轮廓可以通过下面的数据和设备取得：（1）位置图和太阳位置图；（2）醋酸盐上的太阳位置图；（3）阴影分析仪（数码相机和软件，或者阳光探测器）。
1.使用位置图和太阳位置图当使用位置图和太阳位置图时，需要测量距离和投影物的尺度。
根据这些信息可以计算出方位角和仰角。
图1 物体仰角和方位角的计算仰角γ利用由光伏阵列的高度h1，投影物的高度h2和它们之间的距离d计算出来的：利用这种方法可以计算出太阳能系统周围所有障碍物的仰角，前提是要从观测者那里取得物体的高度以及它们之间的距离。
障碍物的方位角可以直接从位置图或草图上得到。
2.使用醋酸盐上的太阳位置图具有高度轴的太阳位置表也可辅以三角分割法来测量角度。
这被印在醋酸盐上并以半圆规律排列。
观测者在光伏系统处透过图表看障碍物，可以直接读出并记录下仰角和方位角。
为了记录下更精确的观测角，还可以使用广角镜头，这也被用在门的窥视孔上。
图9-18、图9-19和图9-20说明了这种简易的阴影分析法。
以下是由树导致的阴影的透射系数：（1）针叶树：T=0.30；（2）冬季中的落叶树：T=0.64；（3）夏季中的落叶树：T=0.23。
图2使用醋酸盐上的太阳位置图测量物体的仰角和方位角透射系数指出了太阳辐射对树的透射率。
在有的仿真程序中应当考虑到这个因素（比如PV-Sol）。
图3周围环境的角度栅格图带有阴影轮廓的柏林的太阳位置图阴影分析的结果是周围环境在太阳位置图上产生的阴影轮廓图。
从图9-20中很容易读出指定月份的阴影水平。
在该图中，我们可以看出12月21日该地的阴影有50%。
在上午和午后，在这两个时间段阳光的穿透时间大约为1小时。
2月21日以后不会再出现更多的阴影。
坡面屋顶光伏阵列阴影分析软件
坡面屋顶光伏阵列阴影分析软件
1.屋顶建筑参数输入：用户可以输入屋顶的各种参数，如倾斜角度、朝向角度、面积等。
这些参数对于分析光伏阵列阴影的分布和效果至关重要。
2.天文特性计算：软件会根据天文特性计算阳光在不同时间和地点的角度和强度。
这些数据将用于分析坡面屋顶上的阴影状况。
3.高度模拟和可视化：软件会根据屋顶参数和天文特性，模拟屋顶上光伏阵列的阴影分布。
用户可以通过可视化界面直观地查看阴影情况。
4.阴影覆盖分析和统计：软件将基于模拟结果，对光伏阵列上的每个区域进行阴影覆盖分析和统计。
用户可以了解到阴影覆盖的时间段、频率和区域大小等信息。
5.性能评估和优化：根据阴影分析结果，软件可以评估光伏阵列的性能，并提供优化建议。
用户可以通过调整光伏系统的设计参数，减少阴影覆盖，提高系统的发电效率。
6.输出报告和数据导出：软件可以生成详细的阴影分析报告，包括阴影覆盖图、统计数据和性能评估结果等。
用户还可以导出数据供其他分析和设计工具使用。
总之，坡面屋顶光伏阵列阴影分析软件是一款能够帮助用户分析和优化光伏系统的工具。
通过该软件，用户可以了解阴影情况、优化设计，并提高光伏系统的性能和发电效率。
屋顶光伏系统阴影计算(一)
目前分布式屋顶光伏系统主要还依赖于建筑为主，其主体对象最常见的为彩钢瓦和水泥屋顶，这些屋面可能存在一定高度的女儿墙或天窗，甚至屋顶周边存在高大建筑物，而这些客观条件一般都很难改变，但我们可以在屋面勘察环节了解当前建筑屋面和遮挡物的相关数据及未来屋顶周边是否有高大建筑物的规划等，并通过主观设计来避免建筑物的阴影遮挡问题。
如果设计不合理或考虑不周全，在电站运行期间，遮挡物会对系统的发电量带来很大影响，因此有必要在设计环节经过专业的阴影遮挡分析，确定实际可安装的阵列面积，力求最大限度降低建筑阴影带来的损失。
目前阴影分析的方法有多种，最常见的有仪器测量法（如阴影分析仪）、理论公式计算法、软件模拟法和AutoCAD法等。
软件模拟是指借助于软件的阴影建模功能进行分析，如大家所熟知的PVSYST、Sketch Up、PVsol、Ecotect和SAM（Solar Advisor Model）等等，这几种软件应该说是各有优势，但从使用的普遍性来看，PVSYST使用人数较多，文中在案例部分会介绍该软件的阴影分析功能。
