一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法与流程

本发明属于公路交通与太阳能光伏发电能源融合，具体涉及一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法。

背景技术：

1、目前在道路交通领域，光伏发电多应用在服务区、道路中分带、路侧边坡、隧道进出口等位置。道路光伏发电项目在规划阶段，需要根据项目所处地区的太阳能资源条件，选择合适的位置安装太阳能光伏阵列。太阳能光伏组件一般包含透光性较好的前盖钢化玻璃，用于保护太阳能电池片。这种结构在外部光源照射时会产生明显的炫光现象，对周边环境造成光污染，更对交通安全造成潜在不利影响。即使采用抗反射涂层(增透膜)，也无法直接消除这种影响。如何在光伏电站选址时，考虑光伏带来的炫光影响很有必要。

2、路侧尤其是直线路段位置安装的光伏组件，在日照下可能形成一定间距的反射光源，由于人眼具有视觉暂留效应，当该光源相对人眼快速移动时，将在驾驶员的视网膜保留该物体的像并通过视觉神经传入大脑皮层形成视觉形象，在该光源消失后，还将保留大约0.1秒。当光源对驾驶员在行车视野区间可见时，如果光伏组件安装间距使得反射光源相对行车速度形成的频闪频率在2.5hz～15hz，将会造成高亮度的光源在人的视网膜中迅速成像随即消失，这种频闪效应产生的炫光，不会降低视觉效果和可见度，属于不舒适炫光，会引发驾驶员烦躁、紧张、焦虑短暂的情绪反映，从而影响驾驶安全。

技术实现思路

1、针对在道路场景应用光伏发电可能产生的炫光影响，本发明的目的在于提供了一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，在选址阶段进行全面的炫光影响分析，在理论上可以识别所有产生不利炫光影响的安装位置，为路侧光伏项目在规划阶段的选址设计提供有益参考。

2、为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，实现在路侧光伏安装规划阶段对炫光危害影响进行识别，识别的内容包括炫光影响范围、持续时间、危害程度，具体包括以下过程：

4、s1、根据拟定的光伏方阵的安装位置和布置方式，得到每一个光伏组件的顶点空间位置坐标(经纬度和高程)。根据光伏方阵所在位置经纬度和所在时区，计算分析每日太阳运动路径，包括太阳高度角和太阳方位角。通过所在地区或邻近地区的参考气象站，得到总辐射量、直射辐射量、散射辐射量、最大辐照度等实测时间序列数据；

5、s2、如果光伏方阵采用固定式布置，根据月均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度等条件，计算最佳倾角和方位角，包括年度最佳倾角和方位角、季度最佳倾角和方位角、月度最佳倾角和方位角。对于并网光伏发电系统，最佳倾角应使得光伏方阵倾斜面上的全年辐射量最大。对于独立光伏发电系统，最佳倾角应使得光伏方阵的最低辐照度月份倾斜面上受到辐射量较大；

6、根据光伏方阵的最佳安装方位角和高度角，计算不同月份不同时刻光伏阵列的反射光线的方位角和高度角；

7、如果光伏方阵采用跟踪式布置，则根据单轴跟踪、双轴跟踪等不同跟踪系统的跟踪角度变化范围，计算确定反射光线的方位角(此时入射角为零度，反射光线高度角等于太阳高度角)；

8、s3、静态炫光计算：在步骤s2中计算的反射光线范围内，分析反射光线方位角和高度角覆盖的空间范围与相邻道路的空间位置关系，对受影响范围内的道路段落，根据行车道位置和方向，以一定的间距设置观察点，得到一条或多条观察路径；对不同观察路径上的不同观察点上计算驾驶人员可能产生的炫光影响，主要包括视网膜辐照度和炫光源对应的角度；在不同观察点，分析不同季节日出至日落期间不同时刻道路驾驶人员可以感受到的光伏面板反射的炫光强度变化和持续时间；遍历当前路径上的所有观察点，完成计算后，计算下一条观察路径上的所有观察点，直至完成所有观察点处的炫光影响计算；根据静态炫光评价方法，分析各观察路径上的炫光时空分布情况；

