一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法及系统，包括以下步骤：S1：获取DEM数据文件；S2：坡度特征提取；S3：坡向特征提取；S4：光伏组件列阵间距计算；S5：布置区地形条件判断；S6：光伏布置区选取。以及实现其步骤的对应模块。基于坡度、坡向等指标信息能有助于山地光伏布置方案的优化，减少施工难度，提高施工效率，缩短建设周期。利用ArcGIS软件可制作出坡度、坡向分析图，并用不同颜色的图层表示不同的坡度、坡向值，这样可以清晰地了解地形的坡度、坡向变化，为不同坡度、坡向的土地开发利用提供规划设计依据。

An Optimal Method and System of Mountainous Photovoltaic Arrangement Scheme Based on DEM

【技术实现步骤摘要】
一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法及系统
本专利技术属于山地光伏布置
，具体涉及一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法及系统。
技术介绍
随着全球对于清洁能源的不断重视，国家相关政策的持续支持，光伏产业规模不断扩大。目前，西北地区戈壁、沙漠、滩涂等地势平坦、面积较大，光伏建设条件优越的土地资源日趋减少，依靠农业、湖泊等建设条件稍差的土地资源逐渐成为建设光伏电站的主要资源，西南地区山地、丘陵等条件较差的土地在光伏建设领域中的地位也日益上升，山地光伏电站成为光伏领域中不可或缺的光伏电站模式之一。目前，国外选择山地建设光伏电站的相对较少，已建成的山地光伏项目多数都在国内，例如云南永仁50MWp山地光伏项目、贵州威宁50MWp山地光伏项目等，但设计经验相对较少。本文通过已设计建设项目为例，利用基于数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)地形分析方法筛选出场区内地形条件相对较好的区域，对山地光伏布置方案进行进一步的优化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，包括以下步骤：S1：获取DEM数据文件中点位平面坐标数据及高程数据；S2：坡度特征提取；S3：坡向特征提取；S4：筛选光伏布置区；S5：光伏组件列阵间距计算；S6：确立光伏布置方案。进一步地，所述步骤S2中，坡度表述为空间某点的切平面与水平面的夹角，表示该点所在切平面的倾斜程度，其数学表达式为：其中，分别表示该点高差为在x,y方向上的偏导数。进一步地，所述步骤S3中，坡向表述为空间某点切平面外法线的朝向，利用ArcGIS软件在ArcGIS中提取坡向的公式为：Aspect＝Slopey/Slopex其中Aspect为坡向方位角，slopex为x方向上的坡度，slopey为y方向上的坡度。进一步地，所述步骤S4中，筛选坡度在20°以内的区域。进一步地，所述步骤S4中，筛选坡向在112.5°-247.5°之间的区域。进一步地，所述步骤S5光伏组件列阵间距计算方法包括构建方位图，方位图的方位坐标中设有需设置光伏阵列坡面的坡度以及全年照射产生最长影子时刻的太阳方位角；计算坡度在太阳方位角方向的分量、横坐标上的分量和纵坐标上的分量；基于坡度分量和相邻光伏阵列的几何关系，计算光伏阵列间距。进一步地，坡度分量的计算公式为，当时，当时，当时，其中，θ为太阳方位角，为坡向，λ为坡度，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，λ″为坡度在横坐标的分量，λ″′为坡度在纵坐标的分量。进一步地，光伏阵列间距的计算公式为，当时，D＝Lcosβ+H′[sinλ′+cosλ′/tan(α+λ′)]cosλ′cosθ当时，当时，其中，D为光伏阵列间距，θ为太阳方位角，为坡向，λ′为坡度在太阳方位角方向的分量，H′为光伏阵列竖直高度，β为光伏阵列倾斜角，L为光伏阵列倾斜面长度，α为太阳高度角。进一步地，一种基于DEM的山地光伏布置方案优化系统，包括：获取DEM数据文件中点位平面坐标数据及高程数据模块；坡度特征提取模块；坡向特征提取模块；筛选光伏布置区模块；光伏组件列阵间距计算模块；确立光伏布置方案模块。本专利技术具有的有益效果：1.基于坡度、坡向等指标信息能有助于山地光伏布置方案的优化，减少施工难度，提高施工效率，缩短建设周期。2.利用ArcGIS软件可制作出坡度、坡向分析图，并用不同颜色的图层表示不同的坡度、坡向值，这样可以清晰地了解地形的坡度、坡向变化，为不同坡度、坡向的土地开发利用提供规划设计依据。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是光伏列阵示意图；图3是本专利技术不同坡度、坡向情况下的光伏阵列间距表；图4光伏布置区坡向分布图；图5光伏布置区坡度分布图；图6为本专利技术的光伏阵列间距计算方法流程图；图7为第一种情况的方位图；图8为第一种情况光伏阵列左视图；图9为第一种情况光伏阵列后视图；图10为第二种情况的方位图；图11为第二种情况光伏阵列左视图；图12为第二种情况光伏阵列后视图；图13为第三种情况的方位图；图14为第三种情况光伏阵列左视图；图15为第三种情况光伏阵列后视图；图16为光伏阵列间距随坡向变化的走势图。