Photovoltaikprojekte werden zunehmend in Umgebungen entwickelt, in denen sich Verschattungseffekte nicht mehr mit vereinfachten Annahmen beschreiben lassen. Urbane Umgebungen, komplexe Gebäude, unebenes Gelände, nahe Infrastruktur und gemischte Landnutzung führen zu geometrischen Wechselwirkungen, die die Einstrahlungsverteilung auf PV-Systeme stark beeinflussen. In diesen Situationen sind Verschattungen nicht nur eine Quelle von Energieverlusten, sondern auch ein wesentlicher Faktor für Unsicherheiten, der direkte Auswirkungen auf Designentscheidungen, Machbarkeitsstudien und die Bankfähigkeit hat.
LuciSun bietet technische Beratung und fortschrittliche Simulationsdienste für Projekte, die von komplexen 3D-Verschattungen betroffen sind. Diese Studien werden von LuciSun-Experten unter Verwendung von LuSim als zentralem Modellierungswerkzeug durchgeführt, wodurch Verschattungseffekte explizit in drei Dimensionen analysiert werden können, wenn klassische Ansätze an ihre Grenzen stoßen.
Eine genaue Verschattungsanalyse erfordert eine explizite Darstellung aller relevanten Objekte, die die Sonneneinstrahlung behindern oder teilweise blockieren können. In LuSim werden Verschattungsquellen direkt in 3D modelliert, einschließlich Gebäude, Gelände, Vegetation, Tragstrukturen, nahe Infrastruktur und andere standortspezifische Elemente. Sowohl statische als auch dynamische Objekte können dargestellt werden, wodurch sich Verschattungsmuster im Laufe der Zeit natürlich entwickeln können, ohne auf vordefinierte Verschattungsmasken oder vereinfachte geometrische Abstraktionen angewiesen zu sein.
Dieser Ansatz ist besonders wichtig, wenn Verschattungen von komplexen oder nicht standardmäßigen Quellen herrühren, wie z. B. städtischen Umgebungen, gebäudeintegrierten PV-Systemen (BIPV) oder Infrastrukturen, die ein PV-Gelände kreuzen. Durch die Beibehaltung der vollständigen 3D-Geometrie der Szene erfasst LuSim räumliche Wechselwirkungen, die mit zweidimensionalen Projektionen oder horizontbasierten Methoden nicht dargestellt werden können.
To handle complex geometries efficiently, LuSim relies on GPU-based rasterisation techniques inspired by real-time 3D graphics. The PV scene is rendered from the point of view of the sun, and visibility between the sun and each discretised surface element is evaluated at high spatial resolution. This approach makes it possible to assess shading at the level of individual modules or sub-module regions while maintaining computational efficiency, even for large and geometrically complex scenes.
Compared to ray-tracing approaches, rasterisation provides a robust compromise between physical realism and scalability. It allows repeated visibility calculations to be performed efficiently and supports time-resolved analyses over long simulation periods, which is essential for realistic energy yield assessments in complex shading environments.
In many real-world cases, shading affects only part of a PV generator, leading to strong spatial heterogeneity in irradiance. Localised shading can trigger electrical mismatch, activate bypass diodes, and generate losses that are not proportional to the shaded area. LuSim explicitly resolves these local effects by discretising PV surfaces spatially and tracking irradiance variations across the system.
This level of detail is essential for understanding the true impact of partial shading, particularly in systems exposed to thin or distant shading objects, irregular terrain, or complex surroundings. Rather than relying on averaged shading factors, LuSim preserves local information that is critical for realistic performance assessment and design comparison.
Some shading sources vary rapidly over time and cannot be treated as static obstacles. This includes, for example, rotating elements such as wind turbine blades or other moving structures located near PV installations. These objects can cast fast-varying, partial shadows and penumbra effects that are difficult to approximate using conservative or static assumptions.
LuSim accounts for dynamic shading by explicitly updating the geometry of moving objects over time and evaluating their impact on irradiance distribution using the same 3D rasterisation framework. This makes it possible to analyse transient shading patterns and to assess their contribution to energy losses without resorting to overly pessimistic simplifications.
Thin linear objects such as power lines, cables, pylons, or similar infrastructure present a specific shading challenge. Although their physical dimensions are small, they can cast extended partial shadows that affect PV modules in a non-binary manner. These effects are highly sensitive to geometry, relative orientation, and distance, and are often poorly captured by simplified modelling approaches.
By representing such elements explicitly in 3D, LuSim allows partial shading and penumbra effects from thin objects to be evaluated realistically. This supports the assessment of localised losses and helps avoid unnecessary conservatism when shading affects only limited portions of a PV system, whether in ground-mounted plants or building-mounted installations.
Unregelmäßiges Gelände ist ein Haupttreiber für Verschattungs- und Selbstverschattungseffekte in vielen PV-Projekten. Hänge, Höhenunterschiede, Böschungen und lokale Geländemerkmale können die Sonnensichtbarkeit und die gegenseitige Verschattung zwischen Reihen erheblich verändern. LuSim behandelt das Gelände explizit in 3D und ermöglicht die Erfassung von Verschattungsinteraktionen, die durch komplexe Topographie bedingt sind, ohne die Anlage auf vereinfachte Hangparameter zu reduzieren.
Zusätzlich zu schematischen Geländemodellen kann LuSim gemessene 3D-Daten aus LiDAR- oder Drohnenvermessungen integrieren.
Diese Datensätze ermöglichen die Darstellung realer Umgebungen mit hoher geometrischer Genauigkeit, einschließlich Gelände, Vegetation und nahegelegener Objekte. Solche Darstellungen sind besonders wertvoll in frühen Projektphasen, in denen realistische Verschattungsanalysen die Machbarkeit von Layouts und die Risikoidentifizierung unterstützen können, bevor das detaillierte Engineering abgeschlossen ist.
Von LuSim berechnete Verschattungsverluste werden konsistent in die PV-Energieertragsmodellierungskette integriert. Direkte, diffuse und reflektierte Einstrahlungskomponenten werden im Beisein komplexer Verschattung kohärent bewertet und ihre Auswirkungen auf die elektrische Leistung anhand validierter PV-Leistungsmodelle beurteilt. Dies stellt sicher, dass Verschattungseffekte realistisch in die jährlichen Energieertragsschätzungen einfließen, ohne auf festen Verlustannahmen oder übermäßig konservativen Korrekturfaktoren zu beruhen.
The complex 3D shading approaches implemented in LuSim are routinely applied in LuciSun’s technical advisory studies, covering a wide range of real-world situations. These include utility-scale PV plants, building-integrated PV (BIPV) systems, vertical PV installations, hybrid wind–PV environments, and projects affected by complex surroundings or infrastructure constraints. The methodology has also been validated within the European Horizon Europe research project SERENDI-PV, through collaborative benchmarking and application to real installations, supporting confidence in its robustness and applicability.
Accurate modelling of complex 3D shading is not an end in itself. Its primary value lies in supporting informed technical and financial decisions when simplified assumptions are no longer sufficient.
By providing spatially and temporally resolved insight into shading mechanisms, LuSim enables LuciSun’s advisory studies to compare design options, identify mitigation strategies, and assess uncertainty in challenging project contexts where shading plays a critical role.
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