基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法

本发明属于光伏产能潜力分布图谱绘制，具体涉及一种基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法。

背景技术：

1、现有的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法缺少针对城市真实建筑形态的数据获取，缺少对于不同类型光伏板在不同辐射资源的地区中的适宜安装条件参数的考虑。现有技术完成的光伏潜力图谱中，以光伏潜力的发电潜力量为主要数据，生成以城市片区划分的特征地图，可展示不同潜力城市片区在平面中的分布。但潜力总量数据对于城市光伏应用推广参考意义有限，复杂的建筑环境中建筑相互遮挡，造成数据不准，精度不高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，包括以下步骤：

4、s1：数据采集：采集用于城市或城市片区建筑物理模型建模的建筑平面数据、建筑高度数据、建筑功能类型，以及城市天气数据文件、不同类型光伏板的信息参数、城市光伏发电的上网电价；

5、s2：参数化建模：利用参数化的建模平台，构建城市尺度的城市建筑物理模型；

6、s3：根据建筑物理模型参与辐射模拟所需的外立面材料参数对构建的模型进行赋值与模拟，获取整体片区的建筑外立面光伏板所获取的太阳辐射量；

7、s4：计算考虑不同类型光伏板考虑弱光性与经济性下的辐射阈值，基于此筛选并计算城市片区中不同建筑外表面的光伏适宜空间分布位置与面积比例数据；

8、s5：计算筛选后的建筑光伏适宜空间在考虑建筑外表面可安装因子的光伏发电潜力数据；

9、s6：基于建模平台绘制可视化的城市建筑分布式光伏数量分布与空间分布两类特征信息的潜力图谱。

10、进一步，步骤s1中所述数据采集具体包括：在osm地图平台下载导出选定片区的数据信息并转换成shp格式，文件中包括建筑平面线框、建筑高度信息、建筑功能类型信息；其中建筑平面线框代表的是建筑的平面形态与在场地中的位置分布，建筑高度信息为建筑层数信息，通过建筑类型设定统一的建筑层高，计算为建筑高度信息。

11、进一步，步骤s2中的参数化建模具体包括以下步骤：

12、在参数化建模平台rhino上进行建筑模型构建、辐射数据模拟、数据计算与可视化、城市图谱绘制；其中部分计算、可视化图例通过平台自带的grasshopper平台相关插件完成；建筑的几何模型通过平面信息与高度控制，构建仅包括基础几何形态特征的建筑模型；建筑信息包括建筑基础几何平面轮廓、面宽、进深、建筑层数、建筑高度、建筑功能。

13、进一步，步骤s3中输入的辐射模拟所需要的参数包括：建筑外表面测点、建筑遮挡环境、模拟精度、建筑外表面材料反射系数，其中材料的反射率按照建筑体积权重计算整体城市片区的平均反射率；模拟所需的天气文件为通过互联网下载的不同城市的epw文件。

14、进一步，步骤s4中不同类型的光伏板辐射阈值计算公示如下：

15、

16、cb＝cc×pa×(1+d×n)

17、其中，光伏板的相关参数通过调研各个厂家光伏板产品报告书中的材料信息获取，包括：cc为光伏安装成本、pa为光伏组件功率密度、d为光伏板年系统维护系数、n为系统生命周期、a为光伏组件效率、k为综合效率系数、ca为光伏发电上网电价、b为系统衰减率；t为考虑经济性的辐射阈值，cb为全生命周期光伏系统装机成本；

18、基于模拟获取的建筑外表面辐射数据，再依据选定光伏板弱光性导致的正常发电的最低辐射量，通过阈值筛选从经济性与弱光性两方面考虑下的光伏适宜空间分布，以及年累计太阳辐射总量。

19、进一步，步骤s5中城市片区分栋的光伏发电潜力数据，具体为计算发电量，公式如下：

20、e＝y×s×a×k×(1-b)n-1

21、其中，e代表光伏板年发电总量潜力、y为年累计太阳辐射量、s为光伏适宜空间面积、a为光伏组件效率、k为综合效率系数、b为系统衰减率。

22、进一步，步骤s6中需要可视化生成的图谱信息包括：

23、二维平面可视化的建筑外表面分布式光伏潜力总量分布彩图图示；

24、二位平面可视化的分栋建筑外表面光伏适宜空间在总面积占比彩图图示；

25、三维立体可视化的建筑外表面光伏适宜空间分布空间位置分布图示。

26、本发明的有益效果在于：本发明建立的城市光伏图谱基于真实城市街区平面信息与高度信息建立贴近真实城市建筑环境的物理模型获取模拟数据，相关信息的获取均来源于开源的地图数据，整体方法可在不同城市中应用推广；本发明从光伏板的弱光性与安装的经济性考虑，归纳适用于不同地区的辐射阈值计算方法，基于阈值在图谱中额外提供建筑光伏适宜空间的分布特征数据，空间分布特征便于相关人员基于总量数据开展城市片区光伏应用规划；本图谱绘制方法中额外增加了城市建筑分布式光伏空间分布特征信息。

27、本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：步骤s1中所述数据采集具体包括：在osm地图平台下载导出选定片区的数据信息并转换成shp格式，文件中包括建筑平面线框、建筑高度信息、建筑功能类型信息；其中建筑平面线框代表的是建筑的平面形态与在场地中的位置分布，建筑高度信息为建筑层数信息，通过建筑类型设定统一的建筑层高，计算为建筑高度信息。

3.根据权利要求1所述的基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：步骤s2中的参数化建模具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：步骤s3中输入的辐射模拟所需要的参数包括：建筑外表面测点、建筑遮挡环境、模拟精度、建筑外表面材料反射系数，其中材料的反射率按照建筑体积权重计算整体城市片区的平均反射率；模拟所需的天气文件为通过互联网下载的不同城市的epw文件。

5.根据权利要求1所述的基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：步骤s4中不同类型的光伏板辐射阈值计算公示如下：

6.根据权利要求1所述的基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：步骤s5中城市片区分栋的光伏发电潜力数据，具体为计算发电量，公式如下：

7.根据权利要求1所述的基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，其特征在于：步骤s6中需要可视化生成的图谱信息包括：

技术总结
本发明公开了一种基于建筑物理模型的城市街区光伏产能潜力分布图谱绘制方法，属于光伏产能潜力分布图谱绘制技术领域，包括以下步骤：采集用于城市或城市片区建筑物理模型建模的数据；利用参数化的建模平台，构建城市尺度的城市建筑物理模型；对构建的模型进行赋值与模拟，获取整体片区的建筑外立面光伏板所获取的太阳辐射量；计算考虑不同类型光伏板考虑弱光性与经济性下的辐射阈值，筛选并计算城市片区中不同建筑外表面的光伏适宜空间分布位置与面积比例数据；计算筛选后的建筑光伏适宜空间在考虑建筑外表面可安装因子的光伏发电潜力数据；基于建模平台绘制可视化的城市建筑分布式光伏数量分布与空间分布两类特征信息的潜力图谱。

技术研发人员：廖维,徐燊,桑梦城,沈念俊,崔国游,吴玉杰,李辉,陈淑琴,何秋国
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17