理论计算法是利用公式输入某太阳时下的太阳方位角、太阳高度角及遮挡物的高度进行求得。
CAD法是指在理论法的基础上通过量测的方法来确定遮挡物所产生的影长。
一般来讲，软件法的优点（如PV SYST）是可以动态地展现某太阳时下的遮挡物阴影变化，较直观形象，但其关键之处取决于软件是否能够对太阳高度角和方位角进行精确计算。
公式法和CAD计算法则是简单、精确和快速，简单的屋面公式法都能应付，而对于复杂坡屋面，理论计算会遇到障碍，这是它的局限性，但在CAD软件的配合下便可迎刃而解。
一般水平屋面的阴影计算比较简单，坡屋面相对复杂些，如图1是典型的屋顶带有封闭天窗的南北双坡屋面，既有天窗又有女儿墙，很适合用于本文阴影研究。
遮挡物的阴影和太阳的位置及屋面角度等都存在一定的空间几何关系，因此有必要从理论上构建阴影模型探索其影长的本质，文中从数学角度得出了坡屋面上遮挡物的影长公式，并应用于图1天窗北坡部分的影长计算，而对于天窗的南坡部分则介绍了基于公式的CAD测算法和PV SYST建模分析法，并将软件计算的太阳方位角、高度角和同时刻的理论公式计算值进行了比较，同时也这几种方法求出来的影长大小进行了比较。
阴影遮挡损失的计算公式
阴影遮挡损失的计算公式在日常生活和工程设计中，我们经常会遇到需要考虑阴影遮挡对光照和能量传输的影响的情况。
阴影遮挡损失是指由于物体的阴影遮挡而导致的能量损失，这个损失通常是在太阳能应用、建筑设计和光照模拟等领域中需要考虑的重要因素。
在本文中，我们将介绍阴影遮挡损失的计算公式，以及如何应用这些公式来评估阴影遮挡对能量传输的影响。
阴影遮挡损失的计算公式通常基于几何光学的原理和太阳位置的参数。
在太阳能应用中，阴影遮挡损失可以通过以下公式来计算：\[L_{\text{sh}} = A_{\text{p}} \times (1 \frac{A_{\text{s}}}{A_{\text{p}}})\]其中，\(L_{\text{sh}}\)表示阴影遮挡损失，\(A_{\text{p}}\)表示被阴影遮挡的面积，\(A_{\text{s}}\)表示总面积。
这个公式基于一个简单的假设，即阴影遮挡导致的能量损失与被遮挡面积的比例成正比。
在实际应用中，这个公式可以通过太阳的高度角和方位角来进行修正，以考虑太阳位置的变化对阴影遮挡的影响。
另外，对于建筑设计和光照模拟等领域，阴影遮挡损失的计算公式也可以基于类似的原理进行推导。
在这些领域中，通常会使用一些复杂的模型和算法来考虑建筑物和其他物体对光照和能量传输的影响，这些模型和算法可以通过计算机软件来实现，以便进行精确的模拟和分析。
除了上述的简单模型，还有一些更复杂的模型和算法可以用来计算阴影遮挡损失。
例如，一些基于光线追踪和辐射传输的模型可以考虑光线的衍射和散射效应，以及不同材料的光学特性，从而更准确地评估阴影遮挡对能量传输的影响。
这些模型和算法通常需要进行复杂的数值计算和仿真，因此在实际应用中需要考虑计算资源和时间的限制。
在实际应用中，我们可以根据具体的情况选择合适的阴影遮挡损失的计算方法。
对于一些简单的情况，可以使用上述的简单模型进行估算；而对于一些复杂的情况，可能需要借助计算机软件和专业的模拟工具来进行精确的分析。
光伏发电系统中的阵列阴影遮挡检测与补偿
光伏发电系统中的阵列阴影遮挡检测与补偿光伏发电系统作为一种清洁、可再生的能源发电方式，在近年来得到了广泛的应用和发展。
然而，光伏发电系统正常运行的关键之一就是保证光伏电池组成的阵列能够充分接收到太阳辐射，从而实现最大化的能量转化效率。
然而，随着建筑物、树木以及其他遮挡物的不断增加，光伏阵列面临着严重的阴影遮挡问题，导致发电系统效率下降。
因此，阵列阴影遮挡的检测与补偿成为提高光伏发电系统效能的重要研究课题。
一、阵列阴影遮挡的检测方法在光伏发电系统中，阴影遮挡的检测是指通过检测光伏阵列表面是否受到遮挡，以及遮挡的程度来获得阵列电能输出的信息。
常见的阵列阴影遮挡的检测方法主要包括传统的物理传感器检测方法和基于图像处理的视觉检测方法。
