收稿日期：2022-12-13

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目——建筑環(huán)境能耗與碳排放生命周期綜合建模及對沖機理研究（51908064）

通信作者：黃斌（1984—），男，博士、高級研究員，主要從事城市環(huán)境碳排放機理、建筑材料綠色制造、節(jié)能型建筑生命周期碳排放分析等方面的研究。bin.huang@unisa.edu.au

DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20221213.02 文章編號：1003-0417（2024）02-45-09

摘 要：城市建筑屋頂?shù)墓夥l(fā)電利用潛力與其遮擋條件密切相關(guān)。因此，僅根據(jù)太陽輻照度評估城市建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力，未考慮城市建筑之間的相互遮擋因素，會導(dǎo)致一些情景下的評估結(jié)果偏大。為了準(zhǔn)確評估城市建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力，采用建筑相對朝向、容積面積比及建筑群垂直和水平分布這3個城市形態(tài)參數(shù)作為預(yù)測變量，采用3D建筑模型進行實驗，模擬不同形態(tài)建筑遮擋，獲得多組有效實驗數(shù)據(jù)，對城市不同形態(tài)建筑間的遮擋系數(shù)進行了量化分析；借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件SPSS對多組實驗數(shù)據(jù)完成統(tǒng)計分析后，建立了建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型，并以長沙市某小區(qū)為例對該統(tǒng)計模型的適用性進行了驗證，預(yù)測了該小區(qū)不同情景下的建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力。結(jié)果顯示：利用該統(tǒng)計模型可得到被遮擋建筑的陰影遮擋水平，從而能更好地利用建筑屋頂光伏發(fā)電。研究結(jié)果提供了一種量化城市屋頂光伏組件遮擋系數(shù)的方法，對實現(xiàn)光伏建筑一體化和可持續(xù)城市發(fā)展有推進作用，可在城市區(qū)域建筑規(guī)劃階段模擬和預(yù)測屋頂遮擋情況。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；城市建筑屋頂；建筑間遮擋；利用潛力；陰影遮擋；預(yù)測

中圖分類號：TU18/TM615 文獻標(biāo)志碼：A

0" 引言

根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）發(fā)布的《2021年全球建筑建造業(yè)現(xiàn)狀報告》，2020年，建筑行業(yè)能源消費量占全球最終能源消費量的36%，能源排放量占與能源相關(guān)二氧化碳排放量的37%[1]。此外，2020年，全球城市人口占總?cè)丝诘?0%以上，全球城市全年碳排放量占總碳排放量的3/4[2]。隨著城市化進程的加快，城市建筑的脫碳已被提上日程[3]。而在城市建筑屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅可以為項目業(yè)主提供經(jīng)濟效益，還能大幅降低建筑對傳統(tǒng)能源的消耗，從而減少碳排放量，改善環(huán)境[4]。但光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不僅取決于光伏發(fā)電技術(shù)和光伏組件性能，還會受建筑之間因遮擋而產(chǎn)生的陰影的動態(tài)影響，這是因為不同建筑形態(tài)會導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)接收的太陽輻射不均勻[5]，而傳統(tǒng)的光伏發(fā)電利用潛力評估中常忽視建筑之間的陰影遮擋問題。因此，本文針對不同形態(tài)建筑間的陰影遮擋提出一個統(tǒng)一的遮擋系數(shù)，通過考慮陰影遮擋與相關(guān)形態(tài)參數(shù)的關(guān)系，引入遮擋系數(shù)的相關(guān)概念。

全面理解城市形態(tài)及建筑和環(huán)境之間的相互作用，對于制定城市發(fā)展戰(zhàn)略和政策，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[6]。而要精確模擬和估算建筑間的遮擋系數(shù)，必須在軟件中輸入詳細的建筑和環(huán)境參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)?；诖耍疚耐ㄟ^建立3D建筑模型的方式，以實驗?zāi)M不同建筑間距和建筑形態(tài)對屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的影響。首先選擇合適的城市形態(tài)參數(shù)，然后通過實驗數(shù)據(jù)，估算研究區(qū)域內(nèi)各個建筑的遮擋系數(shù)，建立建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型，并以湖南省長沙市某小區(qū)為例，對該統(tǒng)計模型的適用性進行驗證；最后對該統(tǒng)計模型在城市區(qū)域規(guī)劃階段的應(yīng)用進行分析。