9、所述的“静态炫光评价方法”是通过计算炫光评价指标，然后根据指标的数值大小，确定影响程度；

10、s4、动态炫光计算：沿着产生炫光影响的观察路径，分析在不同行驶速度、不同光伏组件安装间距情形下的频闪效应；考虑驾驶员的人眼动态视觉特点，即车辆行驶过程中，驾驶员的视野将会随着车速提高而逐渐变窄，计算当行驶速度介于道路最低限速和最高限速之间，驾驶员是否感受到不舒适的频闪效应；

11、s5、根据观察点的炫光影响程度分析结果，包括静态炫光影响分级和持续时间、是否产生频闪效应等，确定是否调整光伏组件安装倾角或相邻组件间距，并找到不产生炫光危害的临界倾斜角度；

12、s6、比较临界倾斜角度和最佳安装倾角对光伏组件倾斜面接收太阳辐射量，如果辐射量差异小于设定值(例如5％)，则接受该调整角度，否则采取消除影响措施，或将对应安装位置标注为不合适，继续寻找合适的安装位置；

13、s7、对各观察路径所有观察点完成炫光影响分析评价，给出不产生炫光危害影响的推荐安装位置。

14、可选地，所述的观察路径，可以是任意一条行驶方向上可以观察到光伏方阵的车道，也可以为路侧服务区的建筑群；通过分析光伏方阵所处的位置与路网的几何关系，初步判断可能受到影响的道路或建筑物。

15、可选地，所述的观察点可遵循以下原则设置：沿着道路行驶方向，视点高度1.2米(以小汽车为例)或2.4m(以卡车为例)，判断驾驶员视野范围内是否观察到光伏方阵，如果可以，则可标记为观察点并编号，观察点之间的距离并无限制，视野范围内因障碍物遮挡光伏方阵不可见，则无需设置观察点；直线路段由于走向固定，可加大间距，曲线路段则可以减小间距。

16、可选地，所述光伏方阵安装方式为固定式布置时，假设在曲线路段支架倾斜角度与光伏组件倾斜角β采用的月度最佳倾斜角βopt相等，光伏组件方位角φ和支架采用的方位角相等，均与曲线路段坡面或路面中心线的方位角一致；已知太阳高度角为α，方位角为θ，光伏组件面板的倾斜角为β，方位角为φ，阳光经光伏组件反射后的反射光线方向的单位向量按方程式(15)计算：

17、

18、其中，mt是m的转置矩阵，矩阵m和表达式如下：

19、

20、

21、表示光伏组件倾斜面外法向单位向量，表示入射光线方向的单位向量，和分量表达式如下：

22、nx＝sinβsinφ

23、ny＝sinβcosφ

24、nz＝cosβ

25、kx＝cos(-α)cos(270°-θ)

26、ky＝cos(-α)sin(270°-θ)

27、kz＝sin(-α)

28、求出反射光线方向的单位向量后，将其从笛卡尔向量转换到水平坐标系，得到反射光线的高度角η和方位角ψ：

29、η＝arcsin(qz) (16)

30、ψ＝arctan(qx/qy) (17)

31、计算出反射光线的方向后，确定太阳光经光伏方阵反射后的影响范围。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、(1)本发明可以指导设计，避免前期忽略炫光或考虑不够全面带来的潜在安全隐患。

34、(2)通过引入对静态和动态炫光的分析，可以考虑炫光对建筑物内的人员、车辆驾驶员等光伏发电系统影响炫光影响范围内的对象的影响，全面评价路侧光伏安装造成的环境影响。

35、(3)在规划阶段不需要实地进行现场试验，根据公开的地形地貌信息和路网数据，通过理论计算即可获知路侧光伏产生的炫光影响并作出有效评价。

36、(4)为曲线路段安装分布式光伏发电系统提供选址指导，提高闲置土地利用率。