一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，包括以下步骤：建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理位置，以及该地理位置的全年太阳位置；依据建筑模型所处地理位置以及光伏发电设备参数，得到的光伏发电设备的光照接收面；将光照接收面划分为若干网格，逐时间片判断每个网格是否被障碍物遮挡；统计网格的太阳辐射强度，得到光伏发电设备的太阳辐射数据。本发明专利技术针对建筑模型中的光伏发电设备，对其表面进行细粒度的划分，计算未受到障碍物遮挡下的辐射量，根据这些分析结果，可以快速有效的确定光伏设备的安装位置，同时也可对已设计的光伏发电设备进行模拟分析，评估系统的发电性能，进行优化改进。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏
，具体涉及一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法。
技术介绍
BIM是Building Information Modeling的缩写，中文一般译为建筑信息模型，以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。自2002年以来，国际建筑行业兴起了围绕BIM为核心的建筑信息化应用，BIM已经成为了建筑行业的标准。为了降低建筑的能耗，提出了光伏建筑一体化，将建筑与光伏相结合，使建筑从过去单纯的用电体变成发用电综合体。光伏在建筑上的具体应用形式有：光伏屋顶、光伏瓦、光伏幕墙、光伏遮阳板、建筑屋顶支架安装光伏、建筑立面支架安装光伏等。光伏与建筑的集成不仅减少了土地资源的浪费，还能就地发电，就地用电，大大提高了光伏发电的利用效率。但是，阴影对光伏的发电性能有严重影响，由于太阳能电池板自身的特性，当电池板受到部分遮挡时，轻则降低自身和整串光伏板的输出功率，重则烧毁光伏板。造成阴影的主要原因有建筑自身遮挡和建筑周围环境中的高大物体遮挡。此外，光伏表面接收到的太阳辐射强弱决定了光伏的发电能力，因此在光伏建筑的设计过程中需对光伏发电设备进行阴影和辐射的协同分析。然而，现有技术中，基于建筑信息模型的光伏发电设备阴影和辐射的协同分析还不完善，侧重于建筑规划设计的软件缺乏对光伏发电设备的阴影和辐射分析的支持；侧重于建筑性能分析的软件无法进行光伏建筑的规划设计，换言之，设计类软件与分析类软件相互独立，使得光伏建筑在设计阶段无法为光伏的设计提供有力的数据分析，无法设计出高效的光伏系统。公开号为CN 103440526A的中国专利文献公开了一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置，其中方法包括以下步骤：确定光伏应用形式；得到光伏构件的辐射分析模型；计算光伏构件的逐时太阳辐射量；转换为实际产生的逐时电量后预测待匹配建筑的发电分布。该专利技术未考虑到光伏发电设备周围的环境对其造成的阴影遮挡，预测结果与实际值有一定误差。在实际使用中，阴影对于光伏板的发电性能有着较大影响，有光数据显示，当光伏板遮挡面积超过1/2时，输出功率下降为额定值的1％。公开号为CN 102163341B的中国专利文献公开了一种通过阴影分析建立太阳能电站模型的方法，包括以下步骤：地形数据、障碍物数据以及太阳能组件数据的采集；阴影分布图的绘制；太阳能电站初始模型的建立；模型建立后的阴影分析计算。该专利技术主要适用于基于地平面的光伏电站设计，无法适用于包括水平面、垂直平面、曲面等表面情况复杂的光伏建筑设计。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，能够对建筑上的光伏发电设备进行全年的阴影分析，并计算依据阴影分析的结果进行全年的太阳辐射量分析，利用阴影分析以及全年的太阳辐射量分析的结果，指导建筑物表面的光伏发电设备的安装，也可以对已设计的光伏发电设备进行阴影分析以及全年的太阳辐射量分析，评估光伏发电设备的使用性能。一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，包括以下步骤：(1)建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理位置，以及该地理位置的全年太阳位置。所述的光伏发电设备可以采用现有技术中各种形式的光伏设备，例如，光伏板、光伏瓦、幕墙光伏板以及雨棚光伏板等。所处地理位置依据建筑模型所在的经度和纬度确定，地理位置可以从建筑模型中获取，也可以手动设定。