光伏农业大棚太阳辐照度分析方法技术

一种光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，包括如下步骤：S1，对光伏农业大棚进行三维建模，并设置透光率和反射率，获得空间特征；S3，根据光伏农业大棚空间特征和当地太阳轨迹进行建模，获得太阳直接辐射特征；S5，对光伏农业大棚的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；S7，将所述太阳直接辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述种植区域随时间变化的太阳辐照分布规律，并根据所述太阳辐照分布规律对种植区域的种植结构进行优化布局。本发明专利技术提供的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法将日照和阴影的变化视为连续的过程来模拟，并充分考虑种植区域的需求进行应用，可以有效提高在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面的分析能力。

Analysis method of solar irradiance of photovoltaic agricultural greenhouse

【技术实现步骤摘要】
光伏农业大棚太阳辐照度分析方法
本专利技术涉及设施农业领域，尤其涉及一种光伏农业大棚太阳辐照度分析方法。
技术介绍
目前，对光伏农业大棚内种植区的太阳辐照度进行分析时，主要有日照图标、棒影图、冬至日正午太阳高度角以及建筑阴影等方法。这些方法的主要特点包括：通过利用CAD类型程序来产生农业大棚空间布局，然后利用该空间布局对大棚内的种植区域所吸收的太阳直接辐辐照度进行估算；与此同时，根据光伏组件的排布情况生成遮挡轮廓线，对于阴影遮挡部分的种植区域进行动态估算。这些分析方法，没有考虑散射辐射、遮挡物和地面的反射辐射，无法满足对种植区域太阳总辐照的精确估算要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术不足，提供一种光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，可以精确估算种植区域的太阳总辐照。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是，包括如下步骤：S1，对光伏农业大棚进行三维建模，并设置透光率和反射率，获得空间特征；S3，根据光伏农业大棚空间特征和当地太阳轨迹进行建模，获得太阳直接辐射特征；S5，对光伏农业大棚的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；S7，将所述太阳直接辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述种植区域随时间变化的太阳辐照分布规律，并根据所述太阳辐照分布规律对种植区域的种植结构进行优化布局。进一步地，步骤S3中，分析太阳直接辐射在受到光伏组件遮挡后的模拟与分布，获得所述太阳辐射特征。进一步地，步骤S3中，对光伏农业大棚空间进行太阳辐射分析包括辐射差异性分析和强光伤害区分析。进一步地，步骤S3中，将光伏农业大棚中的种植区地表矢量数据转化为一个连续的栅格面，以所述光伏组件的高度信息作为栅格数据的Value值，利用ARCGIS9.3中的SolarRadiation模块对种植区域的太阳辐射分布进行计算模拟。进一步地，步骤S5中，对所述种植区域的阴影区域进行计算和模拟包括阴影遮挡分析、阴影变化分析和阴影范围分析。进一步地，步骤S5中，在进行阴影范围分析时，将时间划分为微分单元，假定在单位时间内阴影不变，再根据遮挡条件和太阳辐射来进行积分，累计计算出阴影的遮挡时间。相对于现有技术，本专利技术提供的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法将日照和阴影的变化视为连续的过程来模拟，并充分考虑种植区域的需求进行应用，可以有效提高在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面的分析能力。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法的流程图；图2为图1所示光伏农业大棚太阳辐照度分析方法的原理图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。如图1，本实施例提供的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，包括如下步骤：S1，对光伏农业大棚进行三维建模，并设置透光率和反射率，获得空间特征。结合地理位置、季节、时间来判断太阳运动位置及其轨迹，在三维空间特征基础上进行分析。本实施例中，太阳运动位置的计算可以用公式表示为：式中，代表光伏农业大棚所在地的地理纬度；式中，τ为一天中地球自转在不同时刻的时角；式中，δ为太赤纬度，代表太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角；式中，Hs为太阳高度角，太阳光线与地平面间的夹角；式中，As为太阳方位角，即太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线的夹角。