1" 建筑間遮擋對光伏組件輸出功率的影響

1.1" 城市形態(tài)參數(shù)的選擇

城市形態(tài)參數(shù)包括：平均建筑高度、建筑相對朝向、場地覆蓋率（建筑物面積與場地面積的比率）、高寬比（建筑平均高度與建筑間街道峽谷寬度的比值）、容積面積比（建筑容積與建筑占地面積的比值）、容積率（建筑圍護結(jié)構(gòu)表面積與建筑容積的比率）、5個建筑群形態(tài)特征類別（垂直和水平分布、建筑自身高度、建筑密度、建筑幾何形狀、建筑設(shè)計的隨機性程度）等[7]。

通過分析環(huán)境績效相關(guān)性來選取城市形態(tài)參數(shù)時，需遵循8項原則[8]：1）綜合性；2）獨立性；3）數(shù)量限制；4）符合環(huán)保；5）與研究時所選擇的邊界在空間上一致；6）可衡量性；7）易于解釋；8）相對變化顯著。因此，本文選擇建筑相對朝向、容積面積比及建筑群垂直和水平分布這3個城市形態(tài)參數(shù)，通過分析實驗數(shù)據(jù)找出遮擋系數(shù)與上述3個參數(shù)的模型關(guān)系，繼而分析出不同形態(tài)建筑對屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的影響。

1.2" 建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型的建立

很多學(xué)者通過采用原型城市形態(tài)的方法來研究城市中不同城市形態(tài)下建筑屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電潛力。比如：Ratti等[9]在探討城市能源消費與城市肌理之間的關(guān)系時，引入了城市原型（在城市中可以觀察到的復(fù)雜城市形態(tài)的積木）的概念，以處理真實城市中存在的復(fù)雜性問題，并對幾何形狀和建筑形態(tài)進行更系統(tǒng)地比較分析；Haniyeh等[10]利用城市原型評估了城市形態(tài)對建筑熱性能、太陽能獲取和建筑通風(fēng)的影響；Dasun等[6]使用展館建筑塊創(chuàng)建了1個城市原型3D模型，且利用CitySim軟件對不同場景進行了能源需求模擬，并建立了可應(yīng)用于能源發(fā)電系統(tǒng)早期設(shè)計階段的城市能源評估模型；Kin等[7]采用原型城市形態(tài)方法，將所有場景都假設(shè)在相同的街區(qū)配置上，選擇新加坡市作為一個典型的城市網(wǎng)格模式，以強調(diào)城市形態(tài)對能源利用的影響。而上述研究均是模擬分析城市形態(tài)對建筑能源需求的影響，都未曾關(guān)注城市區(qū)域規(guī)劃階段可再生能源在建筑中的應(yīng)用潛力。因此，本文以實驗為基礎(chǔ)，在建筑模型上安裝光伏組件模擬不同情況的陰影遮擋情景，測量其短路電流和開路電壓，然后分析陰影遮擋對光伏組件輸出功率的影響，并建立建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型，以得到不同陰影遮擋情況對光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的影響。

實驗采用兩塊完全一樣的光伏組件，尺寸均為30 mm×25 mm。將兩塊光伏組件安裝在某個3D建筑模型的屋頂上，緊貼屋面放置。利用上海同廣科教儀器有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光互補發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)中光源模擬控制系統(tǒng)的投射燈來模擬太陽光照射建筑屋頂，太陽光照射后建筑屋頂?shù)牟煌闆r如圖1所示。

為了更加精確地模擬實際的太陽光照射情況，光源模擬控制系統(tǒng)的投射燈位置及建筑模型位置將根據(jù)實際太陽高度角進行調(diào)節(jié)。太陽高度角hs的計算式[11]可表示為：

sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ" " " " " " " " " " " "（1）

式中：φ為當(dāng)?shù)鼐暥?；δ為太陽赤緯，可由GB/T 35221—2017《地面氣象觀測規(guī)范 總則》中附錄7的表7-2查得；Ω為太陽時角。

