一種基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為降低建筑的能耗，促進光伏新能源的就地使用，研發(fā)人員提出了光伏建筑一體 化的思路。通過將建筑與光伏相結(jié)合，使建筑從過去單純的用電體變成發(fā)用電綜合體。光 伏與建筑的集成不僅減少了土地資源的浪費，還能就地發(fā)電，就地用電，大大提高了光伏發(fā) 電的利用效率。
[0003] BIM是BuildingInformationModeling的縮寫，中文一般譯為建筑信息模型，以 建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，建立建筑信息模型，通過數(shù)字信息仿 真模擬建筑物所具有的真實信息。自2002年以來，國際建筑行業(yè)興起了圍繞WM為核心的 建筑信息化應(yīng)用，B頂已經(jīng)成為了建筑行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。B頂技術(shù)在太陽能光伏建筑設(shè)計上的運 用，可以有效地解決太陽能光伏建筑一體化協(xié)同設(shè)計的問題與矛盾。建筑信息模型可以融 合光伏設(shè)備數(shù)據(jù)、幾何屬性、太陽模型等信息。通過對太陽軌跡建模，使得準(zhǔn)確的陰影分析 和輻射分析成為可能；通過設(shè)備幾何屬性，位置信息可以進行光伏設(shè)備的陰影和輻射量分 析，進行發(fā)電量估算等。數(shù)字化的建模使得使建筑師與光伏設(shè)計專業(yè)技術(shù)人員可以進行高 效地協(xié)同設(shè)計。
[0004] 然而，建筑的表面形式復(fù)雜，有平面、垂面、斜面等不同的光伏鋪設(shè)面，以及光伏設(shè) 備之間的間距計算嚴(yán)重依賴光伏鋪設(shè)表面的特征，造成光伏在建筑上的鋪設(shè)復(fù)雜。
[0005] 特別是，在現(xiàn)有的B頂模型中，系統(tǒng)通常對于所有的元件用統(tǒng)一的XYZ三維笛卡爾 坐標(biāo)系來進行描述。然而，在光伏設(shè)備的鋪設(shè)過程中如僅僅根據(jù)項目坐標(biāo)系XYZ很難直接 判斷該光伏設(shè)備當(dāng)前位置是否位于待鋪設(shè)區(qū)域邊界內(nèi)，也很難計算面上光伏設(shè)備間相對的 間距。這使得目前的光伏設(shè)備在模型中的鋪設(shè)基本上采用手動完成，工作量大，計算復(fù) 雜，也很難充分考慮光伏設(shè)備之間的陰影遮擋等因素。
[0006][0007] 上述發(fā)明，雖然基于建筑信息模型進行預(yù)測，但是需要將光伏構(gòu)建逐件進行配準(zhǔn)， 無法實現(xiàn)光伏設(shè)備的自動鋪設(shè)，工作量大，計算復(fù)雜。
[0008][0009] 該發(fā)明主要適用于基于地平面的光伏電站設(shè)計，無法適用于包括水平面、垂直平 面、曲面等表面情況復(fù)雜的光伏建筑設(shè)計。
[0010][0011] 該發(fā)明雖然是一種山地光伏電站的布置方法，但是在光伏設(shè)備的如何在山地表面 自動部署方面，并沒有提出相應(yīng)的解決方案。
[0012] 因此，仍需要開發(fā)更加簡單便捷的鋪設(shè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供一種基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè)方法。該方法使得對待鋪 設(shè)區(qū)域的邊界判定極大簡化；實現(xiàn)了光伏設(shè)備的自動鋪設(shè)計算簡單、工作量小；使光伏設(shè) 備在太陽能轉(zhuǎn)換效率最大化的同時，節(jié)省空間。同時可以提高光伏系統(tǒng)設(shè)計效率和準(zhǔn)確度， 設(shè)計結(jié)果更加直觀準(zhǔn)確。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0015] -種基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè)方法，
[0016] 依次包括以下步驟：
[0017] (1)建立建筑信息模型，獲取所述建筑信息模型的屬性；
[0018] (2)選擇光伏設(shè)備，獲取所述光伏設(shè)備的屬性；
[0019] (3)選擇所述建筑信息模型的待鋪設(shè)區(qū)域，建立UVW坐標(biāo)系，獲取待鋪設(shè)區(qū)域在 UVW坐標(biāo)系下的邊界坐標(biāo)；
[0020] (4)計算所述光伏設(shè)備的排間距Ls;
