基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化设计方法与流程

本发明涉及工程设计领域，尤其涉及基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化设计方法。

背景技术：

1、光伏建筑一体化技术是将太阳能光伏发电系统与建筑物无缝集成，使建筑物不仅具备传统建筑功能，还能够通过太阳能发电系统产生电能。这种技术的发展对于推动可持续发展和应对能源危机具有重要意义。

2、深化光伏建筑一体化技术研究是当前非常必要的。传统光伏发电系统虽然具有一定的发电能力，但也存在一些劣势。首先，传统光伏发电系统需要通过外部安装太阳能电池板来收集太阳能，这就需要占用大量的空间，尤其是对于城市建筑而言，空间本就有限，因此安装光伏系统往往面临着困难和限制。

3、其次，传统光伏发电系统在建筑外观上与传统建筑风格不协调，这可能会影响到建筑物的整体美观性，降低了建筑的价值和吸引力。特别是对于历史建筑和文化遗产等特殊类型的建筑，传统光伏发电系统的安装可能会对建筑的保护和修复造成一定的干扰和破坏。

4、此外，传统光伏发电系统的安装也需要对建筑结构进行一定的改造，这不仅增加了施工难度和成本，还可能对建筑的结构稳定性产生一定的影响，需要额外的工程设计和施工措施。

5、申请号为cn201710130935的专利申请文件，公开了一种光伏建筑一体化布置设计方法，该方法包括：利用ecotect软件对光伏建筑进行日照数值模拟分析，并考虑太阳光的入射角，将太阳光垂直于建筑表面的日照强度作为有效日照强度，累积月有效日照强度、年有效日照强度，根据计算的建筑模型每个网格点的年有效日照强度分布情况，优化选择光伏组件在建筑模型的布置位置。该方案存在的缺陷包括：仅考虑日照强度作为优化指标可能忽略了其他重要因素，如阴影遮挡、天气变化、温度效应等，这些因素对光伏系统性能也有重要影响；未提到是否考虑了建筑本身和周围环境对光伏组件的阴影遮挡，遮挡会对光伏系统的性能产生重大影响，特别是在不同季节和时间；未提及具体的光伏组件类型，不同类型的组件(例如单晶硅、多晶硅、薄膜等)在不同条件下的性能差异很大，应该根据具体的组件类型进行优化布置。

6、因此，有必要提供一种基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化设计方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化设计方法，是通过数字化仿真模拟手段，将太阳能碲化镉薄膜光伏发电系统与建筑设计融合，这种设计方法解决了传统建筑与光伏发电系统之间的矛盾，传统光伏发电系统需外部安装，占用空间大、外观不协调、需改造建筑结构等现有技术中存在的问题。本设计方法将光伏发电组件直接作为建筑材料，发电系统成为了建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能，又具有建筑构件和建筑材料的功能，最大限度地利用建筑的外表面。

2、基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化技术的主要特点包括：通过数字化仿真模拟优化，光伏与建筑的一体化、外观一体化、结构一体化，降低工程难度和成本。

3、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化设计方法，包括：

5、s101：对建筑进行综合分析，综合分析包括太阳辐射模拟分析、全年能耗模拟分析和全年天然采光环境模拟分析，获取综合分析结果；

6、s102：基于综合分析结果，确定建筑外围护结构透明部分中玻璃和碲化镉薄膜光伏玻璃的对应参数，根据对应参数对建筑结构设计荷载进行评估，获取对应的评估报告；

7、s103：基于对应参数，使用能耗模拟软件进行全年逐时能耗分析，获取能耗数据，结合空间特点，对建筑暖通系统末端设计进行优化，并再次对全年天然采光光环境进行模拟计算，根据计算结果对室内设计进行优化；

8、s104：基于对应参数和建筑环境，利用模拟软件，计算对碲化镉薄膜光伏玻璃系统的最终发电量，获取最终发电量。

9、其中，s101步骤包括：

10、s1011：对建筑各个朝向的立面和屋面进行太阳辐射模拟分析，获取辐射模拟分析结果，辐射模拟分析结果包括太阳能利用潜在条件；

11、s1012：对建筑进行全年能耗模拟分析，获取能耗模拟分析结果，能耗模拟分析结果包括建筑外围护结构遮阳及保温需求；

12、s1013：对建筑进行初步全年天然采光光环境模拟分析，获取环境模拟分析结果，环境模拟分析结果包括建筑透明外围护结构遮阳及透光需求。

13、其中，s102步骤包括：

14、s1021：根据能耗模拟分析结果和环境模拟分析结果，权衡建筑能耗和室内光环境要求，确定建筑外围护结构透明部分的可见光透射率vlt值、太阳得热系数shgc值和传热系数k值的对应范围；

