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Sunlight软件在光伏电站设计中阴影分析的应用

来源:索比光伏网发布时间:2018-07-24 14:40:05作者:周长友

参数设置的下拉菜单栏中“自定义朝北方向”,点击后,在对话框中可以设置“正北方向与X轴夹角”,还可以将设置好的指北针方向标注到图形中。指北针默认90度角即上方朝向为正北,设置其他角度后,阴影分析中,阴影不再是左右对称。


图4 指北针设置

4、障碍物阴影分析案例

常用分析中的“真实阴影遮挡范围”,辅助分析中的“瞬时地面阴影轮廓,棒影图”,三个功能提供了,针对障碍物,进行不同日期的阴影分析和绘制遮挡范围线,以及不同时间点的太阳高度角和方位角信息。下文针对一个柱状物体分析真太阳时9:00到15:00之间的阴影。在常用分析中,点击“真实阴影遮挡范围”,逐次选择夏至日、春分/秋分、冬至日,形成阴影范围如左图所示;在辅助分析中,点击“瞬时地面阴影轮廓”,逐次选择夏至日、春分/秋分、冬至日,形成的阴影如中图所示;在辅助分析中,点击“棒影图”,逐次选择夏至日、春分/秋分、冬至日,可形成标注时间、太阳高度角、太阳方位角的棒影图,即中图中增加时间、太阳高度角、太阳方位角三要素的标注,下图右图为冬至日棒影图。


图5 阴影图类型示例

本文建立一个案例模型,两个厂房分别高15米和10米,命名为A屋面和B屋面,还有一个30米高的柱状建筑物。平面布置图经过拉伸后,三维立体图如下图所示。


图6 sunlight中案例建模

柱状建筑物对A、B屋面形成的阴影遮挡分析,采用辅助分析中的“瞬时任意地面阴影轮廓”,步骤是,先选择遮挡实体,然后选择投影面,如下图彩色的阴影线(设置时间步长为30分钟,默认时间为1分钟)。A屋面对B屋面的阴影遮挡同理。为了进一步显示阴影效果,可以点击“日照实时阴影显示”,在对话框中选定日期为冬至日后,拖动时间条,即可看到黑色阴影动态变化。


图7 建筑朝向正南是的障碍物阴影分析

当自定义朝北方向时,如正北方向与X轴夹角60度,即北偏东30度时,阴影变化如下图所示。


图8 建筑朝向改变后(北偏东30°)阴影分析

窗口右下角的工具栏中,提供了不同的视角按钮,具体每个标志对应的含义,比较简单,本文不做过多的介绍。


图9 视角工具栏

根据上文的阴影范围分析,我们可以看到柱状障碍物较高,在两个不同高度的屋面上形成的阴影是不连续的,应使用“瞬时任意地面阴影轮廓”的功能分别模拟,或者使用“瞬时地面阴影轮廓”模拟时,输入不同的高度,分别对不同高度的AB两屋面模拟,但每次模拟时超出屋面的部分应去掉。当建筑朝向不是正南正北的时候,应对指北针方向进行设置,避免模拟结果错误。

由于光伏电站建设的场地,有平地、混凝土平屋面、彩钢瓦坡屋面或者其他坡屋面,在sunlight软件中,通过不同视角、工具推拉、平屋顶和多坡屋顶等工具,建立各种坡屋面进行模拟,也非常便利。再通过上述阴影模拟方法,可以绘制障碍物不同坡度、不同高度上的阴影。下文提供一个简单的案例,见下图,建立坡屋顶,障碍物在坡屋顶上的阴影分析。对于很多复杂的户用屋顶光伏系统的设计,分析障碍物在屋面上的阴影遮挡非常便利和有效,这种阴影是难以通过太阳高度角、方位角、三角函数等公式计算的。阴影分析后,在非阴影区,即可安装光伏系统设计要求进行光伏组件布置工作。


图10 障碍物在坡屋顶上的投影分析

5、太阳轨迹的数据

建筑物或障碍物的阴影曲线、区域,是由太阳轨迹和相对空间条件决定的。若需查询太阳轨迹数据,可在辅助分析菜单栏中点击“太阳方位计算”,设定输入条件:地理位置,分析时间,输入分析时刻,点击计算,该对话框中提供了方位角和高度角的计算结果。如果计算全天的太阳位置数据,点击最下面一行“全天方位计算”按钮,输出“太阳位置记事本”,从日出到日落每半个小时的太阳位置数据。


图11 太阳方位计算对话框


图12 太阳位置数据示例

6、总结

光伏电站中前后阵列间距的设计,通常都是针对组件位于平地、方位角朝向正南方向的情景,根据光伏电站设计规范中的公式即可计算。在光伏系统设计中,女儿墙或建筑物等障碍物的阴影分析,主要是规避阴影遮挡区域后用来做光伏组件布置图。对于障碍物的遮挡阴影分析,通常是采用障碍物和组件的高差乘以阴影系数,即得出阴影范围。但对于复杂情景,无论是组件的阵列间距还是障碍物的阴影分析,都难以计算。应用光伏软件PVsyst进行的阴影分析主要用来分析阴影对发电量产生的损失,做复杂场景中的障碍物分析并不方便。简单的障碍物阴影通过公式计算虽然可行,但是计算量非常大,绘制到图纸上更不容易,稍微复杂的阴影情况就难以操作。比较而言,Sunlight软件提供了CAD图纸导入和导出,阴影分析简单方便,展示直观,为光伏设计工程师进行光伏设计提供了便利。

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