CN103440526B - 一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置，属于光伏发电领域。方法包括：从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量；根据所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，转换为实际产生的逐时电量后预测待匹配建筑的发电分布。本申请采用BIM的建模与分析手段，利用建筑所在地的典型气象条件，计算每个光伏构件在每个小时的辐射量，可在太阳能光电建筑项目规划初期进行准确的发电量预测，提高了计算的准确性和精确度。

Description

一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置

技术领域

本发明属于光伏发电领域，涉及一种基于建筑信息模型技术的太阳能光电建筑发电量预测方法和装置。

背景技术

BIM是BuildingInformationModeling的缩写，中文一般译为建筑信息模型。BIM是创建并利用数字化模型应用于建筑工程全生命周期各个阶段的技术；也是建筑的物理与功能特征的数字化表达，其表达形式是具有信息的三维建筑信息模型。BIM建立的模型作为共享的建筑信息资源，是建筑项目全生命周期各阶段具体应用以及进行各类性能分析的核心和数据基础。

太阳能光电建筑即整合太阳能光伏发电系统的建筑，是“建筑产生能源”的新概念，产生的电能可以部分或全部供应建筑用电。具体应用形式有：建筑屋顶支架安装、建筑立面支架安装、光伏屋顶、光伏瓦、光伏幕墙、光伏遮阳板等。太阳能光伏组件安装在建筑上，不占用土地资源；原地发电原地取用，节约电站到电网的投资；太阳能光伏组件替代了原始建筑材料，从而降低了太阳能的应用成本，使太阳能光伏组件的光电建筑成为了近几年光伏在城市应用的热点和方向。

发电量预测是对太阳能光伏系统在未来的一定时期内可产生的电能进行定量计算，是评估其方案优劣的重要依据，更是进行初期投资、回报周期、总体收益等预测的重要指标。因此，准确地预测光伏系统的发电量对决策太阳能光电建筑的规划极为重要。

目前，基于BIM的光电建筑发电预测还是空白。现有太阳能光电建筑的发电量预测手段都是沿用光伏电站的预测方式和软件，无法有针对性地结合建筑本体的影响因素进行分析，更不能针对太阳能光电建筑特有的光伏构件(如光伏幕墙、光伏建材等)进行准确的发电量预测，因此目前光电建筑的发电量预测方法适应性较差，预测结果准确性不足，不能为方案决策提供可靠依据。

发明内容

本发明的实施例提供了基于建筑信息模型技术(BIM)建立定位于建筑物本体的光伏发电量预测方法，用于在项目规划阶段准确预测建筑上的光伏系统可产生的电能，为太阳能光电建筑的规划、设计、施工、维护提供准确的参考信息与决策依据。

为达到上述目的，采用如下技术方案：

本发明公开了一种基于建筑信息模型的发电预测方法，包括如下步骤：

收集建筑结构信息和建筑环境信息，按类别整理后建立建筑信息模型；

根据待匹配建筑对应的功能，从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；

根据光伏应用形式调用建立的光伏构件模型，调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；

根据所述辐射分析模型，结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所述待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量：

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+{\mathrm{\ρH}}_j\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tij为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_j为第j小时的太阳总辐射量、R_ij为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_i为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率；

根据所述待匹配建筑上所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，结合所述光伏构件模型存储的光伏组件信息，将待匹配建筑中各光伏构件的逐时辐射量转换为实际产生的逐时电量，预测待匹配建筑的发电分布；

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距；将光伏构件信息按不同类别进行整理；对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库；

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。

优选的，所述建筑结构信息包括：建筑的空间、结构、面积、功能、高度、外部维护结构、周边建筑体量。

优选的，所述建筑环境信息包括：建筑所在地的典型气候年逐时参数、建筑周围建筑物、地形环境；典型气候年逐时参数包括逐时的太阳辐射总量、干湿球温度、风速。

优选的，所述建筑信息模型应用BIM技术将二维图纸三维模型化，建立建筑三维信息模型，以IFC格式存储。

优选的，所述光伏构件模型中的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；所述组件信息包括：光伏材料类型、标称功率、排线类型、材质透明度；所述安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件的规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与其他建筑的间距。