1. 物理传感器检测方法：物理传感器布置在光伏阵列表面或者阵列附近的位置，通过监测阴影遮挡的程度，捕捉到阴影造成的电能损失。
这种方法的优点是简单、直接，但需要布设传感器并进行监测，成本较高。
2. 视觉检测方法：利用摄像机捕捉光伏阵列表面的图像，通过图像处理算法来检测和分析阴影遮挡情况。
这种方法相对于物理传感器检测方法更加灵活和便捷，不需要布设传感器，减少了成本。
它可以根据光伏阵列表面的图像信息，实时、高效地检测阵列的阴影遮挡程度，并能够准确地区分是由建筑物、树木还是其他遮挡物造成的阴影。
二、阵列阴影遮挡的补偿方法一旦光伏阵列阴影遮挡的情况被检测到，就需要采取合适的补偿手段来最大程度地抵消阴影对光伏发电系统的负面影响，以保证发电效率的稳定。
1. 常规的补偿方法：常规的补偿方法主要采用电流绕路或者电压切分等技术。
电流绕路是通过把受阴影影响的光伏电池与正常发电的电池分开，从而减少阴影带来的电池损失。
电压切分则是将受阴影影响的电池切分为多个子模块，在阴影区域内通过降低电压来减少电能损失。
这些方法可以临时降低阴影造成的损失，但无法完全消除阴影的影响，效果受到时间和阴影位置的限制。
2. 智能补偿方法：智能补偿方法则采用先进的算法和控制技术来实现阵列阴影遮挡的自适应补偿。
屋顶光伏系统阴影计算
屋顶光伏系统阴影计算首先，了解屋顶光伏系统的结构对于阴影计算至关重要。
典型的屋顶光伏系统由光伏模块、支撑架和逆变器等组成。
光伏模块是光伏系统的关键部分，它由多个太阳能电池组成，可将太阳光转化为电能。
支撑架用于固定光伏模块，确保其稳定运行。
逆变器将直流电转换为交流电，用于供电。
当太阳光照射到光伏模块时，会产生阴影。
阴影可能来自建筑物或树木等物体。
阴影的存在会降低光伏系统的发电效率。
因此，为了确保光伏系统能够正常运行，我们需要对阴影进行计算。
阴影计算可以通过光照强度图来完成。
光照强度图是指在特定条件下，太阳光的分布情况。
在计算中，典型的光照强度图分辨率为1度，并且是通过方位角和高度角来描述太阳位置的。
方位角指的是太阳光与正南方向之间的夹角，高度角指的是太阳光与水平线之间的夹角。
在计算过程中，首先需要通过特定的模型计算出光照强度图。
常见的模型有几何阴影和精确阴影模型。
几何阴影模型是最常用的模型之一，它基于建筑物和树木等物体的几何形状来计算阴影。
这种模型简单易用，适用于大多数情况。
而精确阴影模型则更为复杂，可以考虑到建筑物的细节，提供更加准确的阴影计算结果。
几何阴影模型的计算方法一般包括以下几个步骤：首先确定光源的位置，即太阳的方位角和高度角；然后计算太阳光在建筑物或树木上的投影；最后根据投影的位置和形状，计算出阴影的范围。
精确阴影模型的计算方法较为复杂，一般包括以下几个步骤：首先确定建筑物的形状和材质，并进行三维建模；然后确定太阳的位置，并将太阳光追踪到建筑物表面；最后基于太阳光的路径，计算出阴影的范围。
在计算得到光照强度图后，可以通过分析该图来评估阴影对光伏系统的影响。
典型的评估方法包括光伏系统的发电量、效率和稳定性等。
根据阴影的位置和强度，可以确定系统的阴影损失，进而设计出更好的光伏系统布局。
总之，屋顶光伏系统阴影计算是确保系统正常运行的重要步骤之一、准确的阴影计算可以评估系统的发电量和效率，为系统布局和设计提供依据。
屋顶光伏发电阴影分析
图53：不同遮挡高度各月各时段的阴影曲线
从上图可以看出，不同遮挡高度在各月各时段仅存在高差（即阴影长度）的问题，同时存在非线性变化的趋势。
图55：D-D1示意图
根据“表54：11、12月影长D1对照表”， 12月的9:00～10:00日照影长与公式法计算结果最为接近，若安装时D取11月9:00日照影长，则可减少间距218.59mm，若安装时D取11月10:00日照影长，则可减少间距390.59mm。因此，当按公式法设计安装10行光伏组件的时候，通过图示法优化后，至少可多安装一行。由此，增加了系统装机量，也能使全年发电量更多。
序号
遮挡物高度值
(mm)
常见主要遮挡物类型
