一种基于阴影辐射分析的多因素光伏设备最优化铺设方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阴影辐射分析的多因素光伏设备最优化铺设方法，包括以下步骤：获取建筑信息；依据建筑信息，对建筑表面进行阴影辐射分析，得到建筑表面中光伏设备可铺设区域；选取一组光伏设备铺设参数完成铺设方案；对方案进行评价；重复完成并评价铺设方案，直至得到最优铺设方案。本发明专利技术在光伏系统设计过程中考虑光照、天气因素、铺设条件、线路损耗、屋顶租金、改造成本及建外形筑因素等情况下，确定光伏组件的安装参数，并提出了一种基于建筑模型阴影辐射分析，以单位电能静态投资最小为目标的光伏发电设备最优铺设方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏
，具体涉及一种基于阴影辐射分析的多因素光伏设备最优化铺设方法。
技术介绍
为降低建筑的能耗，促进光伏新能源的就地使用，研发人员提出了光伏建筑一体化的思路。通过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。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。在屋顶光伏系统设计的过程中，光伏系统中影响因素包含：光照、天气因素、线路损耗、屋顶租金、改造成本等，其中光照占据了最为重要的地位。为了使得光伏组件得到充足的辐照量，需尽最大可能避免光伏组件在发电过程中的阴影，即增大光伏组件的阵列间距。虽然增大阵列间距可以避免遮挡情况的发生，但由于屋顶面积受限，阵列间距无法无限制的增加；同时，建筑屋顶存在楼梯间、栏杆等建筑外形因素，这些因素共同影响、制约着屋顶光伏系统的设计。因此，需要寻找到一个合适的光伏设备安装倾角、阵列间距及铺设阈值，以期望获得较低的单位电能的静态投资，以及较短的光伏系统回报期。实际工程中光伏阵列成排安装时，一般要求在冬至影子最长时，前后排光伏阵列之间的距离要保证当地时间上午九点到下午三点之间前排不对后排造成遮挡。经典排间距计算公式如下：sinβ＝cosδ*sinω/cosηD＝cosβ*H/tan(η)公式中：η为太阳高度角；为当地纬度；δ为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬角，为-23.5°；ω为太阳时角，上午九点的时角为45°；β为太阳方位角；H为前排阵列最高点与后排组件最低位置的高度差。现有光伏系统设计过程中，一般采用《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》中光伏阵列最佳倾角参考值或者太阳辐射量最大的理论值计算公式计算，基于最佳安装倾角参考值计算出经典排间距，然后根据建筑铺设区域得到最终铺设方案。光伏组件的安装倾角与阵列间距对屋顶光伏系统设计的影响是相互的、不可割裂的，同时影响着单位发电成本和光伏系统的回报期。这种设计方式割裂了两者的关系，所以得到的设计方案并不准确。本专利技术利用需铺设区域的建筑模型，通过专利技术中设计的优化方法，对需铺设区域在考虑影响屋顶光伏系统设计因素情况下进行对铺设方案的优化。本专利技术在光伏系统设计过程中考虑光照、天气因素、铺设条件、线路损耗、屋顶租金、改造成本及建筑外形因素等情况下，基于光伏组件的阴影辐照分析，对铺设方案进行评价，并通过调整光伏组件安装倾角、阵列间距和辐照量阈值等安装参数，最终找到最优铺设方案。本专利技术对屋顶光伏系统设计，实现了光伏屋顶的精细化设计，提高了屋顶面积的利用率，并实现了对复杂环境下的屋顶光伏系统进行阴影辐射的仿真分析，获得精确的铺设方案的全年辐照量，并综合考虑多个因素，根据评价函数自动获得最优的铺设方案。该方法相对于现有光伏系统设计方式工作更加严谨，数据更加可靠，设计方案更加精准。公开号为CN104281741A的中国专利文献公开了一种光伏组件倾角和阵列间距交叉反馈多因素综合计算方法，包括步骤如下：组件倾角初算；阵列间距初算；阵列间距优化；组件倾角优化四个步骤。提出首先计算组件倾角初值、接着基于倾角初值计算阵列间距初值、再基于间距初值计算阵列最佳间距、最后基于最佳间距计算组件最佳倾角的交叉反馈式综合计算确定光伏组件最佳倾角和阵列最佳间距方法，降低了度电成本。该方法使用预定义表格的解决方案，而表格数据是通过规则场地辐照量的一般化数据，不能适应于非规则场地的光伏优化铺设。同时，该方案并没有考虑到铺设区域租金、改造成本等因素，很难支持多影响因素下的光伏设备的优化铺设。本专利技术基于公开号为CN 104778316 A：“一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法”，依赖该专利提供的方法进行阴影辐射分析。因此，本专利技术提出一种综合考虑上述影响因素，基于建筑模型阴影辐射分析，以单位电能静态投资最小为目标的光伏发电设备最优铺设方法。
