一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射 分析方法。
【背景技术】
[0002] BIM是Building Information Modeling的缩写，中文一般译为建筑信息模型，以 建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模 拟建筑物所具有的真实信息。自2002年以来，国际建筑行业兴起了围绕BIM为核心的建筑 信息化应用，BM已经成为了建筑行业的标准。
[0003] 为了降低建筑的能耗，提出了光伏建筑一体化，将建筑与光伏相结合，使建筑从过 去单纯的用电体变成发用电综合体。光伏在建筑上的具体应用形式有：光伏屋顶、光伏瓦、 光伏幕墙、光伏遮阳板、建筑屋顶支架安装光伏、建筑立面支架安装光伏等。
[0004] 光伏与建筑的集成不仅减少了土地资源的浪费，还能就地发电，就地用电，大大提 高了光伏发电的利用效率。但是，阴影对光伏的发电性能有严重影响，由于太阳能电池板自 身的特性，当电池板受到部分遮挡时，轻则降低自身和整串光伏板的输出功率，重则烧毁光 伏板。
[0005] 造成阴影的主要原因有建筑自身遮挡和建筑周围环境中的高大物体遮挡。此外， 光伏表面接收到的太阳辐射强弱决定了光伏的发电能力，因此在光伏建筑的设计过程中需 对光伏发电设备进行阴影和辐射的协同分析。
[0006] 然而，现有技术中，基于建筑信息模型的光伏发电设备阴影和辐射的协同分析还 不完善，侧重于建筑规划设计的软件缺乏对光伏发电设备的阴影和辐射分析的支持；侧重 于建筑性能分析的软件无法进行光伏建筑的规划设计，换言之，设计类软件与分析类软件 相互独立，使得光伏建筑在设计阶段无法为光伏的设计提供有力的数据分析，无法设计出 高效的光伏系统。
[0007][0008] 该发明未考虑到光伏发电设备周围的环境对其造成的阴影遮挡，预测结果与实际 值有一定误差。在实际使用中，阴影对于光伏板的发电性能有着较大影响，有光数据显示， 当光伏板遮挡面积超过1/2时，输出功率下降为额定值的1%。
[0009][0010] 该发明主要适用于基于地平面的光伏电站设计，无法适用于包括水平面、垂直平 面、曲面等表面情况复杂的光伏建筑设计。
【发明内容】
toon] 本发明提供了一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，能够对建筑 上的光伏发电设备进行全年的阴影分析，并计算依据阴影分析的结果进行全年的太阳辐射 量分析，利用阴影分析以及全年的太阳辐射量分析的结果，指导建筑物表面的光伏发电设 备的安装，也可以对已设计的光伏发电设备进行阴影分析以及全年的太阳辐射量分析，评 估光伏发电设备的使用性能。
[0012] 一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，包括以下步骤：
[0013] (1)建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理位置，以及该地 理位置的全年太阳位置。
[0014] 所述的光伏发电设备可以采用现有技术中各种形式的光伏设备，例如，光伏板、光 伏瓦、幕墙光伏板以及雨棚光伏板等。
[0015] 所处地理位置依据建筑模型所在的经度和炜度确定，地理位置可以从建筑模型中 获取，也可以手动设定。
[0016] 全年太阳位置，也即全年所有时段的太阳光线矢量数据，作为优选，获取地理位置 的全年太阳位置的步骤如下：
[0017] 1-1、依据如下公式计算赤炜角δ (n):
【主权项】
1. 一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在于，包括以下步 骤： (1) 建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理位置，以及该地理位 置的全年太阳位置； (2) 依据建筑模型所处地理位置以及光伏发电设备参数，得到光伏发电设备的光照接 收面； (3) 将光照接收面划分为若干网格，逐时间片判断每个网格是否被障碍物遮挡； 如果网格没有被障碍物遮挡，则计算该网格的太阳辐射强度； 如果网格被障碍物遮挡，则该网格的太阳辐射强度为零； (4) 统计网格的太阳辐射强度，得到光伏发电设备的太阳辐射数据。
2. 如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在 于，步骤⑴中获取地理位置的全年太阳位置的步骤如下： 1-1、依据如下公式计算赤炜角
1-2、依据如下公式计算太阳高度角ato):
1-3、依据如下公式计算太阳方位角yto):
1-4、依据如下公式计算太阳在空间中的位置矢量（xfat)，yto)，zfat)); X(nt)= C0S Q (nt)Sin^(nt) y(nt)= cos a (nt)cos U (nt) Z(nt) = Sin a (nt) 各式中：n为年积日； 屮为建筑模型所在的地理炜度；t为当日的时间片的编号； ta)为太阳时角。
3. 如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在 于，步骤（3)中，依据下式计算每个网格的太阳辐射强度： H(ijnt) I bc(ijnt) + Idc(ijnt)+Irc(ijnt) 式中：i为光照接收面的编号；n为年积日； t为当日的时间片的编号；j为光照接收面上的网格编号； Ib。为每个网格面上的太阳直射辐射强度； Id。为每个网格面上的太阳散射辐射强度； 为每个网格面上的太阳反射辐射强度。
4. 如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在 于，步骤（4)中的太阳辐射数据包括全年的总辐射量、每个网格每个时间片的日照时长、每 个网格每天的日照时长、每个网格每月的日照时长、每个网格每天的辐射量以及每个网格 每月的福射量。
5. 如权利要求4所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在 于，依据下式计算全年的总辐射量：
式中：Hu_n)为每个网格每天的辐射量，
i为光照接收面的编号；j为光照接收面上的网格编号； n为年积日； t为当日时间片编号； 1为时间片的时长；m为月份； IVn2分别为该月的起始年积日和结束年积日； S为网格面积； P为光照接收面的数量；q为光照接收面上的网格数量。
6. 如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在 于，步骤（3)中，依据各网格的三维坐标和全年太阳位置，利用射线法逐时间片判断每个网 格是否被障碍物遮挡。
7. 如权利要求1所述的基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，其特征在 于，还包括步骤（5)，对太阳辐射数据的结果进行可视化显示。
【专利摘要】本发明公开了一种基于建筑信息模型的光伏发电设备辐射分析方法，包括以下步骤：建立包含光伏发电设备的建筑模型，获取该建筑模型所处地理位置，以及该地理位置的全年太阳位置；依据建筑模型所处地理位置以及光伏发电设备参数，得到的光伏发电设备的光照接收面；将光照接收面划分为若干网格，逐时间片判断每个网格是否被障碍物遮挡；统计网格的太阳辐射强度，得到光伏发电设备的太阳辐射数据。本发明针对建筑模型中的光伏发电设备，对其表面进行细粒度的划分，计算未受到障碍物遮挡下的辐射量，根据这些分析结果，可以快速有效的确定光伏设备的安装位置，同时也可对已设计的光伏发电设备进行模拟分析，评估系统的发电性能，进行优化改进。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104778316
【申请号】CN201510152612
【发明人】桂宁, 何侃
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月1日