备注
1
300
低矮女儿墙
山墙
光伏组件倾斜后的净高
排气孔
其它屋面附属物
2
496
中翔置业屋顶光伏组件倾斜后净高
3
500
4
600
女儿墙
烟道
其它屋面附属物
5
700
6
800
7
1000
女儿墙
烟道
造型
屋面设备
其它屋面附属物
8
1500
9
2000
10
3000
造型
屋面廊架
楼梯间、电梯间、机房
3.2.
芝罘区处北温带东亚季风型大陆气候区，全年温度适中，气候温和，季风进退有序，四季变化分明，大陆度为53.80%，受大陆影响程度轻，更接近海洋性气候特点。因濒临北黄海，受海洋调节和影响，冬少严寒，夏无酷暑，春季温暖，秋季凉爽。年平均气温为12.6℃，年平均降雨量737毫米，相对湿度64%，空气湿润，阳光充足，气候宜人。
屋顶光伏系统阴影计算和模拟Ecotect分析法
坎德拉光伏系列教程-光伏系统阴影计算与模拟作者：陈建国（Kin Chen）2016年 1月13日阴影分析系列-Ecotect软件介绍软件简介Autodesk Ecotect Analysis软件是一款功能全面的可持续设计及分析工具，其中包含应用广泛的仿真和分析功能，能够提高现有建筑和新建筑设计的性能。
该软件将在线能效、水耗及碳排放分析功能与桌面工具相集成，能够可视化及仿真真实环境中的建筑性能。
用户可以利用强大的三维表现功能进行交互式分析，模拟日照、阴影、发射和采光等因素对环境的影响。
软件常用操作命令鼠标使用方法CAD、SU模型导入时的注意事项a.若是CAD模型，则在实体编辑里合并所有实体(保证所有要输出模型为一个实体），输出选择格式为.stl ；b.若是SU模型，则直接导出3D模型，模型格式为.dxf 或.obj ；c.将.stl 或.dxf 或.obj 的文件导入Ecotect2011；SU界面模型的导出Ecotet界面模型的导入入时的注意事项用户配置打开“文件”---用户配置气象数据的导入阴影模拟1、进入可视化界面2、改变显示模式，由模型模式为阴影模式3、在阴影模式下，右侧工具条，可勾选“显示全天太阳轨迹”和“全年太阳轨迹”模型模式阴影模式阴影模拟Page 11那么对于设置的任意一天，输入相应的时间范围和步长，可显示阴影范围的效果阴影模拟阴影分析系列-Ecotect 软件介绍本PPT为陈建国老师《光伏遮挡物阴影范围分析方法》系列课程讲义资料.请百度搜索”坎德拉学院”，观看本节课程视频.Thank you！版权：未经作者和坎德拉学院许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制、修改、上传本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播等，否则追求法律责任！。
常见的阴影计算模拟分析方法及其结果对比
常见的阴影计算模拟分析方法及其结果对比作者：陆星光QQ:845064009目前我们做光伏电站的前后排阵列阴影遮挡，障碍物阴影遮挡分析计算的时候，会采用各自的不同计算方法。
本人对手头上现有的几种阴影模拟计算方法整理总结了一下，做了简单的使用介绍和对比分析。
这里我们以上海（纬度31.2度）为阴影分析地点，2米高且与水平面竖直90度角的墙作为遮挡障碍物来分析，这里考虑到正南正北朝向太简单了，我们选用障碍物朝向为南偏西45度。
如下图所示的模型：1.借助论坛上网友编制的公式表格计算（如光伏系统设计多功能软件——友哥、山区型光伏电站布置间距计算，这里十分感谢周长友、蒋华庆等前辈大牛制作的表格）把以上的一些相关信息分别输入，得到以下结果：光伏系统设计多功能软件——友哥的计算结果（不得不说友哥的表格真心不错，功能齐全，适合各种间距计算需要，手动在蓝色区域里填写信息即可，这里我用了计算南北坡屋面计算的模块，由于障碍物垂直水平面，且南偏西朝向，所以手动做了一些数据模型优化处理）2.使用CAD VBA的插件shadeobject，首先CAD里需要安装VBA,然后加载shadeobject文件，加载完成即可使用。