优选的，建立光伏构件模型时，确定光伏构件的类型及与建筑的结合形式，建立相对应的光伏构件模型，调整光伏构件模型的相应参数，以获得与所述待匹配建筑的实际尺寸相一致的模型；所述光伏构件模型调整的参数包括：光伏材质类型、排线类型、材质透明度、电池的几何形状及尺寸、构件的规格尺寸、倾斜角度、方位角度、通风流道尺寸。

优选的，所述计算光伏构件受到的逐时辐射量时，通过模拟典型气候条件下太阳的运行轨迹，结合周围建筑、周围景观及建筑地形，精细化计算各光伏构间收到的逐时辐射量。

优选的，所述预测待匹配建筑的发电分布时，计算所述待匹配建筑在每日、每月、每年以及全生命周期的发电量，拟合为相对应的数据表格及曲线。

本发明还公开了一种基于建筑信息模型的发电预测装置，包括如下模块：

采集模块，用于收集建筑结构信息和建筑环境信息，按类别整理后建立建筑信息模型；

选择模块，用于根据待匹配建筑对应的功能，从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；

配置模块，用于根据光伏应用形式调用建立的光伏构件模型，调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；

辐射计算模块，用于根据所述辐射分析模型，结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所述待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量：

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+{\mathrm{\ρH}}_j\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tij为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_j为第j小时的太阳总辐射量、R_ij为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_i为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率；

电量转换模块，用于根据所述待匹配建筑上所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，结合所述光伏构件模型存储的光伏组件信息，将待匹配建筑中各光伏构件的逐时辐射量转换为实际产生的逐时电量，预测待匹配建筑的发电分布；

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距；将光伏构件信息按不同类别进行整理；对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库；

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。

本发明实施例提供了一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置，收集了建筑与光伏构件的多种参数信息，并基于此建立建筑信息模型和光伏构件模型，以及相应的信息数据库，采用BIM的建模与分析手段，利用建筑所在地的典型气象条件，计算每个光伏构件在每个小时的辐射量，可在太阳能光电建筑项目规划初期进行准确的发电量预测，提高了计算的准确性和精确度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于建筑信息模型的发电预测方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种基于建筑信息模型的发电预测装置的模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置进行详细描述。

本专利提出了一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置，已解决目前没有适应基于建筑的光伏发电系统的发电量预测方法的问题。本申请收集了待匹配建筑与用于发电的光伏构件的多种参数信息，并基于此建立建筑信息模型和光伏构件模型，以及相应的信息数据库。采用BIM的建模与分析手段，利用待匹配建筑所在地的典型气象条件进行分析；由于每个安装在待匹配建筑上的光伏构件都有其特定的组件信息和安装信息，基于BIM技术的建筑信息模型计算各光伏构件在每个小时的受到的辐射量，进而建立辐射量-发电量转换的数学模型。本申请充分考虑了逆变、并网、组件温度、组件积灰等因素对发电量的影响，逐时的累加计算光伏发电系统的日发电量、月总发电量、年总发电量以及全生命周期的发电量，用于在太阳能光电建筑项目规划初期进行准确的发电量预测，提高了计算的准确性和精确度。

本发明公开了一种基于建筑信息模型的发电预测方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：收集建筑结构信息和建筑环境信息，按类别整理后建立建筑信息模型；

本实施例中，建筑信息由建筑结构信息和建筑环境信息组成。建筑结构信息包括建筑的空间、结构、面积、功能、高度、外维护结构、周边建筑体量；建筑环境信息包括建筑所在地的典型气候年逐时参数、建筑周围建筑物及景观、地形环境。典型气候年逐时参数包括逐时的太阳辐射总量、干湿球温度、风速。

将建筑信息按不同类别进行整理。对建筑结构信息与建筑环境信息的相关数据，建立建筑信息数据库；对于建筑结构信息与建筑环境信息的相关统计数据，为了提高计算速度，可利用数据库管理工具建立统计数据库。数据库采用常用的数据管理工具，如Access、Excel、SQLserver等。统计数据库隶属于建筑信息数据库。

建立建筑信息模型有两种方法：

第一种方法是将已在规划阶段使用BIM技术建立完成的建筑信息模型，通过IFC格式(建筑信息交换标准格式)进行数据交换与存储，供后续步骤使用。

第二种方法是使用步骤1收集的信息及该建筑的初步设计图，如DWG格式的计算机辅助设计图纸，应用BIM技术将二维图纸三维模型化，建立建筑三维信息模型，以IFC格式(建筑信息交换标准格式)存储。

