3 屋顶光伏系统阴影计算和模拟-Sketchup分析法 V1

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。

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
●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。

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。