过程如下：1）打开CAD,输入命令shr2）输入纬度：31.23）选择点，这里我们随便选择一个点。
4）输入高度（这里的高度不是mm，而是需要转化过得到结果为167）167并回车5）把得到的阴影旋转45°即可得到所需结果。
最终阴影结果如下图图中线为红色（夏至）7根，绿色（春分秋分）7根，浅蓝色（冬至）7根，同一颜色长短不一的7根射线分别代表那一天从左往右为上午9点、10点、11点、12点、13点、14点、15点时候的阴影长度。
3.使用pkpm里的一个功能模块sunlight软件做阴影计算分析（该软件可以集成在pkpm中，也可以单独安装）1）打开sunlight软件，新建工程。
2）使用矩形和拉伸命令绘制成模型。
阴影遮挡下屋顶光伏阵列输出特性的仿真与实验研究
2019年第3期(总第162期)ENERGY AND ENERGY CONSERVATION2019年3月新能源建设阴影遮挡下屋顶光伏阵列输出特性的仿真与实验研究李潇潇1,2(1.辽宁能源投资(集团)有限责任公司，辽宁沈阳110000； 2.辽宁太阳能研究应用有限公司，辽宁沈阳110036)摘要：在一建筑楼顶建设了光伏并网电站，使用MATLAB软件对电站中的6号阵列进行了建模仿真，得到该阵列在不同遮挡情况下的输出特性，并通过实验对仿真结果进行了验证，从而为阴影遮挡下光伏系统的研究提供参考。
关键词：太阳能；光伏发电系统；阴影遮挡；输出特性中图分类号：TM914.4文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)03-0064-02Simulation and Experiment Study on Output Characteristics of Roof Photovoltaic Array underShadow ShadingLI Xiaoxiao12(1.Liaoning Energy Investment(Group)Co.,Ltd.,Shenyang110000,Liaoning,China; 2.Liaoning Solar Energy R&D Co.,Ltd.,Shenyang110036,Liaoning,China)Abstract：A photovoltaic grid-connected power station was built on the roof of a building.The output characteristics of the No.6 array in the power station under different shading conditions were obtained by using MATLAB software.The simulation results were verified by experiments,which provided reference for the research of photovoltaic system under shadow shading.Key words:solar energy;photovoltaic power generation system:shadow shading;output characteristics0引言在光伏电站运行过程中，光伏阵列容易受到周围建筑物、树木和电线杆以及天空中乌云等的影响，不可避免地遇到阴影遮挡的问题叫在均匀光照下，光伏阵列输出的功率曲线具有单峰特性，最大功率点容易被跟踪，但是当光伏阵列受到遮挡时，光伏阵列的输出特性就会发生变化，导致能量输出能力降低叫因此为提高光伏发电系统的发电量，有必要研究阴影遮挡下光伏阵列的输出特性。
2 屋顶光伏系统阴影计算和模拟-CAD分析法V1