太陽時角的計算式[11]可表示為：

Ω =（TT–12）·15° " " " " " " "（2）

式中：TT為真太陽時。

真太陽時的計算式[11]可表示為：

TT=CT+LC+EQ " " " " " " "（3）

式中：CT為北京時間；LC為經(jīng)度訂正值，4 min/（? ），如果所測地方的子午圈在北京子午圈的東邊，則LC為正，反之為負；EQ為時差，可由GB/T 35221—2017中附錄7的表7-1查得。

由于本實驗中兩塊光伏組件是固定在建筑模型上，因此在移動建筑模型的過程中光伏組件也同時移動。調(diào)試好主要的實驗設(shè)備后，測量實驗室室內(nèi)和室外溫度，以便每次實驗時實驗室的室內(nèi)和室外溫度均與上一次實驗保持一致。按照計算得到的太陽高度角確定建筑模型的擺放位置，并進行記錄。

具體實驗步驟為：

1）測量建筑模型的物理參數(shù)，包括兩兩建筑間的高度差h及間距d，并計算得到建筑遮擋角度x1；

2）計算各建筑模型的體積V和建筑表面積S，從而計算得到建筑體型系數(shù)x2；

3）固定被陰影遮擋的建筑模型（下文簡稱為“被遮擋建筑”），并移動可產(chǎn)生遮擋的建筑模型（下文簡稱為“遮擋建筑”），觀察并記錄被遮擋建筑屋頂光伏組件恰好無陰影時遮擋建筑與被遮擋建筑的間距，測定并記錄此時光伏組件的短路電流和開路電壓；

4）再保持建筑相對方位角x3不變，移動遮擋建筑，以減小被遮擋建筑屋頂光伏組件恰好無陰影時遮擋建筑與被遮擋建筑之間的間距，測量并記錄不同間距時光伏組件的短路電流和開路電壓，以及對應(yīng)的被遮擋建筑屋頂光伏組件的陰影面積；

5）最后改變建筑相對方位角，并更換新的3D建筑模型，重復(fù)上述實驗步驟，獲得多組實驗數(shù)據(jù)。

整理有效實驗數(shù)據(jù)后，分別根據(jù)式（4）和式（5）計算建筑遮擋角度和建筑體型系數(shù)，并根據(jù)短路電流和開路電壓分別計算恰好無陰影遮擋時建筑屋頂光伏組件的輸出功率P0及其他不同陰影遮擋情景下（即兩兩建筑間不同間距時）建筑屋頂光伏組件的輸出功率Pd，然后根據(jù)式（6）計算建筑屋頂光伏組件遮擋系數(shù)y。

x1=arctan" h

d" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （4）

x2= v

s" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " nbsp; （5）

y=" P0

Pd" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（6）

本實驗中建筑屋頂光伏組件遮擋系數(shù)的定義為：無陰影遮擋時建筑屋頂光伏組件輸出功率與存在陰影遮擋時建筑屋頂光伏組件輸出功率之比，即評估各情形下陰影遮擋對光伏組件輸出功率的影響。當(dāng)建筑屋頂完全無陰影遮擋時，此時遮擋系數(shù)為1；相反，當(dāng)建筑屋頂完全被陰影遮擋時，由于存在太陽散射輻射，遮擋系數(shù)趨近于零。

借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件SPSS，應(yīng)用多元線性回歸方程，建立了簡單的建筑陰影遮擋預(yù)測方程，即：

y=a1x1+a2x2+a3x3+c+ε" " " " " " " " " " " " " " " " " " "（7）

式中：a1～a3均為回歸方程的系數(shù)；c為方程中所有其他參數(shù)為零時的截距點；ε為誤差修正值。

對于該預(yù)測方程，當(dāng)xi=0 （i=1， 2， 3）時，則可能代表不存在這樣的一個城市，也可能代表太陽輻照落在地面上或建筑立面上。

使用SPSS軟件對多組實驗數(shù)據(jù)完成統(tǒng)計分析后，建立了建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型，即：

