屋顶光伏系统阴影计算(二)
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。
一种障碍物阴影区域光伏阵列的辐照量损失率动态计算方法
一种障碍物阴影区域光伏阵列的辐照量损失率动态计算方法
要计算障碍物阴影区域光伏阵列的辐照量损失率，可以使用以下动态计算方法：
1. 定义阴影因子：
- 将光伏阵列的平面划分成一个个小区域，例如，每个光伏
组件的边长范围内划分为一个小区域。
- 对于每个小区域，定义一个阴影因子，表示该区域受到阴
影的程度，范围从0到1，0表示完全阴影，1表示无阴影。
2. 运用几何关系计算阴影因子：
- 对于每个小区域，根据障碍物的位置和形状，计算它与该
小区域的相交面积。
- 将相交面积除以小区域的总面积，得到阴影因子。
3. 计算光伏阵列的辐照量损失率：
- 对于每个小区域，将该区域的阴影因子乘以阳光的辐照量，得到该区域的实际辐照量。
- 将所有小区域的实际辐照量相加，得到整个光伏阵列的实
际辐照量。
- 将实际辐照量除以无阴影条件下的辐照量，得到光伏阵列
的辐照量损失率。
需要注意的是，上述方法只考虑了阴影对辐照量的影响，没有考虑阴影对光伏组件温度的影响。
如果需要考虑温度影响，还需要进一步计算光伏组件的温度分布，并考虑阴影对温度分布的影响。
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！。
巧算户用分布式光伏阴影遮挡
户用分布式光伏阴影遮挡项目位于北京（屋顶的坡角为囱，烟囱高度为阵多少距离？方案1：利用PVsyst仿真计算大致步骤如下：建立气象站点（中间要卡5分钟…，不要问我为什么）建立工程设置方阵倾角设置组件、逆变器数量、组串三维建模仿真测量上述的两个红色线段的长度，分别为59cm和76cm。
可知：方案2：采用坎德拉PV打开坎德拉PV，轻轻松松就能计算，要保证冬至日上午9点到下午3点不遮挡，左侧至少需要流出59cm的距离。
同时，我们可以看下如果要保证夏至，上午8点到下午4点不遮挡，至少需要多少距离？从下图可以看出，至少需要79cm的距离，如果仅仅按冬至日考虑，间距是不是留少了？案例2：项目位于北京（屋顶的坡角为有热水器，热水器高计算热水器后方应留有多少空间？采用坎德拉PV 计算如下：可以把热水器简化为两个杆（如上图黄色），杆的高度为1米，两个杆之间距离为1米。
若按夏至日上午8点到下午4点不遮挡，至少两杆的横向至少各留有133cm （按冬至上午9点到下午3点为77cm ）的空间。
77cm111c案例3：项目位于北京（屋顶的坡角为山墙，山墙高出屋面最高为请计算屋顶左侧应留有多大空间？使用坎德拉PV 计算，若按冬至日上午9点至下午3点考虑，左侧应至少留有280cm 的距离。
若按夏至日上午8点至下午4点考虑，左侧应至少留有330cm 。
两者取其大，拟安装屋顶左侧建议至少留有330cm 的空间不安装。
案例1：项目位于北京（116.28屋顶的坡角为南。
屋顶左侧有电线杆，如左图，H=2.1m请计算电线杆对屋顶的方阵是否有遮挡？方案4：利用PVsyst 仿真计算 大致步骤如下：建立气象站点（中间要卡5分钟…，不要问我为什么） 建立工程 设置方阵倾角设置组件、逆变器数量、组串HXY三维建模仿真方案2：采用坎德拉PV打开坎德拉PV，轻轻松松就能计算。
可以看出，冬至日上午9点到下午3点有遮挡，方阵左侧至少需要留出50cm的距离。
光伏项目阴影遮挡计算表
时角1（当地时间上午9点）
时角2（当地时间下午15点） 赤纬角（冬至日太阳直射纬度）
角度 40.66
-45
45 -23.45
弧度 0.709650874
-0.785398163
0.785398163 -0.40927971
备注
光伏项目
当地时间上午9点 当地时间上午10点 当地时间上午11点 当地时间上午12点 当地时间上午13点 当地时间上午14点 当地时间上午15点
及阴影遮挡计算示意图 D
阴影长度m 阴影南北分量m 阴影东西分量m
4.177323198 3.112220521 -2.786415713
2.734907788 2.386526596 -1.335743768
2.205601902 2.129327378 -0.575017103
2.06033381 2.06033381
地形坡度（%） 阵列倾斜面长度L 阵列倾角Z
倾斜面垂直高度 倾斜面水平投影长度 阴影长度 南北方向阴影长度(D) 组件间距 mm(水平) 南北方向阴影长度D（坡度）m 组件间距(坡度) m
时角° -45 -30 -15 0 15 30 45
时角弧度rad 太阳高度角°
-0.785398163 13.46255984
-0.523598776 20.08458751