技术实现思路
本专利技术利用建筑模型，通过建筑仿真软件对优化过程中铺设方案进行数学仿真，判断需铺设区域，对需铺设区域在考虑屋顶遮挡因素、地理因素、系统成本等影响因素情况下进行铺设方案的优化，最终得到适合该区域的铺设方案。在光伏系统设计过程中考虑安装倾角、阵列间距、光照、天气因素、铺设条件、线路损耗、屋顶租金、改造成本及建筑外形因素等情况下实现了光伏屋顶的紧密化设计，提高了屋顶面积的利用率，并实现了对复杂环境下的屋顶光伏系统进行更加精确的分析，使得在屋顶有限铺设区域内，通过调整光伏设备安装倾角、阵列间距、铺设阈值等铺设参数，改变光伏设备的铺设数量，缩短光伏设备的投资回报期，达到单位电能的静态投资最小。一种基于阴影辐射分析的多影响因素光伏发电设备最优铺设方法，包括以下步骤：(1)获取建筑信息。获取需铺设区域包含光伏发电设备的建筑模型，包括该建筑模型所处地理位置、建筑形状、大小及高度等参数以及铺设区域租金、光伏设备价格等信息。建筑模型所处的地理位置属性至少包括建筑模型所处的经度、维度纬度、太阳高度角。所述的建筑模型使用的光伏设备(即光伏发电设备)可以采用各种形式的光伏设备，如，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。(2)依据步骤(1)建筑信息，对建筑表面进行阴影辐射分析，得到建筑表面中光伏设备可铺设区域。阴影辐射分析方法基于公开号为CN 104778316 A：“一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法”。依据信息模型，获得光照接收面的形状以及尺寸信息，将需铺设区域划分为若干网格，利用射线法依据该信息模型地理位置的天气等因素，对每个网格进行辐射统计分析。依据建筑表面的辐照量、天气等因素，选取合适辐射量数值作为铺设阈值，判断每个网格是否满足铺设阈值，选定建筑表面中辐射量大于阈值的点作为可铺设区域。(3)依据步骤(2)选取一组光伏设备铺设参数完成铺设方案。(4)对步骤(3)铺设方案进行阴影辐射分析。阴影辐射分析结果，由公开号为CN 104778316 A：“一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法”计算得出。(5)依据步骤(4)阴影辐射分析结果，利用评价函数对步骤(2)铺设方案进行评价。T＝{PV(G，A，U)+R+S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阴影辐射分析的多因素光伏设备最优化铺设方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取建筑信息；(2)依据步骤(1)建筑信息，对建筑表面进行阴影辐射分析，得到建筑表面中光伏设备可铺设区域；(3)依据步骤(2)选取一组光伏设备铺设参数完成铺设方案；(4)对步骤(3)铺设方案进行阴影辐射分析；(5)依据步骤(4)阴影辐射分析结果，利用评价函数对步骤(2)铺设方案进行评价；(6)记录当前最优铺设方案，重复步骤(3‑6)工作，直至满足终止条件或者迭代次数，得到全局最优铺设方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于阴影辐射分析的多因素光伏设备最优化铺设方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取建筑信息；(2)依据步骤(1)建筑信息，对建筑表面进行阴影辐射分析，得到建筑表面中光伏设备可铺设区域；(3)依据步骤(2)选取一组光伏设备铺设参数完成铺设方案；(4)对步骤(3)铺设方案进行阴影辐射分析；(5)依据步骤(4)阴影辐射分析结果，利用评价函数对步骤(2)铺设方案进行评价；(6)记录当前最优铺设方案，重复步骤(3-6)工作，直至满足终止条件或者迭代次数，得到全局最优铺设方案。2.根据权利要求1所述的基于阴影辐射分析的多影响因素光伏发电设备最优化铺设方法，其特征在于：步骤(1)中，建筑信息包括所处地地理位置、建筑形状、大小及高度参数以及铺设区域租金、光伏设备信息。3.根据权利要求1所述的基于阴影辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂宁，李俊男，
申请(专利权)人：嘉兴国电通新能源科技有限公司，浙江理工大学，桂宁，
类型：发明
国别省市：浙江;33