[發明專利]基于BIM的固定光伏陣列連線優化

在審

• 申請號: 201711459370.1
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108197371A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 裘智峰;向勁勇;趙鑫濤;暴悅爽;桂寧;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于建筑信息模型BIM的屋頂式光伏系統的優化連線方案：通過對建筑物進行數字化建模，建立太陽全年運動模型，獲取固定光伏組件的輻照量；對電池模型和光伏陣列硬件電路進行建模仿真，將對應的輻照量數據分配給每個光伏模塊，獲取陣列的輸出特性P?V曲線并計算出光伏組件的發電量；綜合考慮不同連線方案的發電量和逆變器的選型、屋頂費用和光伏陣列成本等因素，建立優化目標函數；求解目標函數全局最優解獲取最優的連線方案和逆變器種類，在BIM中實現光伏陣列的自動化連線。本發明通過選擇合適的光伏陣列連線方式，可以較為明顯地縮短光伏投資回報期，達到優化屋頂光伏系統的效果。

技術領域

本發明屬于建筑光伏仿真領域，更具體地，涉及一種基于BIM 光伏組件優化連線縮短光伏系統投資回報期方法。

背景技術

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是通過數 字化技術來模擬真實建筑物信息而建立的模型。目前美國國家建筑信 息模型標準(National BuildingInformation Modeling Standard, NBIMS)定義：“BIM是設施物理和功能特性的數字表達；BIM是一 個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概 念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠數據的過程；在項目不 同階段，不同利益相關方通過在BIM模型中插入、提取、更新和修 改信息，以支持和反映各自職責的協同工作”。作為一種新技術，它 在業界引起了廣泛的關注，在工程領域主要有以下方面的應用：實現 建筑信息的共享；生產過程中的可預測性；推動建筑業生產方式的轉 變和工業化進程。在國外，北美、日本和歐盟均在大力推動BIM技 術的應用，我國BIM技術雖然起步較晚，但是近年來發展迅速。由 于它可以存儲建筑的所有信息(如材質、視圖、族等)，因而可在BIM 模型基礎上進行光伏優化連線的研究。

屋頂式光伏發電系統是指安裝在建筑物表面采用光伏電池板將 太陽能轉換為電能的發電系統。它是一種新型的、具有廣闊發展前景 的能源利用方式，倡導就近發電、就近并網、就近轉換和就近使用的 理念。它不僅可以彌補用電高峰期電力的短缺，還有助于解決電力在 升壓和傳輸中的電能損耗問題。然而，由于周圍環境(如建筑物、樹 木和電線桿)等限制性因素的存在，光伏發電設備會受到陰影的遮擋： 首先，光伏陣列產生的電源是一種非線性直流電源，局部陰影會降低 光伏板的發電效率，導致整個光伏系統發電收益降低；其次，不同時 刻太陽位置的移動以及天氣等因素也會對光伏系統產生影響。

為了降低局部陰影對屋頂式光伏系統的影響，有以下較為常用的 處理方式：一類是采用全局最大功率點跟蹤的方式來減少局部陰影引 發的功率損耗；另一類是對光伏系統的布線方式進行分析和研究。 Berk Celik等人提出在不改變光伏陣列鋪設位置的狀態下評估兩種不 同的連線方式(SP型和TCT型)來獲取較優的光伏連線方式；丁明 等人提出通過控制開關電路的方式來實現光伏陣列的布局優化來減 弱局部陰影的影響，達到較好的輸出功率的需求。然而，上述研究沒 有同時考慮最優連線方式的獲取和光伏陣列自動連線的實現。

發明內容

本發明提供一種基于建筑信息模型的屋頂式光伏系統優化方案。 它主要通過改進連線方式來提升屋頂式光伏系統的輸出功率來達到 縮短光伏系統投資回報期的需求。

其步驟包括：S1、利用BIM(Building Information Modeling)技 術對建筑物進行數字化建模，根據全年內光伏組件遮擋判定和接受太 陽輻照度，建立太陽運動模型，在全年范圍內采樣，獲取屋頂鋪設區 光伏陣列(規模M×N)的輻照量數據；

S2、建立對房屋模型上的光伏組件模型，對給定規模M×N的 光伏陣列，先確定組串組件數m取值集合，采用深度優先搜索算法 遍歷所有組串形式，確立合理連接方式。根據輻照度矩陣映射到所有 光伏模塊中，在標準溫度不同輻照度獲取陣列輸出功率—電壓(P-V) 曲線，計算出不同連線方案下的光伏組串的發電量。