S3，根据光伏农业大棚空间特征和当地太阳轨迹进行建模，获得太阳直接辐射特征。日照物理环境最直接地表现为太阳辐射和光伏组件阴影，太阳辐射的强度和时间直接影响到局部空气温度和体感舒适度，以及植物的生长环境。针对某些无遮挡的强光区域，在夏季太阳辐射高度集中时可能对植被及人体带来强光伤害。本实施例中，主要分析太阳直接辐射在受到光伏组件的遮挡后的模拟与分布，获得太阳辐射特征。请一并参阅图2，优选地，所述太阳辐射特征包括辐射差异性和强光伤害区。由此，对光伏农业大棚进行太阳辐射的分析，包括辐射差异性分析和强光伤害区分析。具体地，将光伏农业大棚中的种植区地表矢量数据转化为一个连续的栅格面，以所述光伏组件的高度信息作为栅格数据的Value值，利用ARCGIS9.3中的SolarRadiation模块对种植区域的太阳辐射分布进行计算模拟。模拟计算时，地理位置以当地纬度为依据，分别取某一天不同的时间段和一年当中不同的季节对此进行分析模拟显示。S5，对光伏农业大棚的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征。物体产生的阴影分为两部分，一部分是物体因自身遮挡而不能受光的某些面产生的物体自身的阴影，另一部分是针对其他物体而言，因前面的物体遮挡了光线使后面的物体不能受到太阳光照射而形成的投射产生的阴影。阴影的产生是因为遮挡物的存在，对于光伏农业大棚来说，它的日照阴影变化是随时间、地理位置、季节的变化以及周围的环境的不同而变化的。因此，阴影的模拟应该是动态的过程，而非大多应用中采用的某些理想时刻的定值。请一并参阅图2，本实施例中，所述阴影特征包括阴影遮挡、阴影变化和阴影范围，即对所述光伏农业大棚的阴影区域进行计算和模拟包括阴影遮挡分析、阴影变化分析和阴影范围分析。具体地，本实施例在进行阴影范围分析时，将时间划分为微分单元，假定在单位时间内，阴影不变，再根据遮挡条件和太阳辐射来进行积分，累计计算出阴影的遮挡时间数。特定区域的阴影是一个随时间产生变化的量，随太阳高度角的升高而减小，阴影的影响范围便可以由阴影的长度差和方位差近似计算。在得到阴影的遮挡范围和时间变化特征以后，仍然需要进一步明确阴影区域影响的强弱程度才能判断对植被的影响，阴影遮挡分析可以将时间划分为连续的单元值，在每一时间单元内，将阴影的变化进行模拟，再进行判断累计，进行二次积分，最终获得阴影特征。S7，将所述太阳直接辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述种植区域随时间变化的太阳辐照分布规律，并根据所述太阳辐照分布规律对种植区域的种植结构进行优化布局。考虑各种植物对光照和温度的需求程度，通过分析光伏农业大棚的空间分布特征及日变化情况，就可以对种植区域进行种类及位置的优化布局。相对于现有技术，本专利技术提供的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法将日照和阴影的变化视为连续的过程来模拟，并充分考虑地表植被的需求进行应用，可以有效提高在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面的分析能力。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，其技术特征是，包括如下步骤：/nS1，对光伏农业大棚进行三维建模，并设置透光率和反射率，获得空间特征；/nS3，根据光伏农业大棚空间特征和当地太阳轨迹进行建模，获得太阳直接辐射特征；/nS5，对光伏农业大棚的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；/nS7，将所述太阳直接辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述种植区域随时间变化的太阳辐照分布规律，并根据所述太阳辐照分布规律对种植区域的种植结构进行优化布局。/n

【技术特征摘要】
1.光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，其技术特征是，包括如下步骤：
S1，对光伏农业大棚进行三维建模，并设置透光率和反射率，获得空间特征；
S3，根据光伏农业大棚空间特征和当地太阳轨迹进行建模，获得太阳直接辐射特征；
S5，对光伏农业大棚的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；
S7，将所述太阳直接辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述种植区域随时间变化的太阳辐照分布规律，并根据所述太阳辐照分布规律对种植区域的种植结构进行优化布局。


2.如权利要求1所述的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，其技术特征是：步骤S3中，分析太阳直接辐射在受到光伏组件遮挡后的模拟与分布，获得所述太阳辐射特征。


3.如权利要求1所述的光伏农业大棚太阳辐照度分析方法，其技术特征是：步骤S3中，对光伏农业大棚空间进行太阳辐射分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩利生，陈铁军，臧俊霖，
申请(专利权)人：安徽科华绿色农业光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34