y=-0.045x1+0.578x2–0.002x3+3.355" " " " " " " "（8）

根據(jù)式（8）得到其決定系數(shù)R2為0.785。

本實驗中建筑遮擋角度、建筑體型系數(shù)和建筑相對方位角的顯著性及方差膨脹因子（VIF） 如表1所示。

由表1可知：建筑遮擋角度、建筑體型系數(shù)和建筑相對方位角的顯著性皆小于0.05，說明這3個參數(shù)能顯著影響遮擋系數(shù)，在0.05水平上具有統(tǒng)計學(xué)意義；方差膨脹因子是檢驗方程參數(shù)之間共線性的指標(biāo)，3個參數(shù)的方差膨脹因子在1.020～1.200之間，小于10，意味著各參數(shù)之間的共線性不強，因此，模型中不存在共線性問題。

1.3" 驗證模型適用性

為了驗證建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型與實際城市區(qū)域建筑間遮擋的適用性，本文以湖南省長沙市某小區(qū)作為模型適用性驗證對象，利用Cadmapper工具創(chuàng)建該小區(qū)的實際建筑模型，如圖2所示。

該小區(qū)是一個較為理想的選擇，主要有以下幾個原因：首先，該小區(qū)建筑并不完全是單一的同高度高層建筑，而是擁有3類高度且形態(tài)不同的建筑群；其次，該小區(qū)建筑包括少量老式建筑及新建高層建筑，呈現(xiàn)出新舊建筑不同的光伏發(fā)電利用潛力；最后，該小區(qū)周邊至少100 m內(nèi)并未進行完全開發(fā)，使模型驗證過程中，周圍并無其他會對遮擋建筑產(chǎn)生陰影從而影響模型驗證結(jié)果的因素。

該小區(qū)共17棟建筑，分別進行編號，為1#～17#。其中，兩棟建筑（1#、2#）的高度為18 m，7棟建筑（3#、4#、6#、9#、12#～14#）的高度為36 m，8棟建筑（5#、7#、8#、10#、11#、15#～17#）的高度為99 m。借助Sketchup軟件精準(zhǔn)測量出每棟建筑的實際體積及表面積，計算出每棟建筑的建筑體型系數(shù)，如表2所示。建筑遮擋角度取決于兩兩建筑間的高度差及間距，同樣采用Sketchup軟件測量每棟建筑的高度及兩兩建筑間的間距，通過式（4）計算建筑遮擋角度。建筑相對方位角即為建筑相對位置，由于建筑并不都是統(tǒng)一高度，因此，先在小區(qū)實際建筑模型上確定好每棟建筑的中心位置并標(biāo)記，以該中心點建立XYZ坐標(biāo)系，在Z軸上作1條輔助線，在輔助線上找出兩棟建筑同一高度點，連接兩棟建筑各自的同一高度點，該直線與Y軸的夾角即為建筑相對方位角，如圖3所示。該過程中，被遮擋建筑可重復(fù)選取，這也意味著被遮擋建筑會不止存在1個建筑遮擋角度和建筑相對方位角，即每棟被遮擋建筑都有多個遮擋系數(shù)。

遮擋系數(shù)表征建筑屋頂?shù)墓夥l(fā)電利用潛力，當(dāng)計算所得遮擋系數(shù)大于等于1時，此時遮擋系數(shù)取1，說明建筑物屋頂完全無陰影遮擋，即此時建筑屋頂?shù)墓夥l(fā)電利用潛力最大；當(dāng)計算所得的遮擋系數(shù)小于1時，說明建筑屋頂存在陰影遮擋；遮擋系數(shù)越接近1，說明建筑屋頂被遮擋的面積越小，或太陽輻照度較弱；反之，遮擋系數(shù)越接近零，則表明建筑屋頂被遮擋的面積越大，或太陽輻照度較強。例如：當(dāng)經(jīng)過計算得到某建筑屋頂?shù)恼趽跸禂?shù)為3.2717時，則遮擋系數(shù)取1，表示周圍建筑完全不對該建筑屋頂造成陰影遮擋；當(dāng)某建筑屋頂?shù)恼趽跸禂?shù)為0.4685時，表示周圍建筑對該建筑屋頂造成了部分陰影遮擋，此種遮擋使該建筑屋頂光伏組件的輸出功率降低了53%左右。

