[發(fā)明專利]一種建筑光伏系統(tǒng)中太陽(yáng)能資源的計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410019272.6
• 申請(qǐng)日: 2014-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN103778331B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉威;劉巖;趙志朋;王艷會(huì);劉輝;耿麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙)13123
• 代理人: 劉笑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑光伏系統(tǒng)領(lǐng)域，具體的說是一種建筑光伏系統(tǒng)中太陽(yáng)能資源的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

隨著節(jié)能減排的日益推進(jìn)及新能源技術(shù)的快速發(fā)展，光伏發(fā)電在能源利用中的比例逐年提高。光伏發(fā)電是利用光伏方陣將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)，光伏方陣是指由若干個(gè)光伏組件或光伏板在機(jī)械和電氣上按一定方式組裝在一起并且具有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元。

建筑光伏系統(tǒng)是一種將光伏方陣集成到建筑上來提供電力的技術(shù)。建筑光伏系統(tǒng)可分為兩種形式：一種形式是光伏方陣與建筑的結(jié)合，這種形式是將光伏方陣依附于建筑物上，將建筑物作為光伏方陣的載體；另一種形式是光伏方陣與建筑的集成，這種形式是將光伏方陣以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣為建筑物不可分割的一部分。在這兩種形式中，光伏方陣與建筑的結(jié)合是目前建筑光伏系統(tǒng)的常用形式。建筑光伏系統(tǒng)中，光伏方陣的發(fā)電量與建筑物所能接收到的太陽(yáng)能資源相關(guān)。由于不同建筑物的高低、位置和形狀各不相同，因此不同的建筑物所能接收的太陽(yáng)能資源也不同，在進(jìn)行建筑光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要首先考慮太陽(yáng)能資源的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種建筑光伏系統(tǒng)中太陽(yáng)能資源的計(jì)算方法，為光伏方陣在建筑物上的布置提供依據(jù)，使建筑物上的光伏方陣有效利用太陽(yáng)能資源。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種建筑光伏系統(tǒng)中太陽(yáng)能資源的計(jì)算方法，所述計(jì)算方法包括以下步驟：

步驟1）、計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格化：在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建建筑模型，在建筑模型上選取計(jì)劃進(jìn)行太陽(yáng)能資源計(jì)算的計(jì)算區(qū)域，設(shè)計(jì)一包含計(jì)算區(qū)域的理論計(jì)算框，將理論計(jì)算框劃分成若干個(gè)小的網(wǎng)格，選擇每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)作為計(jì)算點(diǎn)；

步驟2）、計(jì)算各個(gè)計(jì)算點(diǎn)單時(shí)點(diǎn)在不考慮遮擋時(shí)獲取的太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度值：所述單時(shí)點(diǎn)是指將全年按時(shí)間間隔平均劃分成的若干個(gè)時(shí)間段，以單時(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)計(jì)算單元，根據(jù)各計(jì)算點(diǎn)在單時(shí)點(diǎn)的大氣透明度P和光學(xué)大氣質(zhì)量m，通過理論計(jì)算公式得出各個(gè)計(jì)算點(diǎn)單時(shí)點(diǎn)獲取的太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度值；

步驟3）、獲取各個(gè)計(jì)算點(diǎn)在單時(shí)點(diǎn)的太陽(yáng)能資源數(shù)值：通過天文計(jì)算得出在單時(shí)點(diǎn)的太陽(yáng)高度角el和太陽(yáng)方位角az，確定單時(shí)點(diǎn)時(shí)各個(gè)計(jì)算點(diǎn)的入射光線，當(dāng)入射光線與周圍建筑物相交叉時(shí)，該計(jì)算點(diǎn)在這一單時(shí)點(diǎn)的太陽(yáng)能資源取值為0；當(dāng)入射光線與周圍建筑沒有交叉點(diǎn)，該計(jì)算點(diǎn)在單時(shí)點(diǎn)的太陽(yáng)能資源取值為由步驟2）計(jì)算的太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度值；

步驟4）、獲取各個(gè)計(jì)算點(diǎn)全年的太陽(yáng)能資源：根據(jù)步驟3）得到各個(gè)計(jì)算點(diǎn)的單時(shí)點(diǎn)的太陽(yáng)能資源數(shù)值，對(duì)各個(gè)計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行全年太陽(yáng)能資源的積分求和，得到各個(gè)計(jì)算點(diǎn)全年的太陽(yáng)能資源數(shù)值；

步驟5）、繪制太陽(yáng)能資源柵格圖：根據(jù)步驟4）得到的各個(gè)計(jì)算點(diǎn)的太陽(yáng)能資源數(shù)值，在理論計(jì)算框中將太陽(yáng)能資源數(shù)值相等的計(jì)算點(diǎn)相連，相鄰兩個(gè)數(shù)值相等的計(jì)算點(diǎn)之間采用插值法補(bǔ)充數(shù)據(jù)，繪制得到計(jì)算區(qū)域的太陽(yáng)能資源柵格圖。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟2）中，太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度值的理論計(jì)算公式為：I=ε₀×ISC×P×m，公式中，ε₀—地球軌道的偏心修正系數(shù)；ISC—太陽(yáng)常數(shù)，定義為1367W/m²；P—大氣透明度；m—光學(xué)大氣質(zhì)量。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟2）中的時(shí)間間隔為一小時(shí)。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：確定太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角的天文計(jì)算的步驟為：

a1、根據(jù)計(jì)算公式JD=2432916.5+年數(shù)增量×365+年數(shù)增量中的閏年數(shù)+日+小時(shí)/24計(jì)算得到當(dāng)前日期JD；

其中，常數(shù)2432916.5是1949年1月1日為0000的當(dāng)前日期JD；年數(shù)增量=年-1949，此處年是指當(dāng)前的年份；日是指一年中的第幾天；小時(shí)是指世界時(shí)UT表示的小時(shí)；年數(shù)增量中的閏年數(shù)為年數(shù)增量/4之后的整數(shù)部分；

a2、根據(jù)a1中計(jì)算的當(dāng)前日期JD，利用公式逐步計(jì)算得到單時(shí)點(diǎn)太陽(yáng)的黃道經(jīng)度和黃道傾角，所述公式包括：

計(jì)算參數(shù)n=JD-2451545，

平均經(jīng)度L=280.460+0.985647×n，其中0≤L<360°，

平均近點(diǎn)角g=357.528+0.9856003×n，其中0≤g<360°，

黃道經(jīng)度λ=L+1.915×sin（g）+0.020×sin（2g），其中0≤l<360°，

黃道傾角ep=23.439-0.0000004×n；