建筑用光伏发电量精确预测方法与光伏组串优化设计研究

【摘要】：光伏建筑一体化(以下简称BIPV)是建筑结构与光伏系统在外观及功能上的融合。光伏系统发出的电能不仅可为建筑提供能源,还可将余量输送至电网。城市化后能源短缺,建筑积聚,空间紧张。BIPV项目虽然规模小,但是滴水汇海。其既对电力短缺区域进行就地补充,又解决了长距离传输对光伏电站损耗的困扰。BIPV发电模式以其“低空间成本、低输变电成本、低综合安装成本”的优点,已经成为我国太阳能应用的重点发展方向。BIPV系统不同于地面光电站,其实际发电量受到建筑结构和环境因素的双重影响。如果不能准确地预测其发电量,就不能科学地进行系统设计、电网调度,以及投资者回报分析等。因此,准确预测BIPV系统的计算发电量是建筑光伏应用的关键问题。本文以建筑信息模型为载体,建立光伏建筑的信息模型,由此获取到BIPV系统中每块光伏组件的详细位置参数,再根据从国家气象局获取的全国各地的太阳辐射资料、得到每块光伏组件的逐时辐射量数据。随后根据光伏组串连接方式,获得不同的发电效率,最终计算出整个BIPV系统的计算发电量。本文以每块组件板的方位角和倾角为主要输入参数,建立了适用于BIPV建筑用计算发电量的算法,将BIPV系统的发电量精确到每一块光伏组件的每一时刻发电功率,再经过连接方式等因素的系数修正,最终计算出BIPV系统的准确计算发电量；本文还利用该算法编写了适用于BIPV计算发电量预测的软件工具,具有数据交互模块和数据处理模块,能够准确计算BIPV系统的月发电量、年发电总量,并且可以提供给光伏系统设计人员适用于项目的光伏组件最优安装方式；本文还以广州珠海某研发楼为例,对其BIPV系统进行发电量预测和光伏组串优化。本文的算法大大改进了现有常用BIPV算法工具的不足,充分考虑了由于建筑结构所引起的每一片极板受光性的不同,从而计算出每片组件的逐时发电量。显然,这样的算法大大减小了现有BIPV预测工具计算发电量的误差,为建筑BIPV系统的准确预测提供了解决之道。 【关键词】：BIM技术 BIPV 计算发电量预测 光伏组串优化
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU18
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 论文的背景与意义8-12
• 1.1.1 国外建筑光伏一体化发展现状9-10
• 1.1.2 国内建筑光伏一体化发展现状10-11
• 1.1.3 光伏建筑发电量预测存在问题11-12
• 1.2 建筑光伏发电预测的研究概况12-13
• 1.2.1 现有发电量预测方法12
• 1.2.2 光伏组串优化的意义12-13
• 1.3 论文拟解决的关键问题13
• 1.4 论文的内容安排13-15
• 第2章 建筑光伏发电量的数学模型15-25
• 2.1 光伏组件表面辐射量初步计算模型15-21
• 2.1.1 地面水平面的辐照度16-17
• 2.1.2 固定式倾斜面的辐照度17-19
• 2.1.3 辐射度的校正19-20
• 2.1.4 固定式倾斜面的辐射量20-21
• 2.2 建筑光伏发电量修正因子21-23
• 2.2.1 倾角及方位角21
• 2.2.2 建筑阴影遮挡21-22
• 2.2.3 组件运行温度22
• 2.2.4 光伏方阵安装方式22-23
• 2.3 建筑光伏发电量精确计算模型23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 建筑光伏发电量预测方法的研究25-34
• 3.1 基于BIM技术的发电量预测25-27
• 3.1.1 现有预测软件应用的流程25-26
• 3.1.2 现有预测软件在应用BIPV时的不足26
• 3.1.3 基于BIM的BIPV发电量预测流程26-27
• 3.2 基础数据库的建立27-30
• 3.2.1 可定义光伏预测模型的建立27-29
• 3.2.2 气象数据库的建立29-30
• 3.3 倾斜表面日辐射量的校正30
• 3.4 工程实例30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 建筑光伏中光伏组串的优化设计34-45
• 4.1 光伏方阵传统设计方法34-36
• 4.1.1 光伏组串基本设计思路34
• 4.1.2 蓄电池的库伦效率34
• 4.1.3 连续阴雨天的影响34-35
• 4.1.4 串并联数量计算35-36
• 4.1.5 存在的问题36
• 4.2 光伏组串优化策略的制定36-38
• 4.2.1 组件的一致性36-37
• 4.2.2 辐照度的一致性37
• 4.2.3 建筑的影响37-38
• 4.2.4 优化策略38
• 4.3 数学模型的建立38-42
• 4.3.1 PV组件输出特性38-40
• 4.3.2 PV组串数学模型40-41
• 4.3.3 PV组串特性分析41-42
• 4.4 实例分析42-43
• 4.5 本章小结43-45
• 第5章 建筑光伏发电量预测软件的设计与实现45-53
• 5.1 总体目标45
• 5.2 平台特点45-46
• 5.3 系统整体方案设计46-52
• 5.3.1 数据库系统46
• 5.3.2 数据交互系统46-48
• 5.3.3 数据处理系统48-49
• 5.3.4 界面显示系统49-52
• 5.4 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 6.1 研究结论53
• 6.2 研究不足与展望53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59

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