全年太阳位置，也即全年所有时段的太阳光线矢量数据，作为优选，获取地理位置的全年太阳位置的步骤如下：1-1、依据如下公式计算赤纬角δ(n)： δ ( n ) = 23.45 * sin ( 360 * n - 81 365 ) ]]>1-2、依据如下公式计算太阳高度角α(nt)：1-3、依据如下公式计算太阳方位角μ(nt)：1-4、依据如下公式计算太阳在空间中的位置矢量(x(nt)，y(nt)，z(nt))；x(nt)＝cosα(nt)sinμ(nt)y(nt)＝cosα(nt)cosμ(nt)z(nt)＝sinα(nt)各式中：n为年积日；为建筑模型所在的地理纬度；t为当日的时间片的编号；τ(t)为太阳时角。(2)依据建筑模型所处地理位置以及光伏发电设备参数，得到光伏发电设备的光照接收面。光伏发电设备参数，以光伏板为例，包括光伏板的面积、倾斜方向、以及倾斜角度等信息，依据这些信息和建筑模型所处的地理位置，判断出光伏发电设备中有效的光照接收面。光照接收面确定后，可以相应地获得光照接收面的形状以及尺寸信息，用于后续的计算。(3)将光照接收面划分为若干网格，逐时间片判断每个网格是否被障碍物遮挡；如果网格没有被障碍物遮挡，则计算该网格的太阳辐射强度；如果网格被障碍物遮挡，则该网格的太阳辐射强度为零。为了便于计算，各个网格为尺寸相同的矩形，通过指定网格的长和宽，来限定网格大小，网格大小可以根据辐射分析的精度进行选择。建筑模型中包括障碍物相关信息，障碍物可以是建筑所处环境中的任何实体物质，例如，光伏板、周围建筑群、周边地形、树木和室外广告牌等，建筑自身的构件也可能构成障碍物，障碍物相关信息包括障碍物的尺寸、高度、形状和位置等数据。时间片，也即时间段，将一段连续的时间划分为等时长的若干片段，每个片段为一个时间片，例如，将每天划分为24个时间片，每个时间片的时长为1h，前一时间片的结束时刻即为下一时间片的开始时刻。依据各网格的三维坐标和全年太阳位置，利用射线法逐时间片判断每个网格是否被障碍物遮挡，也即判断每个网格在每个时间片内是否被遮挡。依据下式计算每个网格的太阳辐射强度：H(ijnt)＝Ibc(ijnt)+Idc(ijnt)+Irc(ijnt)式中：i为光照接收面的编号；n为年积日；t为当日的时间片的编号；j为光照接收面上的网格编号；Ibc为每个网格面上的太阳直射辐射强度；Idc为每个网格面上的太阳散射辐射强度；Irc为每个网格面上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理位置，以及该地理位置的全年太阳位置；(2)依据建筑模型所处地理位置以及光伏发电设备参数，得到光伏发电设备的光照接收面；(3)将光照接收面划分为若干网格，逐时间片判断每个网格是否被障碍物遮挡；如果网格没有被障碍物遮挡，则计算该网格的太阳辐射强度；如果网格被障碍物遮挡，则该网格的太阳辐射强度为零；(4)统计网格的太阳辐射强度，得到光伏发电设备的太阳辐射数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在
于，包括以下步骤：
(1)建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理
位置，以及该地理位置的全年太阳位置；
(2)依据建筑模型所处地理位置以及光伏发电设备参数，得到光伏
发电设备的光照接收面；
(3)将光照接收面划分为若干网格，逐时间片判断每个网格是否被
障碍物遮挡；
如果网格没有被障碍物遮挡，则计算该网格的太阳辐射强度；
如果网格被障碍物遮挡，则该网格的太阳辐射强度为零；
(4)统计网格的太阳辐射强度，得到光伏发电设备的太阳辐射数据。
2.如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方
法，其特征在于，步骤(1)中获取地理位置的全年太阳位置的步骤如下：
1-1、依据如下公式计算赤纬角δ(n)：
δ ( n ) = 23.45 * sin ( 360 * n - 81 365 ) ]]>1-2、依据如下公式计算太阳高度角α(nt)：
1-3、依据如下公式计算太阳方位角μ(nt)：
1-4、依据如下公式计算太阳在空间中的位置矢量(x(nt)，y(nt)，z(nt))；
x(nt)＝cosα(nt)sinμ(nt)y(nt)＝cosα(nt)cosμ(nt)z(nt)＝sinα(nt)各式中：
n为年积日；
为建筑模型所在的地理纬度；
t为当日的时间片的编号；
τ(t)为太阳时角。
3.如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方
法，其特征在于，步骤(3)中，依据下式计算每个网格的太阳辐射强度：
H(ijnt)＝Ibc(ijnt)+Idc(ijnt)+Irc(ijnt)式中：i为光照接收面的编号；
n为年积日；
t为当日的时间片的编号；
j为光照接收面上的网格编号；
Ibc为每个网格面上的太阳直射辐射强度；
Idc为每个网格面上...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂宁，何侃，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33