[发明专利]一种建筑光伏系统中太阳能资源的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑光伏系统领域，具体的说是一种建筑光伏系统中太阳能资源的计算方法。

背景技术

随着节能减排的日益推进及新能源技术的快速发展，光伏发电在能源利用中的比例逐年提高。光伏发电是利用光伏方阵将太阳光能直接转化为电能的一种技术，光伏方阵是指由若干个光伏组件或光伏板在机械和电气上按一定方式组装在一起并且具有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。

建筑光伏系统是一种将光伏方阵集成到建筑上来提供电力的技术。建筑光伏系统可分为两种形式：一种形式是光伏方阵与建筑的结合，这种形式是将光伏方阵依附于建筑物上，将建筑物作为光伏方阵的载体；另一种形式是光伏方阵与建筑的集成，这种形式是将光伏方阵以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵为建筑物不可分割的一部分。在这两种形式中，光伏方阵与建筑的结合是目前建筑光伏系统的常用形式。建筑光伏系统中，光伏方阵的发电量与建筑物所能接收到的太阳能资源相关。由于不同建筑物的高低、位置和形状各不相同，因此不同的建筑物所能接收的太阳能资源也不同，在进行建筑光伏系统的设计时，需要首先考虑太阳能资源的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种建筑光伏系统中太阳能资源的计算方法，为光伏方阵在建筑物上的布置提供依据，使建筑物上的光伏方阵有效利用太阳能资源。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种建筑光伏系统中太阳能资源的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：

步骤1）、计算区域网格化：在计算机中构建建筑模型，在建筑模型上选取计划进行太阳能资源计算的计算区域，设计一包含计算区域的理论计算框，将理论计算框划分成若干个小的网格，选择每个网格的中心点作为计算点；

步骤2）、计算各个计算点单时点在不考虑遮挡时获取的太阳能辐射强度值：所述单时点是指将全年按时间间隔平均划分成的若干个时间段，以单时点为基础计算单元，根据各计算点在单时点的大气透明度P和光学大气质量m，通过理论计算公式得出各个计算点单时点获取的太阳能辐射强度值；

步骤3）、获取各个计算点在单时点的太阳能资源数值：通过天文计算得出在单时点的太阳高度角el和太阳方位角az，确定单时点时各个计算点的入射光线，当入射光线与周围建筑物相交叉时，该计算点在这一单时点的太阳能资源取值为0；当入射光线与周围建筑没有交叉点，该计算点在单时点的太阳能资源取值为由步骤2）计算的太阳能辐射强度值；

步骤4）、获取各个计算点全年的太阳能资源：根据步骤3）得到各个计算点的单时点的太阳能资源数值，对各个计算点进行全年太阳能资源的积分求和，得到各个计算点全年的太阳能资源数值；

步骤5）、绘制太阳能资源栅格图：根据步骤4）得到的各个计算点的太阳能资源数值，在理论计算框中将太阳能资源数值相等的计算点相连，相邻两个数值相等的计算点之间采用插值法补充数据，绘制得到计算区域的太阳能资源栅格图。

本发明的进一步改进在于：所述步骤2）中，太阳能辐射强度值的理论计算公式为：I=ε₀×ISC×P×m，公式中，ε₀—地球轨道的偏心修正系数；ISC—太阳常数，定义为1367W/m²；P—大气透明度；m—光学大气质量。

本发明的进一步改进在于：所述步骤2）中的时间间隔为一小时。

本发明的进一步改进在于：确定太阳高度角和太阳方位角的天文计算的步骤为：

a1、根据计算公式JD=2432916.5+年数增量×365+年数增量中的闰年数+日+小时/24计算得到当前日期JD；

其中，常数2432916.5是1949年1月1日为0000的当前日期JD；年数增量=年-1949，此处年是指当前的年份；日是指一年中的第几天；小时是指世界时UT表示的小时；年数增量中的闰年数为年数增量/4之后的整数部分；

a2、根据a1中计算的当前日期JD，利用公式逐步计算得到单时点太阳的黄道经度和黄道倾角，所述公式包括：

计算参数n=JD-2451545，

平均经度L=280.460+0.985647×n，其中0≤L<360°，

平均近点角g=357.528+0.9856003×n，其中0≤g<360°，

黄道经度λ=L+1.915×sin（g）+0.020×sin（2g），其中0≤l<360°，

黄道倾角ep=23.439-0.0000004×n；