[0021] (5)在待鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)選擇鋪設(shè)起點；
[0022] (6)根據(jù)步驟（2)確定的所述光伏設(shè)備的屬性、步驟（4)所述排間距Ls、步驟（5) 確定的鋪設(shè)起點和已鋪設(shè)光伏設(shè)備的參數(shù)，確定待鋪設(shè)點的UVW坐標(biāo)，如可以確定，轉(zhuǎn)到步 驟（7)，否則結(jié)束鋪設(shè)；
[0023] (7)將步驟（6)確定的UVW坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為項目坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0024] (8)根據(jù)步驟（7)所確定的項目坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，進行所述光伏設(shè)備的自動鋪設(shè)， 鋪設(shè)完成后，轉(zhuǎn)到步驟（6)。
[0025] 步驟（1)中，所述建筑信息模型的屬性為建筑信息模型各表面大小等屬性。
[0026] 步驟（2)中，所述光伏設(shè)備的屬性為光伏設(shè)備的尺寸信息以及設(shè)備類型等屬性。
[0027] 所述排間距Ls為光伏設(shè)備鋪設(shè)時相鄰兩排的間距。
[0028] 所述已鋪設(shè)光伏設(shè)備的參數(shù)為已鋪設(shè)排的尺寸信息等屬性。
[0029] 所述待鋪設(shè)點的UVW坐標(biāo)是指在待處理排鋪設(shè)光伏設(shè)備時所依據(jù)的坐標(biāo)。
[0030] 所述項目坐標(biāo)系是指建筑信息模型所使用的坐標(biāo)系。
[0031] 本發(fā)明所述的基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè)方法，可以實現(xiàn)自動鋪設(shè)， 計算簡單，工作量?。煌ㄟ^構(gòu)建基于待鋪設(shè)區(qū)域的UVW坐標(biāo)系，邊界判定極大的簡化；可以 合理設(shè)置光伏設(shè)備的排間距，使光伏設(shè)備在太陽能轉(zhuǎn)換效率最大化的同時，節(jié)省空間；同時 通過結(jié)合建筑信息模型，對建筑物表面上所需的光伏設(shè)備進行自動鋪設(shè)，提高光伏系統(tǒng)設(shè) 計效率和準(zhǔn)確度，設(shè)計結(jié)果更加直觀準(zhǔn)確。
[0032] 優(yōu)選地，步驟（1)中所述建筑信息模型基于B頂軟件建立。
[0033] 基于B頂軟件建立建筑信息模型，使步驟（1)更加簡單快捷；可以提高光伏設(shè)備鋪 設(shè)的效率和準(zhǔn)確度；同時直接在模型中進行鋪設(shè)，設(shè)計結(jié)果更加直觀準(zhǔn)確。
[0034] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述建筑信息模型的屬性包括待鋪設(shè)區(qū)域周圍的其他遮擋 物的屬性。
[0035] 根據(jù)其他遮擋物的屬性，可以全面考慮光伏設(shè)備周圍的環(huán)境，合理鋪設(shè)光伏設(shè)備， 使其轉(zhuǎn)換效率更高。
[0036] 進一步優(yōu)選地，步驟（4)中，根據(jù)待鋪設(shè)區(qū)域周圍的其他遮擋物的屬性和已鋪設(shè) 光伏設(shè)備的參數(shù)計算所述排間距Ls。
[0037] 上述計算方法可以更科學(xué)地鋪設(shè)光伏設(shè)備，使光伏設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率最大化，并節(jié) 省空間。
[0038] 優(yōu)選地，步驟⑷中，計算所述排間距Ls的步驟如下：
[0039] (4. 1)根據(jù)如下公式計算赤煒角Sw:
[0040]
[0041] (4. 2)根據(jù)如下公式計算太陽高度角a(nt):
[0042]
9
[0043] (4. 3)根據(jù)如下公式計算太陽方位角ii(nt):
[0044]
[0045] (4. 4)根據(jù)如下公式計算所述排間距Ls:
[0046] Ls=H*tan1 (a(nt))*cos(y(nt))，
[0047] 各式中：
[0048] n為年積日；
[0049] 爐為建筑信息模型所在的地理煒度；
[0050] t為當(dāng)日的時間片的編號；
[0051] Tw為太陽時角；
[0052] H為垂直待鋪設(shè)區(qū)域前排光伏設(shè)備或其他遮擋物最高點與后排組件最低位置的高 度差，如果光伏設(shè)備平放在待鋪設(shè)區(qū)域，前排光伏設(shè)備高度為零，則所述排間距Ls為零。