上文還提到被遮擋建筑會被重復(fù)選取，即被遮擋建筑周圍有多棟建筑會對其造成陰影遮擋，使被遮擋建筑存在多個遮擋系數(shù)。但無論被遮擋建筑存在多少個遮擋系數(shù)，只要遮擋建筑造成了陰影遮擋，均只取其中最小的遮擋系數(shù)，即只選擇建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力最大時對應(yīng)的結(jié)果。

將建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型應(yīng)用在該小區(qū)中，發(fā)現(xiàn)該小區(qū)共有9棟建筑存在陰影遮擋，對應(yīng)的遮擋系數(shù)計算結(jié)果如表3所示。

利用Sketchup軟件的日照分析功能，通過調(diào)節(jié)日期和同一日期的不同時刻，觀察每棟建筑屋頂?shù)年幱罢趽跚闆r。為了更加清晰地觀察陰影在每天不同時刻的變化情況，以全年建筑遮擋最明顯的兩天（夏至日和冬至日）的陰影變化狀況為代表，將每棟建筑屋頂在冬至日和夏至日的實際陰影與通過統(tǒng)計模型計算出的遮擋系數(shù)進行適用性驗證。驗證結(jié)果表明：通過該統(tǒng)計模型計算得出的每棟建筑遮擋系數(shù)與實際陰影結(jié)果的吻合度與模型的可解釋范圍基本一致。依照JGJ 26—95《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》，實際建筑的建筑體型系數(shù)均在0.3及以下，只有極個別建筑的建筑體型系數(shù)大于0.3。而部分3D建筑模型的建筑體型系數(shù)大于0.3，這與實際情況存在一些差距，此時公式（7）中提到的誤差修正值起了重要作用。當(dāng)計算得到的遮擋系數(shù)小于零時，將對此遮擋系數(shù)進行修正，修正時，誤差修正值通常取1。修正后所得遮擋系數(shù)與建筑屋頂實際陰影情況基本一致。綜上可知，該統(tǒng)計模型更適用于城市區(qū)域建筑規(guī)劃階段建筑屋頂陰影遮擋的預(yù)測。

2" 統(tǒng)計模型在城市區(qū)域建筑規(guī)劃階段的應(yīng)用

模型適用性得到驗證之后，研究使用此統(tǒng)計模型評估區(qū)域建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力最佳時的建筑群情景。以上文所選的長沙某小區(qū)為評估案例，假設(shè)此小區(qū)現(xiàn)階段的建筑群情景并非為最佳規(guī)劃，本文將設(shè)置幾種不同的建筑群情景進行評估，并與原小區(qū)建筑情景進行比較，找出屋頂光伏發(fā)電利用潛力更佳、碳補償作用更大時的建筑群情景最佳規(guī)劃。5種建筑群情景設(shè)置分別為：1）情景1，中低層建筑多數(shù)建立在小區(qū)西面；2）情景2，中低層建筑多數(shù)建立在小區(qū)東面；3）情景3，高層建筑與中低層建筑交替建立；4）情景4，中低層建筑建立在小區(qū)內(nèi)圈范圍；5）情景5，高層建筑建立在小區(qū)內(nèi)圈范圍。各種情景下的建筑群模型如圖4所示。

借助Sketchup軟件對兩兩建筑間高度差、間距和建筑相對方位角進行測量，計算6種情景下各建筑的遮擋系數(shù)，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：情景2、情景3和情景5下的遮擋系數(shù)小于1的建筑多于情景1時的情況；雖然情景1和情景4下被陰影遮擋的建筑數(shù)量相同，但情景1下的建筑屋頂被遮擋強度比情景4下時的低。因此，5種重新設(shè)置的情景中，相較于其他4種情景，情景1下的屋頂光伏發(fā)電利用潛力更大。