-0.261799388 24.38911071
0
25.89
0.261799388 24.38911071
0.523598776 20.08458751
0.785398163 13.46255984
0
%
坡度正南正北
992
Hale Waihona Puke 400.698131701
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
5
2.1 参考时间的阴影尺寸和位置
6
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
7
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
22
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。
23
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
10
2.3各种形状遮挡物的阴影参考2
11
2.4平屋顶3D阴影
12
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
13
3.1 要设计和计算的参考斜屋顶示意
14
3.2画屋顶3D模型
偏离正 南角度
作为正南的 参考物体
19
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
20
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
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。
光伏电站阴影类型种类和阴影分析
光伏电站阴影类型种类和阴影分析1.固定阴影固定阴影是由建筑物、树木、山体等永久存在的物体造成的阴影。
在选址和设计阶段，需要考虑到这些固定阴影的影响，以避免电池板、逆变器等设备受到阴影影响而影响发电效率。
固定阴影通常可以通过合理的设计来规避，比如选择光伏电站的建设场地时要避开高大的建筑物和树木，以减少阴影对发电效率的影响。
2.动态阴影动态阴影是由移动物体（如云层、飞鸟、直升机等）造成的阴影。
这种阴影是不可避免的，但可以通过阴影分析来提前预测和规避。
通过利用阴影分析软件，可以模拟不同时间段内的阴影分布情况，从而选择最佳的方位和安装角度，减少动态阴影对发电效率的影响。
3.局部阴影局部阴影是由设备本身的阴影造成的，比如组件间的阴影、支架的阴影等。
局部阴影可能影响到相邻组件的光照，从而影响整个光伏电站的发电效率。
为了避免局部阴影对发电效率的影响，需要在设计和安装阶段注意组件的布局和间距，以减少局部阴影的影响。
阴影分析是对光伏电站阴影问题进行系统研究和评估的过程。
通过阴影分析，可以评估阴影对发电效率的影响，优化光伏电站的布局和设计，提高发电效率和经济效益。
在进行阴影分析时，可以采用不同的方法和工具，比如遮挡直射辐射法、几何法、阴影分析软件等。
这些方法可以帮助工程师和设计师更好地理解和解决光伏电站的阴影问题，从而提高光伏电站的发电效率和可靠性。
总的来说，光伏电站的阴影类型多种多样，不同类型的阴影都会对光伏电站的发电效率产生影响。
因此，在选址、设计和运营过程中，都需要充分考虑阴影问题，通过阴影分析来优化光伏电站的布局和设计，以提高发电效率和经济效益。
光伏阴影计算公式
光伏阴影计算通常涉及到太阳光的入射角度、阴影物体的位置和尺寸等因素。
以下是一种常见的光伏阴影计算公式，用于估算阴影对光伏系统发电量的影响：
阴影损失百分比= (1 - 阴影面积/总面积) * 100
其中，阴影面积指的是阴影物体投射在光伏面上的面积，总面积指的是光伏面的总面积。
通过计算阴影损失百分比，可以估算出阴影对光伏系统发电量的减少程度。
需要注意的是，实际的光伏阴影计算可能涉及更复杂的模型和算法，考虑到太阳高度角、方位角、光伏组件布局、地形等因素。
因此，具体的光伏阴影计算可以根据实际情况选择适合的计算方法或使用专业的光伏设计软件来进行准确的计算。
1 屋顶光伏系统阴影计算和模拟-理论计算公式介绍V1
h
α
β
θ
遮挡物高 太阳高度 太阳方位 屋面坡度
度
角
角
角
Lx_hor =h ⋅ cotα ⋅sin β Ly_hor = h ⋅ cotα ⋅ cos β
适用于水平面
Page 3
水平面上影长分量分解
h L
也可以理解为将光线方向分解为东西分量和南北分量
右边两个三角形是CAD分析法的基础，很重要！！！
适用于南北坡，北坡θ为负值，南坡θ为正值 Page 8
本PPT为陈建国老师《光伏遮挡物.
