阴影计算,只关注冬至日就够了吗?

阴影计算,只关注冬至日就够了吗?

引言

上一篇文章《小软件大用途!简单快速勾画阴影范围》中介绍了利用坎德拉百宝箱影子长度计算工具勾画物体阴影范围的方法。根据《光伏电站设计规范》要求,光伏方阵应保证每天9:00~15:00(当地真太阳时)时段内无阴影遮挡,一般习惯上人们会认为冬至日影子最长,因此关注冬至日当天阴影的遮挡情况。

 

 

但是

只关注冬至当天就够了吗?

 

让我们用一个例子试试看:假设一个长宽2m,高20m的柱子,纬度取35°。现在我们可以采用上一篇文章中介绍的方法,利用坎德拉百宝箱的阴影计算工具,将这个柱子的阴影范围给勾画出来。

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首先我们只考虑冬至日的情况,在坎德拉百宝箱影子长度计算工具中选择日期为12月21日,如图1所示:

 

阴影计算,只关注冬至日就够了吗?

图1 坎德拉百宝箱影子长度计算工具设置界面

 

由此得到太阳时9点至15点的阴影的范围如图2所示:

 

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图2 物体冬至日阴影范围

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我们在阴影范围之外布置光伏方阵,如图3所示,看起来没什么毛病。

 

阴影计算,只关注冬至日就够了吗?

图3 根据冬至日阴影范围布置光伏方阵

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但是我们再将日期设到6月21日,也就是夏至日看看。在坎德拉百宝箱影子长度计算工具中选择日期为6月21日,勾画得到阴影的范围如图4所示:

 

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图4 根据夏至日阴影范围布置光伏方阵

居然有光伏方阵发生遮挡了!再看看春分或者秋分,如图5,居然也遮挡了!

 

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图5 根据春秋分日阴影范围布置光伏方阵

总结

通过图2~图5可以看到,该物体的阴影在夏至、春秋分、冬至的影子的范围如图6所示:

 

 

阴影计算,只关注冬至日就够了吗?

图6 冬夏至、春秋分阴影范围(红色为夏至、蓝色为春秋分、黑色为冬至

 

可以看出该物体全年的阴影范围应该如图7所示,此时再看之前认为9点~15点没有遮挡的这些光伏方阵,实际有4个方阵是有遮挡出现的。

 

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图7 光伏方阵的实际遮挡情况

在判断物体的阴影遮挡范围时,冬至日以外时间的阴影遮挡情况很容易被忽略。如果产生阴影遮挡的物体的高度相对于光伏方阵在尺度上并没有太大差距时,这种忽略所导致的影响较小;但当物体的高度较高时,只考虑冬至日就会产生较大的偏差。此外,这种情况在高纬度地区的影响大于在低纬度地区的影响。

说明:百宝箱已经下线,请微信扫一扫,使用坎德拉PV:

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原文始发于微信公众号(坎德拉学院):阴影计算,只关注冬至日就够了吗?

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