上述两种方法的三维建模工具是使用符合BIM标准的，支持IFC数据格式的建筑设计软件。常用的有：AutodeskRevitArchitecture/Structure/MEP，BentleyArchitecture/Structure/BuildingMechanicalSystems，NemetschekGraphisoftArchiCAD/Allplan/Vectorworks。

BIM技术能够根据建立的建筑信息模型，统计出建筑的实际空间、结构、面积、功能、高度、外维护结构、周边建筑体量等信息。将IFC格式的模型与BIM统计的信息存入建筑信息数据库，使原有数据更为准确与全面。

步骤102：根据待匹配建筑对应的功能，从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；

根据建立的建筑信息模型及待匹配建筑的相应功能，结合建筑本身的实际设计，选择适宜待匹配建筑的光伏应用形式。

步骤103：根据光伏应用形式调用建立的光伏构件模型，调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息。组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距。将光伏构件信息按不同类别进行整理。对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库。

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。BIM技术采用的是参数化的设计方式，所以对于每种结合形式的光伏构件，建立一个模型即可。目前实际工程应用的光伏构件类型与结合形式如下表所示：

调整光伏构件参数时，首先确定光伏构件的类型及与建筑的结合形式，再调用相对应的光伏构件模型；然后更改光伏构件模型的相应参数，以获得与实际尺寸相一致的模型。光伏构件模型可更改的参数包括：光伏材质类型、排线方式、构件透明度、电池的几何形状及尺寸、固定支架的规格尺寸、构件倾斜角、构件方位角、通风流道尺寸。

BIM技术能够根据建立的光伏构件模型，统计出光伏构件的实际规格尺寸信息。将IFC格式的光伏构件模型与BIM统计的信息存入光伏构件信息数据库，使原有数据更为准确与全面。

步骤104：根据所述辐射分析模型，结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所述待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量；

根据收集的待匹配建筑所在地典型气候条件信息以及待匹配建筑的安装位置朝向，利用建立的辐射分析模型，结合建立的光伏构件信息库中组件信息，计算该建筑上所安装的光伏构件受到的逐时太阳辐射量。计算光伏构件受到的逐时辐射量时，通过模拟典型气候条件下太阳的运行轨迹，结合周围建筑、周围景观及建筑地形，精细化计算各光伏构间收到的逐时辐射量。

典型气候条件信息中有逐时太阳辐射量信息数据，但该数据是水平面上的辐射值。建筑上的光伏构件因多方面因素，安装时会有一定的倾斜角度和方位角度，且每个光伏构件倾斜角、方位角及其构件面积等参数各不相同，所以需要根据辐射分析模型，逐个计算安装在建筑上的光伏构件受到的逐时辐射量，单位：kWh/m²。计算公式如下：

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+\mathrm{\ρ}Hj\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tij为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_j为第j小时的太阳总辐射量、R_ij为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_i为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率；H_j、H_dj可由典型气象条件信息得到。

光伏构件对应的倾斜面上，每小时辐射量等于倾斜面上每小时太阳的直接辐射量、倾斜面上每小时的太阳散射量、倾斜面上每小时地面对太阳的反射量三者之和。

其中，H_j-H_dj为太阳的总辐射量减去散射的辐射量，得到的是每小时太阳直接照射的辐射量，再乘以倾斜面上太阳直射量与水平面上逐时太阳直射量的比例R_ij，得到的是倾斜面上第j小时太阳直接辐射量；第j小时的太阳散射辐射量是第j小时的散射辐射量H_dj乘以散射量修正因子第j小时地面对太阳的反射量是第j小时的太阳总辐射量H_j乘以地面反射率ρ，再乘以修正因子

确定接收的太阳的散射辐射量和地面对太阳的反射辐射量对应的修正因子时：当构件水平放置时，第i个光伏构件与水平面的倾角β_i＝0；由于构件水平放置，构件接收的太阳的散射辐射量最大，相当于光伏构件直接接受照射，但地面被构件本身遮挡，不存在反射，因此，散射的修正因子为1，反射的修正因子为0；随着第i个光伏构件与水平面的倾角β_i不断增大，受散射的面积不断减少，受地面的反射面积不断增大，相当于太阳的散射辐射量不断减小，而地面对太阳的反射辐射量不断增大，当构件垂直放置时，光伏构件与水平面的倾角β_i＝90，由于光伏构件垂直放置，地面对太阳的反射光线和太阳的散射光线都与光伏构件成角度相等，即光伏构件所在的倾斜面只能得到半个天空的散射与地面反射，因此接收的太阳的散射辐射量和地面对太阳的反射辐射量对应的修正因子均为1/2。随着第i个光伏构件与水平面的倾角β_i继续增大，受天空中太阳散射辐射量对应的面积继续减少，受地面的反射辐射量对应的面积继续增大，直至光伏构件与水平面的倾角β_i＝180，即光伏构件所在的倾斜面只能得到全部的地面反射辐射量，天空中太阳的散射辐射量为零。