[0053] 該計算方法能夠?qū)Ω鞴夥O(shè)備進行全天候不同時段的陰影進行計算分析，可以充 分考慮光伏設(shè)備之間及其他遮擋物與光伏設(shè)備之間的陰影遮擋等因素，既保證太陽能光伏 組件的科學(xué)化布置，又能使光伏設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率最大化。
[0054] 優(yōu)選地，步驟（6)中，所述待鋪設(shè)點的UVW坐標(biāo)的確定方法如下：
[0055] (6. 1)根據(jù)步驟（2)確定的所述光伏設(shè)備的屬性、步驟（4)所述排間距Ls、步驟 (5)確定的鋪設(shè)起點和已鋪設(shè)光伏設(shè)備進行計算，如果待處理排區(qū)域的面積大于或等于所 述光伏設(shè)備的面積且所述光伏設(shè)備的幾何形狀完全在待處理排區(qū)域內(nèi)，計算確定該排待鋪 設(shè)點坐標(biāo)，轉(zhuǎn)到步驟（7);如待處理排區(qū)域的面積小于所述光伏設(shè)備的面積或所述光伏設(shè) 備的幾何形狀不能完全在待處理排區(qū)域內(nèi)，則轉(zhuǎn)到步驟（6.2);
[0056] (6. 2)判斷是否存在未處理排，如果不存在，結(jié)束鋪設(shè)，否則轉(zhuǎn)到步驟（6. 1)。
[0057] 使用上述方法確定待鋪設(shè)點，計算簡單，工作量小。
[0058] 優(yōu)選地，步驟（7)中的項目坐標(biāo)系為XYZ坐標(biāo)系。
[0059] 使用XYZ坐標(biāo)系作為項目坐標(biāo)系，使本發(fā)明通用性更高，與UVW坐標(biāo)轉(zhuǎn)換更為簡 單。
[0060] 進一步優(yōu)選地，步驟（7)中，利用如下公式將UVW坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為XYZ坐標(biāo)：
[0061] X =X〇+U+ eZ*V+eY*ff ；
[0062]Y =Y0+V+ eZ*U+eX*W;
[0063] Z =ff〇+ff+ eY*U+eX*V ；
[0064] 式中：
[0065] X。為UVW坐標(biāo)系原點在XYZ坐標(biāo)系中X坐標(biāo)；
[0066] Y。為UVW坐標(biāo)系原點在XYZ坐標(biāo)系中Y坐標(biāo)；
[0067] Z。為UVW坐標(biāo)系原點在XYZ坐標(biāo)系中Z坐標(biāo)；
[0068] ex、eY、ez為歐勒角：
[0069] 繞 0W旋轉(zhuǎn)ez角，0U，0V旋轉(zhuǎn)至 0X，0Y;
[0070] 繞 0Y旋轉(zhuǎn)eY角，0X，0W旋轉(zhuǎn)至 0U，0Z;
[0071] 繞 0U旋轉(zhuǎn)ex角，0Y，0Z旋轉(zhuǎn)至 0V，0W。
[0072] 使用上述方法將UVW坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為XYZ坐標(biāo)，計算簡單，工作量小。
[0073] 本發(fā)明的有益效果是：
[0074] 本發(fā)明提供了一種基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè)方法，通過構(gòu)建基于待 鋪設(shè)區(qū)域的UVW坐標(biāo)系，使得光伏設(shè)備在建筑表面的相對坐標(biāo)計算，邊界判定極大的簡化。 根據(jù)UVW坐標(biāo)系與項目坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了光伏設(shè)備的自動鋪設(shè)?？梢院侠碓O(shè)置光伏設(shè) 備之間的間距，使光伏設(shè)備在太陽能轉(zhuǎn)換效率最大化的同時，節(jié)省空間。同時，通過結(jié)合建 筑信息模型，對建筑物表面上所需的光伏設(shè)備進行自動鋪設(shè)，提高光伏系統(tǒng)設(shè)計效率和準(zhǔn) 確度，設(shè)計結(jié)果更加直觀準(zhǔn)確。本發(fā)明使光伏設(shè)備鋪設(shè)工作量小，計算簡單，具有廣泛的應(yīng) 用前景。
【附圖說明】
[0075] 圖1為本發(fā)明基于建筑信息模型的光伏設(shè)備自動鋪設(shè)方法的流程圖。
[0076] 圖2為坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示意圖。
[0077] 圖3為建筑信息模型。
[0078] 圖4為所選的屋頂待鋪設(shè)區(qū)域。
[0079] 圖5為鋪設(shè)完成的表面。