光伏阵列阴影长度冬至日夏至日包络线计算书

光伏阵列阴影长度冬至日/夏至日包络线计算书——固定式光伏方阵南北向前后排间距专项计算文件编号PV-SHD-2026-001文件阶段施工图设计阶段文件类型专项计算书工程名称××地面分布式光伏发电项目站址位置陕西省西安市（φ=34.27°N，λ=108.95°E）编制人×××校核人×××审核人×××批准人×××编制日期2026年10月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 概述1.1编制目的本计算书针对本工程固定式并网光伏方阵的南北向前后排间距进行专项计算，给出冬至日（12月22日前后）与夏至日（6月22日前后）9:00～15:00（当地真太阳时）各时刻前排方阵在后排方阵组件表面形成的阴影长度包络线，作为方阵总平面布置、组件排距取值、用地规模校核及发电量损失评估的直接设计依据。1.2工程概况本工程为地面固定式并网光伏发电项目，站址位于陕西省西安市，地理纬度φ=34.27°N，地理经度λ=108.95°E。方阵采用正南朝向、固定倾角布置，单块光伏组件纵向长度L=2.0m，方阵向南倾角Z=35°，方阵方位角r=0°（正南）。组件串最低点距地面高度按规范要求不小于0.30m，本计算以后排组件下沿所在水平面为阴影起算基准面。1.3计算范围本计算书覆盖以下内容：（1）天文坐标系下太阳位置的解析计算；（2）冬至日、夏至日典型日9:00～15:00（当地真太阳时）逐时刻太阳高度角、方位角及阴影长度；（3）冬、夏至日阴影长度包络线的对比与控制工况识别；（4）阵列南北向设计间距推荐值及安全裕度核验；（5）不同倾角工况下的敏感性分析与工程指导意见。2编制依据2.1主要标准规范本计算书的编制、公式选用与判定准则均依据下列现行有效的国家标准、行业标准及设计文件：序号标准/文件名称编号施行年份1光伏发电站设计标准GB50797—2012（2024年版）2012/20242光伏发电站工程项目用地控制指标TD/T1055—202220223光伏发电站施工规范GB50794—201220124光伏发电工程勘察规范GB/T50796—201220125太阳能资源气象评价规范GB/T37526—20192019表2-1本计算书引用的主要标准规范一览表2.2设计基础资料（1）站址经纬度、海拔及地形测绘资料；（2）光伏组件型号、外形尺寸、支架倾角及阵列排布图；（3）场区初勘报告及植被、积雪、洪涝水位资料；（4）《光伏发电站设计标准》GB50797—2012（2024年版）第7.2.2条及其条文说明规定的间距计算方法。3计算原理与方法3.1天文坐标系基本定义太阳相对于地平面的位置由太阳高度角α和太阳方位角β共同确定。α为太阳入射光线与地平面的夹角，取值范围0°～90°；β为太阳入射光线在地平面上的投影与正南方向的夹角，规定正南为0°，东向为负、西向为正。方阵方位角r为方阵法线在水平面上投影与正南方向的夹角，本工程r=0°。3.2太阳赤纬角δ太阳赤纬角采用Cooper公式计算，即太阳直射点纬度：δ=23.45°·sin[360°×(284+N)/365]式中：δ——太阳赤纬角（°）；N——从当年1月1日起算的日序数，冬至日（12月22日前后）N=355，夏至日（6月22日前后）N=172。代入计算得：冬至日δ≈−23.45°，夏至日δ≈+23.45°。3.3太阳时角ω太阳时角以当地真太阳时正午为零，每小时对应15°，上午为负、下午为正：ω=15°×(S式中：S_T——当地真太阳时（h），以24小时计。真太阳时与北京时间的换算关系为：真太阳时=北京时间+（当地经度−120°）/15°+均时差。本工程计算直接采用当地真太阳时，故9:00对应ω=−45°，12:00对应ω=0°，15:00对应ω=+45°。3.4太阳高度角α太阳高度角由球面三角基本关系求得：sinα=sinφ·sinδ+cosφ·cosδ·cosω式中：α——太阳高度角（°）；φ——当地地理纬度（°），本站φ=34.27°N。3.5太阳方位角β太阳方位角由高度角反算，正南为0°：cosβ=(sinφ·sinα-sinδ)/(cosα·cosφ)式中：β——太阳方位角（°），上午位于东侧取负，下午位于西侧取正。3.6方阵南北向阴影长度D依据GB50797—2012（2024年版）第7.2.2条条文说明，固定式方阵南北向前后排间距由前排组件自身体影水平投影D₁与太阳射线遮挡影水平投影D₂两部分组成：D=DD式中：D——前排方阵后排向的阴影包络长度（m）；L——光伏方阵纵向长度（m），本工程取2.0m；Z——方阵向南倾角（°），本工程取35°；H——方阵垂直投影高度（m）；L′——太阳射线在地面上的投影长度（m）；r——方阵方位角（°），本工程取0°。4计算参数表4-1本计算书采用的主要计算参数表符号参数名称取值单位备注φ站址地理纬度34.27°N西安地区λ站址地理经度108.95°E西安地区L方阵纵向长度2.00m单排组件纵向Z方阵向南倾角35°固定式r方阵方位角0°正南朝向δ_w冬至日赤纬角−23.45°N=355δ_s夏至日赤纬角+23.45°N=172—计算时段9:00～15:00当地真太阳时GB50797规定H方阵垂直投影高度1.147mH=L·sin35°5冬至日阴影包络线计算5.1计算条件计算日为冬至日（12月22日），赤纬角δ=−23.45°，计算时段为当地真太阳时9:00～15:00，逐小时取整点时刻9、10、11、12、13、14、15共7个特征时刻。方阵参数按表4-1取值，r=0°。5.2各时刻太阳位置计算结果表5-1冬至日9:00～15:00太阳高度角与方位角计算成果表真太阳时