本实施例中，第i个光伏构件上第j小时倾斜面上太阳直射量与水平面上逐时太阳直射量的比例R_ij为：

$R_{ij}=\frac{A{\mathrm{cos\ω}}_i-B+C{\mathrm{sin\ω}}_i}{{\mathrm{cos\ω}}_i-{\mathrm{cos\ω}}_s}$

B＝cosω_scosβ_i+tanδsinβ_icosγ_i、公式中，分子是倾斜表面上太阳入射角的余弦值，分母是太阳天顶角的余弦值。

其中，ω_i为第i个小时的太阳时角(太阳所在的时圈(地球上的经度圈)与通过南点的时间圈间构成的夹角，称为时角)，为单位时间地球自转的角度定义为时角。规定每日的正午时角为0度，上午时角的值为负值，下午时角的值为正值；地球自转一周360度，对应的时间为24小时，即每小时相应的时角为15度。ω_s为日落时角，通过公式得到；为当地纬度、δ为太阳赤纬角、γ_i为第i个光伏构件的方位角。

步骤105：根据所述待匹配建筑上所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，结合所述光伏构件模型存储的光伏组件信息，将待匹配建筑中各光伏构件的逐时辐射量转换为实际产生的逐时电量，预测待匹配建筑的发电分布。

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距；将光伏构件信息按不同类别进行整理；对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库；

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。

根据最终确定安装在建筑上的光伏构件的数量i及各自的尺寸参数，计算出该建筑光伏构件的安装面积。

安装面积A的计算公式：

$A=\underset{1}{\overset{i}{\Σ}}{A}_i$

式中：i——光伏构件的个数、A_i——第i个光伏构件的面积。

得到所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量计算结果后，根据存储的光伏组件信息，建立辐射量-发电量的转换模型，将每个光伏构件的逐时辐射量转换成实际可产生的逐时电量。建筑光伏发电系统在第j小时的理论发电量(kwh)：

$P_{tj}=\underset{1}{\overset{i}{\Σ}}{H}_{tij}\×A_i\×Z_{pi}$

式中：H_tij——第i个光伏构件在第j小时的辐射量、A_i——第i个光伏构件的安装面积、Z_pi——第i个光伏构件的光电转换效率；

光伏系统在第j小时的实际发电量(kWh)

P_j＝P_t×Z₁×Z₂×Z₃×Z₄×Z₅

式中：Z₁——逆变器效率、Z₂——交流并网效率、Z₃——构件温度折损系数、Z₄——构件积灰折损系数、Z₅——线损折损系数。

将计算的建筑光伏系统的逐时发电量，转换成每日、每月、每年以及全生命周期的发电量。

光伏系统每日的总发电量：

$P_d=\underset{j=5}{\overset{21}{\Σ}}{P}_j$

式中：Pj——系统在第j小时的实际发电量。

光伏系统每月的总发电量：

P_m＝P_d×M

式中：P_d——建筑光伏系统每日的总发电量、M——当月的天数。

光伏系统年总发电量：

$P_y=\underset{m=1}{\overset{12}{\Σ}}{P}_m$

式中：P_m——建筑光伏系统第m月的发电量。

生命周期内的总发电量：

P_c＝C×P_y

式中：C——建筑光伏系统的寿命，根据系统的实际情况，C的取值范围{C|25≤C≤30}；P_y——建筑光伏系统年总发电量。

根据计算得到的建筑光伏系统每日、每月、每年以及全生命周期的发电量，生成相对应的数据表格及曲线，供项目决策者参考、使用。

本发明实施例提供了一种基于建筑信息模型的发电预测方法，收集了建筑与光伏构件的多种参数信息，并基于此建立建筑信息模型和光伏构件模型，以及相应的信息数据库，采用BIM的建模与分析手段，利用建筑所在地的典型气象条件，计算每个光伏构件在每个小时的辐射量，可在太阳能光电建筑项目规划初期进行准确的发电量预测，提高了计算的准确性和精确度。