根據(jù)表4的計算結(jié)果，用濃淡依次遞進的顏色填滿小區(qū)建筑模型屋頂，可以更直觀地看出被遮擋建筑的陰影遮擋水平，顏色越深即陰影遮擋更強烈，顏色越淡則相反，具體如圖5所示。

將情景1建筑的遮擋系數(shù)與原小區(qū)建筑實際遮擋系數(shù)相比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在不考慮其他因素而只考慮屋頂光伏發(fā)電利用潛力這一因素情況下，情景1的建筑群相對位置設(shè)置更加合理。

但從實際情況來看，小區(qū)建筑及其相對位置的設(shè)計并不僅取決于屋頂光伏發(fā)電利用潛力這一因素，還需滿足其他要求，比如：采光要求、空間要求、便于施工、具有經(jīng)濟性等。而今，隨著國家“雙碳”目標(biāo)的提出，城市建筑屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用是政策導(dǎo)向。建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型是預(yù)測城市區(qū)域建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力的有效工具，尤其在建筑設(shè)計規(guī)劃階段或區(qū)域再開發(fā)階段，均可采用此統(tǒng)計模型預(yù)測建筑屋頂?shù)年幱罢趽跚闆r。

3" 結(jié)論

為了準(zhǔn)確評估城市建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力，本文對城市不同形態(tài)建筑間的遮擋系數(shù)進行了量化分析，并建立了建筑群預(yù)測遮擋統(tǒng)計模型，然后以長沙市某小區(qū)為例對該統(tǒng)計模型的適用性進行了驗證。結(jié)果顯示：利用該統(tǒng)計模型可得到被遮擋建筑的陰影遮擋水平，從而能更好地利用建筑屋頂光伏發(fā)電。本研究為在早期城市規(guī)劃階段預(yù)測屋頂光伏發(fā)電利用潛力提供了一種更簡單的方法，并且為城市規(guī)劃者提供了一個工具，使其能夠在早期規(guī)劃階段就能了解一個新社區(qū)或再開發(fā)社區(qū)的光伏發(fā)電利用潛力，這對于預(yù)測城市區(qū)域建筑屋頂光伏發(fā)電利用潛力和城市可再生能源利用潛力等方面的研究具有一定的幫助。

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RESEARCH ON IMPACT OF BUILDING OCCLUSION ON OUTPUT POWER OF PV POWER GENERATION SYSTEMS

Huang Bin1，2，Xie Peiling1，Huang Jialiang1，Liao Lida1，Xiao Meng1，Zhao Wei1

（1. Changsha University of Science amp; Technology，Changsha 410004，China；2. University of South Australia，Adelaide 5095，Australia）

Abstract：The potential for PV power generation utilization on urban building roofs is closely related to their occlusion conditions. Therefore，evaluating the potential of urban building roofs PV power generation utilization solely based on solar irradiance without considering the mutual occlusion factors between urban buildings can lead to overestimation of evaluation results in some scenarios. In order to accurately evaluate the potential of urban building roofs PV power generation utilization，this paper selects three urban form parameters：relative orientation of buildings，volume to area ratio，and vertical and horizontal distribution of building clusters as predictive variables. A 3D building model is used for experiments to simulate different forms of building occlusion，and multiple sets of effective experimental data are obtained. The occlusion coefficients between different forms of buildings in the city are quantitatively analyzed. After conducting statistical analysis on multiple sets of experimental data using the data statistical analysis software SPSS，a predictive occlusion statistical model for building clusters is established. The applicability of the statistical model is verified using a residential area in Changsha as an example，and the potential for building roof PV power generation utilization under different scenarios in the residential area is predicted. The results show that using this statistical model can obtain the shadow occlusion level of the obstructed building，thereby better utilizing PV power generation on the roof of the building. The results of this study provide a method for quantifying the occlusion coefficient of urban roof PV modules，which has a promoting effect on achieving PV building integration and sustainable urban development. It can simulate and predict the situation of roof occlusion during the urban regional building planning stage.

Keywords：PV power generation；urban building roofs；occlusion between buildings；utilize potential；shadow occlusion；forecast