坎德拉光伏系列教程-光伏系统阴影计算与模拟作者：陈建国（Kin Chen）2016年 1月13日案例1：正南朝向彩钢瓦屋面天窗的CAD阴影分析法天窗阴影实景图和阴影范围正北坡阴影范围天窗阴影分析-CAD法步骤分析步骤：1 分析遮挡物的形状，实地量测获取数值2 获得遮挡物的关键点位3 对关键点的投影进行分析3.1 关键点在水平面上的投影点分析 --通过理论公式计算-- 根据计算结果在CAD中绘制3.2 关键点在坡面上的投影点分析---通过CAD绘制影长分析时刻：冬至日上午9时或下午15时步骤1：分析遮挡物的形状，获取相关参数屋面和天窗坡角θ（°）H（m）W（m）W1（m）挑檐（m）L（m）6 1.15 1.5 1.8 0.3 6步骤2：天窗关键点获取天窗展开图实物点的筛选：一般考虑遮挡物的边界处投影点可能存在的情况：A、遮挡物实物点和投影点处于同一侧B、遮挡物实物点和投影点不处于同一侧步骤3：关键点在水平面上的投影分量冬至日9时输入值输出（水平坐标系）南京纬度太阳高度角α（°）太阳方位角（°）H遮挡物高度（mm）东西分量（mm）南北分量（mm）32.06°19.7881 -43.5838 1.15 2203.6 2315.32步骤4：天窗阴影范围(冬至日上午9时和下午15时）通过CAD法分别确定冬至日上午9时和下午15时的阴影范围步骤4：冬至日上午9时和下午15时阴影范围合并天窗的阴影范围（冬至日上午9时至下午15时）SketchUp阴影动态展示-辅助理解进一步理解天窗阴影规律尤其是挑檐部分工程上的阴影范围简化处理说明：1）工程上对阴影范围处理一般都会简化，不会太细，所以上图两种简化方法是可采用的。
2）而前面展示的内容对阴影范围的绘制精度非常高，可作为研究参考。
3）只要掌握分析方法，对于其他复杂的遮挡物情况也能举一反三。
深入：彩钢瓦屋面方位角不为0时天窗遮挡物阴影的CAD分析法理论公式：水平屋面方位角为0时cot cos N S L L αβ−=⋅⋅cot sin W E L L αβ−=⋅⋅水平屋面上模型理论公式：水平屋面方位角不为0时注意新坐标系水平屋面上模型水平屋面方位角不为0时- 阴影范围的变化坡屋面方位角不为0时- 阴影范围的变化理论公式：水平面屋面上 'cot cos()N S L h αβψ−=⋅⋅−'cot sin()W E L h αβψ−=⋅⋅−上午下午 ''cot cos()N S L h αβψ−=⋅⋅−''cot sin()W E L h αβψ−=⋅⋅−屋面方位角ψ偏东为负，偏西为正 cos()'cos N S N S L L βψβ−−−=⋅sin()'sin W E W E L L βψβ−−−=⋅cos()''cos N S W E L L βψβ−−−=⋅sin()''sin W E W E L L βψβ−−−=⋅太阳方位角β偏东为负，偏西为正例子-水平屋面上推广公式：影长南北和东西分量cot sin()'1tan cot cos()N Sh L αβψθαβψ−⋅⋅−=+⋅⋅−()cot cos()'1tan cot cos()cos W E h L αβψθαβψθ−⋅⋅−=+⋅⋅−⋅屋面方位角ψ：偏东为负，偏西为正 太阳的等效方位角为：β±ψ太阳方位角β：偏东为负，偏西为正屋面坡角θ：南坡为正，北坡为负例子：不同朝向的彩钢瓦坡面-天窗上午9时阴影对比例子：不同朝向的彩钢瓦坡面-天窗下午15时阴影对比当屋面存在方位角时，上午和下午的阴影范围明显不同彩钢瓦坡面（方位角-15°）-天窗的阴影绘制方法一、上午9时阴影范围分析：1、根据公式，计算屋面方位角为-15度时，遮挡物影长在水平面上的东西和南北分量；2、CAD绘制。
光伏板遮阴的算法
光伏板遮阴的算法光伏阴影计算公式如下：光伏阴影计算是为了评估光伏系统在不同时间段和季节中受到阴影影响的程度，从而确定光伏电池板的最佳布置和发电效益。
光伏阴影计算考虑影响因素包括太阳高度角、方位角、建筑物或树木的高度和位置等。
计算阴影效应一般使用基本几何关系和太阳轨迹的模型进行。
1、计算影响因素：光伏阴影计算涉及多个影响因素，如太阳高度角、方位角、建筑物或树木的高度、位置等。
这些因素用于确定阴影的投影范围和时间段。
2、基本几何关系：光伏阴影计算一般基于几何关系进行。
例如，通过计算太阳的高度角和方位角，可以确定阴影的投影角度和位置。