本发明还公开了一种基于建筑信息模型的发电预测装置，如图2所示，包括如下模块：

采集模块201，用于收集建筑结构信息和建筑环境信息，按类别整理后建立建筑信息模型；

选择模块202，用于根据待匹配建筑对应的功能，从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；

配置模块203，用于根据光伏应用形式调用建立的光伏构件模型，调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；

辐射计算模块204，用于根据所述辐射分析模型，结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所述待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量：

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+{\mathrm{\ρH}}_j\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tij为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_j为第j小时的太阳总辐射量、R_ij为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_i为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率；

电量转换模块205，用于根据所述待匹配建筑上所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，结合所述光伏构件模型存储的光伏组件信息，将待匹配建筑中各光伏构件的逐时辐射量转换为实际产生的逐时电量，预测待匹配建筑的发电分布。

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距；将光伏构件信息按不同类别进行整理；对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库；

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。

优选的，装置还包括：功率计算模块，用于根据所述光伏构件模型上获取的每件光伏组件的尺寸参数，计算所述光伏构件模型对应的光伏构件的安装面积。

优选的，所述建筑结构信息包括：建筑的空间、结构、面积、功能、高度、外部维护结构、周边建筑体量。

优选的，所述建筑环境信息包括：建筑所在地的典型气候年逐时参数、建筑周围建筑物及景观、地形环境；典型气候年逐时参数包括逐时的太阳辐射总量、干湿球温度、风速。

优选的，所述建筑信息模型应用BIM技术将二维图纸三维模型化，建立建筑三维信息模型，以IFC格式存储。

优选的，所述光伏构件模型中的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；所述组件信息包括：光伏材料类型、标称功率、排线类型、材质透明度；所述安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件的规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与其他建筑的间距。

优选的，建立光伏构件模型时，确定光伏构件的类型及与建筑的结合形式，建立相对应的光伏构件模型，调整光伏构件模型的相应参数，以获得与所述待匹配建筑的实际尺寸相一致的模型；所述光伏构件模型调整的参数包括：光伏材质类型、排线类型、材质透明度、电池的几何形状及尺寸、构件的规格尺寸、倾斜角度、方位角度、通风流道尺寸。

优选的，所述配置模块，具体用于根据周围建筑或建筑本身结构遮挡太阳照射的情况，以及建筑外围护结构的功能，遴选出太阳照射不受遮挡的且不被其他设备占用的光伏安装位置；再结合所述光伏安装位置的实际面积和所处环境，选择合适的光伏构件类型和光伏组件材质配置在所述光伏安装位置上。

优选的，装置还包括：逐时计算模块，用于根据待匹配建筑对应的辐射分析模型，逐个计算安装在建筑上的光伏构件受到的逐时辐射量；

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+{\mathrm{\ρH}}_j\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tij为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_j为第j小时的太阳总辐射量、R_ij为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_i为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率。

本实施例中，第i个光伏构件上第j小时倾斜面上太阳直射量与水平面上逐时太阳直射量的比例R_ij为：

$R_{ij}=\frac{A{\mathrm{cos\ω}}_i-B+C{\mathrm{sin\ω}}_i}{{\mathrm{cos\ω}}_i-{\mathrm{cos\ω}}_s}$

B＝cosω_scosβ_i+tanδsinβ_icosγ_i、公式中，分子是倾斜表面上太阳入射角的余弦值，分母是太阳天顶角的余弦值。

其中，ω_i为第i个小时的太阳时角(太阳所在的时圈(地球上的经度圈)与通过南点的时间圈间构成的夹角，称为时角)，为单位时间地球自转的角度定义为时角。规定每日的正午时角为0度，上午时角的值为负值，下午时角的值为正值；地球自转一周360度，对应的时间为24小时，即每小时相应的时角为15度。ω_s为日落时角，通过公式得到；为当地纬度、δ为太阳赤纬角、γ_i为第i个光伏构件的方位角。