ST时角

ω(°)太阳高度角

α(°)太阳方位角

β(°)说明09:00−45.0018.18−43.06上午东向10:00−30.0025.63−30.58上午东向11:00−15.0030.55−16.00上午东向12:000.0032.280.00正午正南13:00+15.0030.55+16.00下午西向14:00+30.0025.63+30.58下午西向15:00+45.0018.18+43.06下午西向5.3各时刻阴影长度计算结果表5-2冬至日9:00～15:00前排方阵阴影长度包络线计算成果表（L=2.0m，Z=35°）真太阳时D₁=L·cosZ

(m)H=L·sinZ

(m)L′=H/tanα

(m)D₂=L′·cos(β−r)

(m)D=D₁+D₂

(m)09:001.6381.1473.4932.5524.19010:001.6381.1472.3922.0593.69711:001.6381.1471.9441.8693.50712:001.6381.1471.8161.8163.45413:001.6381.1471.9441.8693.50714:001.6381.1472.3922.0593.69715:001.6381.1473.4932.5524.1905.4冬至日包络线特征分析由表5-2可见，冬至日阴影包络线关于正午（12:00）呈严格对称分布：上午9:00与下午15:00阴影长度达到最大值D_max=4.190m，正午12:00阴影长度达到最小值D_min=3.454m。包络线在9:00～11:00与13:00～15:00两段变化较陡，11:00～13:00段变化平缓。控制工况出现在冬至日上午9:00与下午15:00，即规范要求的9:00～15:00时段边界时刻。6夏至日阴影包络线计算6.1计算条件计算日为夏至日（6月22日），赤纬角δ=+23.45°，计算时段与方阵参数同冬至日。6.2各时刻太阳位置与阴影长度计算结果表6-1夏至日9:00～15:00太阳位置与阴影长度计算成果表（L=2.0m，Z=35°）真太阳时ω(°)α(°)β(°)D₁(m)L′(m)D₂(m)D=D₁+D₂(m)09:00−45.0049.48−86.791.6380.9800.0551.69310:00−30.0061.72−75.511.6380.6170.1541.79311:00−15.0073.02−54.381.6380.3500.2041.84212:000.0079.180.001.6380.2190.2191.85813:00+15.0073.02+54.381.6380.3500.2041.84214:00+30.0061.72+75.511.6380.6170.1541.79315:00+45.0049.48+86.791.6380.9800.0551.6936.3夏至日包络线特征分析夏至日太阳高度角显著升高，9:00时α已达49.48°，正午α=79.18°，接近天顶。相应地，阴影包络线整体显著缩短，最大值仅为1.858m（正午），9:00/15:00反而仅为1.693m。与冬至日相比，夏至日最大阴影长度约为冬至日最大阴影长度的44.3%，夏至日不构成方阵间距的控制工况。7冬夏至日包络线对比与阵列间距推荐7.1包络线对比表7-1冬至日与夏至日阴影长度包络线对比表特征时刻冬至日D(m)夏至日D(m)冬/夏比值控制工况09:004.1901.6932.47冬至日控制10:003.6971.7932.06冬至日控制11:003.5071.8421.90冬至日控制12:003.4541.8581.86冬至日控制13:003.5071.8421.90冬至日控制14:003.6971.7932.06冬至日控制15:004.1901.6932.47冬至日控制7.2推荐设计间距取值依据GB50797—2012（2024年版）第7.2.2条，方阵间距应保证冬至日9:00～15:00时段内前后排互不遮挡。