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！
LN-S
h
南北分量
h
LE-W
东西分量
Page 4
南向坡面上投影点Page 5
北向坡面上投影点的位置
光线在南北分量
光线在东西分量
Page 6
南坡面上投影点的位置（跨坡面）
光线在南北分量
光线在东西分量
该长度用于在坡面上 确定投影点
遮挡物高度
北坡面
南坡面
影长在水平面上的南北分量
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
常见建筑阴影分类
屋面设备
屋面建筑
屋顶天窗
女儿墙
杆状或柱状遮挡物
别墅屋面复杂遮挡
Page 2
水平面影长理论公式
水平面：
影长公式：
水平面
Ly
α
β
有关光伏的20个计算公式 get!
【概述】光伏技术作为可再生能源的一种重要形式，一直以其清洁、高效的特点备受关注。
在光伏发电领域，涉及到各种复杂的计算和分析，而计算公式作为解决问题的利器，扮演着重要的角色。
下面将共享20个与光伏相关的计算公式，希望对研究者和从业者有所帮助。
1. 光伏组件的光电转换效率计算公式光电转换效率 = （光电输出功率 / 光照辐射强度）× 1002. 光伏电池板的填充因子（FF）计算公式FF = （最大功率点电压× 最大功率点电流） / （开路电压× 短路电流）3. 光伏组件的输出功率计算公式光伏组件输出功率 = 光伏组件面积× 光照辐射强度× 光电转换效率4. 单个光伏电池的输出功率计算公式单个光伏电池输出功率 = 光照辐射强度× 光电转换效率× 光伏电池面积5. 光伏组件的温度系数计算公式温度系数 =（（Pm，NOCT - Pm，STC） / 25）×（T－25）6. 光伏组件的最大功率点（MPP）电压计算公式MPP电压 = 开路电压 - 填充因子× （开路电压 - 最小电压）7. 光伏组件的最大功率点（MPP）电流计算公式MPP电流 = 短路电流 + 填充因子× （开路电流 - 短路电流）8. 阵列式光伏发电系统的总发电量计算公式总发电量 = 光伏组件数量× 光伏组件额定输出功率× 光照总辐射量× 系统损耗率9. 光伏发电系统的平均日发电量计算公式平均日发电量 = 总发电量 / 天数10. 光伏逆变器输出电流计算公式输出电流 = 输出功率 / 输出电压11. 光伏逆变器效率计算公式逆变器效率 = AC输出功率 / DC输入功率12. 光伏组件的倾角优化计算公式最佳倾角 = （纬度 + 10度）× 0.8713. 光伏组件的阴影损耗计算公式阴影损耗 = （光伏组件面积× 阴影面积） / 光伏组件面积14. 光伏组件的直接太阳辐射计算公式直接太阳辐射 = 光照总辐射量 - 散射辐射 - 天空散射辐射15. 光伏组件的光伏组件的平均温度计算公式平均温度 = （开路温度 + 短路温度） / 216. 光伏组件的综合损耗计算公式综合损耗 = 发电损耗 + 线路损耗 + 逆变器损耗 + 装机容量损耗17. 光伏组件的阵列方位角优化计算公式最佳方位角 = 反时针90度18. 光伏组件的光照入射角修正计算公式光照入射角修正 = cosB19. 光伏组件的影子补偿计算公式影子补偿 =（Pm标称 - Pm最小） / Pm标称20. 光伏组件的系统综合效率计算公式系统综合效率 = （组件转换效率× 组件光损失× 系统电缆效率×逆变器效率） / 100【结语】以上是光伏领域涉及到的20个重要的计算公式，这些公式对于光伏发电系统的设计、评估和优化具有重要的意义。
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！。
光伏电站阴影类型种类和阴影分析
光伏电站阴影类型种类和阴影分析理想情况下，光伏阵列应当安装在没有阴影的地方。
然而，并网系统通常可在城市和郊区找到，并且组件通常是安装在屋顶上，而这些地方的阴影有时是不可避免的。
阴影会显著减少光伏阵列的输出，理想情况下是应当避免的。
所以，这个问题将被深入的探讨，并且本节涉及的主要是并网系统（孤立系统的光伏阵列通常存在于乡村并且通常是地面式阵列，房屋周围具有充足的地面可用，所以阵列可以安装在没有阴影的地方）。