优选的，所述电量转换模块，具体用于计算所述待匹配建筑在每日、每月、每年以及全生命周期的发电量，拟合为相对应的数据表格及曲线。

本发明实施例提供了一种基于建筑信息模型的发电预测方法和装置，收集了建筑与光伏构件的多种参数信息，并基于此建立建筑信息模型和光伏构件模型，以及相应的信息数据库，采用BIM的建模与分析手段，利用建筑所在地的典型气象条件，计算每个光伏构件在每个小时的辐射量，可在太阳能光电建筑项目规划初期进行准确的发电量预测，提高了计算的准确性和精确度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于建筑信息模型的发电预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

收集建筑结构信息和建筑环境信息，按类别整理后建立建筑信息模型；

根据待匹配建筑对应的功能，从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；

根据光伏应用形式调用建立的光伏构件模型，调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；

根据所述辐射分析模型，结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所述待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量：

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+{\mathrm{\ρH}}_j\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tii为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_i为第j小时的太阳总辐射量、R_ii为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_j为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率；

根据所述待匹配建筑上所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，结合所述光伏构件模型存储的光伏组件信息，将待匹配建筑中各光伏构件的逐时辐射量转换为实际产生的逐时电量，预测待匹配建筑的发电分布；

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距；将光伏构件信息按不同类别进行整理；对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库；

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述建筑结构信息包括：建筑的空间、结构、面积、功能、高度、外部维护结构、周边建筑体量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述建筑环境信息包括：建筑所在地的典型气候年逐时参数、建筑周围建筑物及景观、地形环境；典型气候年逐时参数包括逐时的太阳辐射总量、干湿球温度、风速。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述建筑信息模型应用建筑信息模型(BIM)技术将二维图纸三维模型化，建立建筑三维信息模型，以IFC格式存储。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立光伏构件模型时，确定光伏构件的类型及与建筑的结合形式，建立相对应的光伏构件模型，调整光伏构件模型的相应参数，以获得与所述待匹配建筑的实际尺寸相一致的模型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量时，通过模拟典型气候条件下太阳的运行轨迹，结合周围建筑、周围景观及建筑地形，精细化计算各光伏构件收到的逐时辐射量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测待匹配建筑的发电分布时，计算所述待匹配建筑在每日、每月、每年以及全生命周期的发电量，拟合为相对应的数据表格及曲线。

8.一种基于建筑信息模型的发电预测装置，其特征在于，包括如下模块：

采集模块，用于收集建筑结构信息和建筑环境信息，按类别整理后建立建筑信息模型；

选择模块，用于根据待匹配建筑对应的功能，从建立的建筑信息模型中选择对应的光伏应用形式；

配置模块，用于根据光伏应用形式调用建立的光伏构件模型，调整相应的光伏构件参数，将光伏构件逐件在建立的建筑信息模型上进行配准，矢量化得到待匹配建筑对应的辐射分析模型；

辐射计算模块，用于根据所述辐射分析模型，结合所述光伏构件模型中获取的组件信息，计算所述待匹配建筑上所配置的光伏构件典型气候下受到的逐时太阳辐射量：

$H_{tij}=(H_j-H_{dj})R_{ij}+H_{dj}\frac{1+{\mathrm{cos\β}}_i}{2}+{\mathrm{\ρH}}_j\frac{1-{\mathrm{cos\β}}_i}{2}$

其中，H_tij为第i个光伏构件上第j小时的辐射量、H_dj为第j小时的散射辐射量、H_j为第j小时的太阳总辐射量、R_ij为第i个光伏构件上第j小时中太阳直射量逐时的倾斜比例、β_i为第i个光伏构件与水平面的倾角、ρ为地面反射率；

电量转换模块，用于根据所述待匹配建筑上所配置的光伏构件受到的逐时太阳辐射量，结合所述光伏构件模型存储的光伏组件信息，将待匹配建筑中各光伏构件的逐时辐射量转换为实际产生的逐时电量，预测待匹配建筑的发电分布；

建立光伏构件模型时，首先收集光伏构件的光伏构件信息，收集的光伏构件信息包括组件信息和安装信息；组件信息包括：光伏材料、标称功率、排线类型、材质透明度；安装信息包括：与建筑的一体化形式，不同一体化形式对应的构件规格尺寸、安装方式、倾斜角度、方位角度、与建筑的间距；将光伏构件信息按不同类别进行整理；对光伏组件信息与安装信息的相关数据，建立光伏构件信息数据库；

利用收集的光伏构件信息建模时，通过BIM技术建立建筑光伏构件的三维模型，并以IFC格式存储。