3、太阳轨迹模型：太阳轨迹模型是一种用于计算太阳在天空中的位置和路径的数学模型。
这个模型可以帮助确定太阳在不同时段的高度角和方位角，以及由此产生的阴影位置和持续时间。
需要指出的是，具体的光伏阴影计算公式可能有所差异，因为其计算方法和模型可能会因应用的情境和要求而不同。
因此，在实际应用中，根据具体情况选取合适的公式和方法进行光伏阴影计算十分重要。
拓展资料：在实际的光伏系统设计和评估中，光伏阴影计算是非常重要的一步。
为了准确计算光伏阴影效应，有一些专门的计算工具和软件可以使用，如PVSyst、PV*SOL、Helioscope等。
这些工具结合了建筑物、地形和太阳轨迹模型等数据，可以提供更精确和综合的光伏阴影计算结果。
此外，一些研究机构和大学也提供了光伏阴影计算的公式和算法，供学术研究和实际应用使用。
在光伏阴影计算中，还需考虑到其他因素的影响，如季节变化、天气条件和光伏电池板的布局等。
对于大规模光伏电站，还需要进行全面的光伏阴影分析，以确定最佳的布局和配置方案。
因此，在实际应用中，建议借助专业工具和软件，并结合准确的数据和地理信息，进行更精确和可靠的光伏阴影计算。
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坎德拉光伏系列教程-光伏系统阴影计算与模拟
作者：陈建国（Kin Chen）
2016年 1月13日
SketchUp分析法☐软件在光伏上的应用
模型绘制
光伏阵列布置
动态阴影展示
阵列前后间距确定
阴影范围确定
SketchUp模拟别墅阴影
别墅实景组件排布
阴影分析系列-SketchUp分析法
真太阳时、平太阳时、北京时
真太阳时=平太阳时+真平时差
北京时（Tm）=平太阳时To+4分钟*（Lo-Lm）
北京时间=真太阳时-真平时差+4分钟*（Lo-Lm）
To：平太阳时，单位（min）
Tm：北京时，单位（min）
Lo：标准时间子午圈所处的径度（deg)（在中国，时钟在8 点时，径度为120E，用的是+8 时间）Lm：当地所处的经度
例：南京（118.78E，32.06N） 9点太阳时间对应的北京时间，Tm=9点-1分22秒+4分钟*（120-118.78）=9点3分31秒
其中冬至日真平时差：1分22秒
案例-彩钢瓦屋面天窗
遮挡物阴影的SketchUp分析法
分析步骤1：模型绘制
分析步骤2：设置地理位置
分析步骤2：计算冬至日9时和下午15时的北京时间
南京（118.78E，32.06N）地区 9点太阳时间对应的北京时间，Tm=9点-1分22秒+4分钟*（120-118.78）=9点3分31秒
（其中冬至日真平时差：1分22秒）可查阅相关资料
南京（118.78E，32.06N）地区冬至日 15点太阳时间对应的北京时间为15点3分31秒
Skelion重置太阳北极工具的使用，有的版本叫日光朝北，它的作用是用来显示和调整场景的正北方向；
场景中出现的加粗显示的橙黄色线表示正北方向，Skelion默认使用Y 轴（绿轴）作为太阳的北极。
☐显示北向（Toggle North Arrow）
显示黄线表示北向方位，再次执行则取消显示。
☐设置北向（Set North Tool）
通过直观的工具旋转北向方位角度数，即可改变阴影角度。
☐输入北角（Enter North Angle）
在输入框中输入0~360的北向方位角度数，即可改变阴影角度。
☐分析步骤3：确认太阳北极
太阳北极工具方便显示并设置太阳北极方位角，以此来改变阴影方向。
分析步骤3：确认太阳北极
分析步骤3：SketchUp动态阴影展示
阴影模拟
分析步骤4：Skelion小工具生成阴影范围
冬至日9时-15时阴影区域Skelion插件计算阴影范围
分析步骤5：测量阴影范围
本PPT为陈建国老师《光伏遮挡物阴影范围分析方法》系列课程讲义资料.请百度搜索”坎德拉学院”，观看本节课程视频.
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