附图标记：无具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，包括以下步骤：S1：获取DEM数据文件中点位平面坐标数据及高程数据；S2：坡度特征提取；S3：坡向特征提取；S4：光伏组件列阵间距计算；S5：布置区地形条件判断；S6：光伏布置区选取。地面坡度即地面在一个方向上的高程变化率。步骤S2利用ArcGIS软件可以快速计算分析得到一块地形的坡度分布图，还可以根据坡度值大小换算成颜色灰度值，用渐变的颜色简单直观地表示地面坡度变化情况。坡度可以表述为空间某点的切平面与水平面的夹角，表示该点所在切平面的倾斜程度。其数学表达式为：其中，分别表示该点高差为在x,y方向上的偏导数。坡度可以直观地表现为地表坡面的倾斜程度，坡度对山地光伏设计、施工有很大的影响，它是影响光伏阵列间距变化的一个重要因素，另外它能从侧面表现山地光伏项目的施工难度，坡度越大，施工难度越大。坡向可以表述为空间某点切平面外法线的朝向。步骤S3在ArcGIS中提取坡向的公式为：Aspect＝Slopey/Slopex其中Aspect为坡向方位角，slopex为x方向上的坡度，slopey为y方向上的坡度。ArcGIS软件中，将正北方向定义为方位角0°，以顺时针方向，每隔45°定义一个朝向，其中-22.5°～22.5°定义为北向。ArcGIS默认按照坡向方位角将坡向划分为东、南、西、北、东北、东南、西北、西南及无坡9个坡向。通常情况将南坡、东南坡、西南坡统称为阳坡，而将北坡、东北坡、西北坡统称为阴坡。山地光伏通常选择建设在阳坡，在阳坡土地资源较少的情况，可以适量选择不受山体自身阴影遮挡的阴坡。坡向是坡度变化比率最大值所在的方向，是一个重要的地形因素，关系着每一部分地球表面所接收太阳光的强弱，及接收太阳照射时间长短，也是影响光伏阵列间距变化的一个重要因素。如图2所示，山地光伏项目场区占地面积较大，一般50MW容量占地1500-2000亩。光伏场区施工要求相对较低，为保证不对山地有较大扰动，一般不会进行较大面积的场地平整工作。若山坡倾角较大，机械设备无法进场作业，施工过程中人员、设备的危险性也较高。当前国内用于光伏项目施工的山地履带式机械最大安全作业倾角不超过25°，山地轮式机械最大安全作业倾角不超过15°。在已提供的地形图区域内筛选出满足机械作业环境的土地，是每一个山地光伏项目进行中至关重要的一步。根据实际工程经验，坡度在0-5°范围内，不会因坡度问题导致施工难度增加；坡度在5-10°范围内，施工难度会有增加，相较于平地，施工机械需要考虑一定的施工安全措施；坡度在10-15°范围内，轮式机械作业较为困难，需要采取一定辅助措施或用履带式机械替代轮式机械施工作业；坡度在15°-20°范围内，人工、机械施工难度明显上升，需采取有效措施保证施工安全；坡度在20-25°范围内，基本已达到机械作业环境极限，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：获取DEM数据文件中点位平面坐标数据及高程数据；S2：坡度特征提取；S3：坡向特征提取；S4：筛选光伏布置区；S5：光伏组件列阵间距计算；S6：确立光伏布置方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：获取DEM数据文件中点位平面坐标数据及高程数据；S2：坡度特征提取；S3：坡向特征提取；S4：筛选光伏布置区；S5：光伏组件列阵间距计算；S6：确立光伏布置方案。2.根据权利要求1所述的一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，其特征在于：所述步骤S2中，坡度表述为空间某点的切平面与水平面的夹角，表示该点所在切平面的倾斜程度，其数学表达式为：其中，分别表示该点高差为在x,y方向上的偏导数。3.根据权利要求1所述的一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，其特征在于：所述步骤S3中，坡向表述为空间某点切平面外法线的朝向，利用ArcGIS软件在ArcGIS中提取坡向的公式为：Aspect＝Slopey/Slopex其中Aspect为坡向方位角，slopex为x方向上的坡度，slopey为y方向上的坡度。4.根据权利要求1所述的一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，其特征在于：所述步骤S4中，筛选坡度在20°以内的区域。5.根据权利要求4所述的一种基于DEM的山地光伏布置方案优化方法，其特征在于：所述步骤S4中，筛选坡向控制在112.5°-247.5°之间的区域。6.根据权利要求1所述的一种基于DEM的山地光伏布置方案优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春林，袁云，施俞安，高丹，陈雅子，
申请(专利权)人：南京国电南自新能源工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32