[发明专利]不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法

说明书

本发明涉及一种不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法，基于屋面的坡度角、屋面的方位角、障碍物高度、太阳方位角、太阳高度角等信息确定一个障碍物在屋面上的投影，并确定该投影在屋面南北、东西方向上的分量。根据屋面的坡度角、屋面的朝向等信息，在任何时段精确的计算障碍物在屋面各个方向上的分量，为光伏电站精细化设计提供了重要入参。与行业内仅根据经验确定障碍物阴影的遮挡范围相比，本发明不仅可以计算水平面上障碍物任何时间范围内的阴影遮挡范围，同时还可以计算有方位角和坡度角屋面障碍物任何时间范围内的阴影遮挡范围，对于光伏系统的精细化设计具有很好的指导作用。

技术领域

本发明涉及一种光伏技术，特别涉及一种不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法。

背景技术

在光伏电站实际运行过程中，由于周围建筑物、树木、云层等的遮挡，光伏阵列经常处于局部阴影中。在一定数目的电池串两端并接旁路二极管可有效避免由光照不均匀分布而产生的热斑现象，但同时也将使得光伏阵列的输出特性趋于复杂化。

热斑效应：在一定条件下，一串联支路中被遮挡的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量，被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。热斑效应能严重的破坏太阳电池，有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的的电池所消耗。热斑效应会使焊点融化，破坏封装材料(如旁路二极管)，甚至会使整个方阵失效。

总的来说，热斑效应不仅会带来火灾的风险，同时还会带来大量的发电量损失，影响收益。因此，我们在做光伏电站系统设计的时候，应该精细化的计算障碍物的阴影遮挡，避免阴影对光伏组件甚至整个电站的影响。

发明内容

本发明是针对分布式光伏电站屋面情况对光伏组件影响的问题，提出了一种不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法，基于屋面的坡度角、屋面的方位角、障碍物高度、太阳方位角、太阳高度角等信息确定一个障碍物在屋面上的投影，并确定该投影在屋面南北、东西方向上的分量。根据屋面的坡度角、屋面的朝向等信息，在任何时段精确的计算障碍物在屋面各个方向上的分量，为光伏电站精细化设计提供了重要入参。

本发明的技术方案为：一种不同屋面情况障碍物阴影遮挡计算方法，具体包括如下步骤：

1)确定屋面的朝向和其对应的坡度角：

屋面方位角ε定义为：屋面法线方向在水平面上的投影与正南朝向的夹角，正向朝南的方位角为0，顺时针方向为正，逆时针方向为负，

屋面的坡度角θ为屋面与水平面的夹角值，若屋面朝向为南或者东，θ＝θ；若屋面朝向为北或者西，θ＝-θ；

2)根据光伏场站经纬度确定，确定光伏场站的时差，得到真太阳时，

真太阳时＝平太阳时+真太阳时时差；

平太阳时＝北京时间+(光伏场站经度-120°)*4；

真太阳时时差根据每日时间的对应的时差表查找；

3)对于南北坡屋面，高度为Len的障碍物阴影在屋面上的投影为：

其中，Len为障碍物相对于屋面的高度；LenNS_NS为障碍物阴影垂直于屋脊方向的阴影分量；LenWE_NS为障碍物阴影平行于屋脊方向的阴影分量；α为太阳高度角；β为太阳方位角；

sinα＝sinφ*sinδ+cosφ*cosδ*cosω

cosβ＝(sinα*sinφ-sinδ)/(cosα*cosφ)

其中φ为当地纬度；δ为太阳赤轨角；ω为太阳时角；

ω＝(真太阳时-12)*15°