由表5-2，本工程工况下包络线最大值出现在9:00/15:00，D_max=4.190m。考虑支架安装误差、基础不均匀沉降、组件尺寸偏差及道路与检修通道需求，建议设计间距在计算值基础上预留不小于0.10m的施工裕度，即：D本工程固定式方阵南北向前后排中心距推荐取4.30m，即前后排支架基础中心距不小于4.30m。7.3不同倾角工况敏感性分析表7-2不同方阵倾角下的阴影包络线敏感性分析表（L=2.0m）倾角Z(°)冬至9:00D(m)冬至12:00D(m)夏至12:00D(m)推荐设计间距(m)303.833.151.703.95354.193.451.864.30384.223.451.774.35404.303.521.804.40由表7-2可见，倾角由30°增大至40°时，冬至日控制工况阴影长度由3.83m增至4.30m，增幅约12.3%。倾角每提高1°，冬至日9:00阴影长度约增加0.04～0.05m。设计阶段应在最佳倾角、间距与用地面积之间进行技术经济比选。8安全核验8.1规范符合性核验（1）计算时段：本计算覆盖冬至日与夏至日9:00～15:00（当地真太阳时）逐小时特征时刻，满足GB50797—2012（2024年版）第7.2.2条“每天9:00～15:00时段内东西向、南北向互不遮挡”的规定。（2）控制工况：取冬至日9:00/15:00为控制工况，与条文说明推荐的计算条件一致。（3）方位角偏差：方阵正南布置，方位角r=0°，满足规范“方位角东西向偏差不宜超过15°”的要求。8.2极端工况核验（1）冬至日前后各一周赤纬角变化不超过0.5°，阴影长度变化小于0.5%，不构成新的控制工况。（2）考虑±0.5°纬度偏差（即站址边界±55km范围），冬至日9:00阴影长度变化约±0.03m，已包含在0.10m施工裕度内。（3）组件串最低点距地面0.30m已满足规范最低要求，且考虑了当地积雪深度、洪涝水位与植被高度因素。8.3误差与保守度分析本计算采用解析法，未考虑大气折射、地形起伏、相邻阵列间相互遮挡及组件边框实际投影厚度，计算结果为地面水平面阴影长度。实际工程中：（1）支架立柱、组件边框会产生约0.02～0.05m的附加投影；（2）地形坡度>2°时应按坡面另行修正；（3）双面组件还需考虑背面反射路径。上述因素均已通过0.10m施工裕度予以覆盖，计算结果偏于安全。9结果分析与工程指导意义9.1结果分析（1）冬至日阴影包络线呈“两端高、中间低”的对称U形，最大值出现在9:00与15:00边界时刻，最小值出现在正午；夏至日阴影包络线呈“中间略高、两端低”的浅弧形，整体长度仅为冬至日的40%～55%。（2）方阵南北向间距由冬至日9:00/15:00工况控制，本工程工况下D_design=4.30m。（3）倾角每提高1°，冬至日控制阴影长度约增加0.04～0.05m；在高纬度或土地紧张地区，适当降低倾角可显著节约用地。9.2工程指导意义（1）总平面布置：方阵单元内前后排支架基础中心距不应小于4.30m；单元间检修通道可结合间距统一布置，避免额外占地。（2）用地校核：方阵用地按本间距进行容积率与用地指标核算，应满足TD/T1055—2022《光伏发电站工程项目用地控制指标》要求。（3）发电量评估：当实际布置间距小于本计算值时，应采用PVsyst或同等软件进行