投在光伏系统上的阴影对电能的产量有更大的影响，比如在和太阳能热系统相比的情况下。
从德国百万屋顶计划中获得的运营结果显示，由于场地环境导致的局部阴影是大约是所有系统的一半。
在大多数的这些系统中，由阴影导致的年电能产量的减少在5%到10%之间。
阴影可分为暂时的、由位置和建筑造成的以及系统本身导致的（self-shading）。
注意：直接阴影可对光伏阵列的输出产生严重影响！1.暂时阴影典型的暂时阴影因素包括雪、树叶、鸟粪以及其它类型的污物等。
雪是一个很重要的因素，特别是在多山的地区。
工业区的粉尘和烟灰或森林中的落叶也是重要因素。
雪、烟灰和树叶堆积在光伏阵列上便可造成阴影。
如果阵列能自我清洁的话这些因素所造成的影响就不会很大（也就是阵列可以被流动的雨水清洗）。
通常倾角为12°或更大就足以达到这样的效果。
更大的倾角会增大雨水的流速，因此有助于冲走污垢粒子。
这种类型的阴影可以通过增大光伏阵列倾角的方法来减少。
良好的自清洁在组件上发生。
光伏阵列上的雪融化速度比周围的雪快，所以阴影通常只出现少数几天。
在多雪的地区，标准组件水平排列（A）可以减少因雪(图9-2)带来的损失。
通过这种方式，雪导致的阴影一般只能影响每个组件的仅仅两行而不是垂直排列（B）情况下的四行（见图9-3）。
图1 光伏系统上的雪图2 倾斜光伏组件在有雪情况下的排列由树叶、鸟粪(图9-4 )、空气污染物以及其它污物导致的阴影具有更顽固和更持久的影响。
屋顶光伏系统阴影计算
屋顶光伏系统阴影计算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。
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。
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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。
过L点作高度为0、30825m得线段LQ，过Q作水平线与斜边FL得延长线交于P点，过P点作PN垂直于直角边FB，则PN为X’分量长度，本例实测长度2、79262m，与理论计算值吻合。
图7天窗北坡部分F点投影得Y’分量求解图8天窗北坡部分F点投影得X’分量求解
最后选择冬至日太阳时9时对天窗得阴影进行动态模拟，图18为阴影模拟结果，对于阴影得长度可使用软件中得直尺工具进行测量。
图18冬至日9时阴影模拟结果
4、PVSYST仿真与CAD法测量结果比较
PVSYST仿真得优点在于其可视化效果较强，其缺点在于建模需要耗费一定得时间，另外模拟后还需要对影长进行手动得拉线测量，图19为CAD法绘制得阴影区域，对其中几个关键点之间得长度进行了标注，PVSYST模拟结果得手动测量值参考图20。
从两者数据对比来瞧，结果非常接近，PVSYST测量得精度只显示两个小数点位置，但实际工程中厘米级别得误差基本可以忽略，因此也满足实际得设计要求了。
图19阴影区域CAD法测算（单位：mm）
（A）（B）
（C）（D）
图20PVSYST模拟结果手动测量值（单位：m）
小结
文章通过数学角度针对坡屋面上得遮挡物影长公式进行了求解，并指出公式应用存在得局限性，结合实际案例对天窗得阴影进行了精确得分析，介绍了公式法、CAD法与PVSYST 建模法得应用并对三种方法求解得结果进行了比较，公式法与CAD法两者在本质上其实就是相通得，因此值也就是相同得。
PVSYST法模拟时软件计算得冬至日9时太阳高度角与方位角得值与公式计算非常吻合，因此模拟结果也具有较高得准确性。
相比之下，PVSYST建模过程稍麻烦些，公式法与CAD法则更为简便。
在实际设计时可根据不同得屋面选择不同得方法，如水平屋面可使用理论公式计算，而对于坡屋面，若遮挡产生得阴影区域在同一平面内，可使用理论公式或CAD法计算，若不在同一平面内，需使用CAD法，倘若追求动态得可视化效果，可使用PVSYST软件或SketchUp里面得Skelion插件作进一步得分析。