15、s1022：根据综合分析结果以及建筑外观设计特点，确定建筑外围护结构中透明部分的碲化镉薄膜光伏玻璃的对应部位和参数；

16、s1023：根据建筑外围护结构中透明部分中玻璃和碲化镉薄膜光伏玻璃的参数，对建筑结构设计荷载进行评估，若评估报告不符合设计标准，则进行对应的结构调整。

17、其中，s103步骤包括：

18、s1031：根据建筑外围护结构中透明部分中玻璃和碲化镉薄膜光伏玻璃的对应参数，对建筑进行全年能耗模拟分析；

19、s1032：根据能耗模拟分析结果对建筑暖通系统末端设计进行优化，进一步降低未来运营期的空调能耗；

20、s1033：对建筑再次进行全年天然采光光环境模拟计算，获取眩光计算结果，根据眩光计算结果对室内光环境进行优化。

21、其中，s104步骤包括：

22、s1041：根据建筑消防排烟和自然通风要求，确定建筑外围护结构中碲化镉薄膜光伏玻璃部分的可开启范围；

23、s1042：根据碲化镉薄膜光伏玻璃的对应参数确定可开启范围的安装方式；

24、s1043：基于建筑外围护结构中透明部分中碲化镉薄膜光伏玻璃的对应参数以及项目建筑周边的环境，利用模拟软件对系统最终发电量进行计算模拟分析，获取最终发电量。

25、其中，s1011步骤包括：

26、考虑项目建筑周边的环境，对项目建筑外表面太阳辐射接受量造成影响的建筑物和构筑物，根据实际情况进行同步建模；

27、对建筑各个朝向的立面和屋面进行模拟分析，计算全年太阳辐射总量、全年太阳直射辐射量、冬季全年太阳直射辐射量以及夏季全年太阳辐射总量；

28、根据模拟分析，获取太阳辐射模拟分析结果，其中，太阳辐射模拟分析结果包括评估建筑的太阳能利用潜在条件。

29、其中，s1012步骤包括：

30、使用动态建筑能耗模拟软件，根据项目建筑设计进行建模，并结合建筑目标性能，进行全年逐时能耗模拟；

31、确定项目建筑外围护结构为达到目标标准所需的保温及遮阳的设定范围内的限值参数；

32、验证现有设计是否满足目标性能的标准要求，如未满足，则调整保温材料厚度或材料选择，调整遮阳方式或遮阳构件尺寸；

33、使用动态建筑能耗模拟软件进行验证，直至达到目标标准要求，并获取能耗模拟分析结果，其中，能耗模拟分析结果包括建筑外围护结构的遮阳及保温需求。

34、其中，s1013步骤包括：

35、考虑项目建筑周边的环境，对项目建筑室内采光造成影响的建筑物和构筑物，根据实际情况进行同步建模；

36、使用静态及动态建筑光环境模拟软件，根据项目建筑设计进行建模，并结合建筑目标性能，进行典型气象日及全年动态模拟；

37、确定项目建筑外围护结构为达到目标标准所需的透光率及遮阳的设定范围内的限值参数；

38、验证现有设计是否满足目标性能的标准要求，如未满足，则调整透明外围护结构透光率、遮阳方式或遮阳构件尺寸；

39、使用动态建筑光环境模拟软件进行验证，直至达到目标标准要求，并获取环境模拟分析结果，其中，环境模拟分析结果包括建筑透明外围护结构的遮阳及透光需求。

40、其中，s1021步骤包括：

41、根据能耗模拟分析结果和环境模拟分析结果，以及项目建筑的外观设计理念，确定碲化镉薄膜光伏玻璃的对应使用部位，确保碲化镉薄膜光伏系统具备良好的太阳辐射条件；

42、并针对建筑光环境和能耗特点进行碲化镉薄膜光伏玻璃的选型，保证碲化镉薄膜光伏玻璃的可见光透射率vlt值、太阳得热系数shgc值及传热系数k值均在对应范围内，以权衡建筑能耗和室内光环境要求。

43、其中，s1042步骤包括：

44、根据碲化镉薄膜光伏玻璃部分的可开启范围，结合成本造价进行评估，确定碲化镉薄膜光伏玻璃的安装方式；

45、若可开启范围内的碲化镉薄膜光伏玻璃因条件限制无法安装线路，则保证此部分碲化镉薄膜光伏玻璃在外观上与对应部位的碲化镉薄膜光伏玻璃的协调统一。

46、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

47、基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化设计方法，包括：对建筑进行综合分析，综合分析包括太阳辐射模拟分析、全年能耗模拟分析和全年天然采光环境模拟分析，获取综合分析结果；基于综合分析结果，确定建筑外围护结构透明部分中玻璃和碲化镉薄膜光伏玻璃的对应参数，根据对应参数对建筑结构设计荷载进行评估，获取对应的评估报告；基于对应参数，使用能耗模拟软件进行全年逐时能耗分析，获取能耗数据，结合空间特点，对建筑暖通系统末端设计进行优化，并再次对全年天然采光光环境进行模拟计算，根据计算结果对室内设计进行优化；基于对应参数和建筑环境，利用模拟软件，计算对碲化镉薄膜光伏玻璃系统的最终发电量，获取最终发电量。有助于建筑在能源效率、舒适性和可持续性方面实现最佳性能，同时确保建筑的结构和外围护结构安全可靠。本设计方法将光伏发电组件直接作为建筑材料，发电系统成为了建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能，又具有建筑构件和建筑材料的功能，最大限度地利用建筑的外表面。基于数字化仿真模拟的碲化镉光伏与建筑一体化技术的主要特点包括：通过数字化仿真模拟优化，光伏与建筑的一体化、外观一体化、结构一体化，降低工程难度和成本。

48、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

49、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。