CN103929130A - 一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法，包括以下步骤：一、制作至少两块基准板；二、将基准板竖向安装在设有单个光源的场地，基准板并列排布且其受光面朝向观察者和光源，观察者的眼睛、每块基准板的中心部位与光源之间的夹角α均相同；三、采用相机作为观察者的眼睛，拍摄每块基准板的照片；四、判定每张照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级；五、将所得结果进行对比，区分基准板的防眩光能力。本发明使用方便，实施成本低，不局限于封闭空间中测试。在相同条件下的实验环境中，各基准板ω、p、L_b数学关系值相等，数值可约束，可比较各基准板眩光能力，为鉴定新的防眩光光伏组件的防眩光能力提供比较标准，指导其设计和应用。

Description

一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏领域的测评技术，特别是涉及一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法。

背景技术

眩光是指视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。眩光是引起视觉疲劳的重要原因之一，可能引起厌恶、不舒服甚至丧失明视度。

光伏组件的眩光是由户外强光在光伏组件的表面上产生反射所引起的。它对眼睛具有一定的影响并造成眼部不适，在驾驶或户外运动时产生的眩光有可能引起一定的危险。随着光伏太阳能组件的应用范围不断扩大，其越来越多地出现在我们的视野中。由于常规光伏组件的上盖板为玻璃板，其在光源下有镜面反射，因此极易在强光下变成眩光污染源。根据眩光的限制等级，光伏产品在机场、公路、居民区的附近有一定的管控要求。

现有眩光等级评估方法主要有UGR(Unified Glare Rati)、BGI(British GlareIndex)、CGI(CIE Glare Index)三种眩光指数标准，其主要应用于室内或一定空间内的灯具光源产生的眩光指数的计算。其中，UGR是通过与产生眩光有关的各种参数计算得到的表征整个照明空间的不舒适眩光程度的值，UGR是一种将各国建立的眩光评价方法综合起来的更加实用的指标。

UGR的计算公式如下：

$\mathrm{UGR}=8\log [\frac{0.25}{L_b}\·\mathrm{\Σ}\frac{L^2\mathrm{\ω}}{p^2}]---\left(1\right)$

式中：L_b——背景亮度(cd/m²)；

L——观察者方向每个灯具的亮度(cd/m²)；

ω——每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角(sr)；

p——每个单独灯具的位置指数。

CGI的计算公式如下：

$\mathrm{CGI}=8{\mathrm{Lg}}^2\left[\frac{1+\mathrm{Ed}/500}{\mathrm{Ed}+\mathrm{Ei}}\mathrm{\Σ}\frac{L^2\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ρ}}^2}\right]---\left(2\right)$

式中：CGI一一CIE眩光指数。

Ed——眼睛处的直接垂直照度(lx)，来自眩光源。

Ei——眼睛处的间接垂直照度(lx)，来自背景。

L——眩光源的亮度(cd/m²)。

ω——眩光源的大小(Sr)。

P——Guth位置指数(位置因数)。

由公式（1）、（2）可知，眩光指数是根据眩光产生的条件，对观察者位置所观察的视点、背景亮度和光源亮度之比的一个修正系数，再由数值与主观评价挂钩，得出一个眩光等级的级别。

表1CGI值与主观评价的关系

表2UGR值与不舒适眩光程度对应关系

但是，将上述眩光等级评估方法应用于评估光伏组件眩光能力是不适用的，这是因为：太阳能光伏系统建设场地是处于户外且为开放的立体空间，而空间测量亮度、观察者所处的立体视角等，在户外及开放的立体空间中测量难度非常大，即背景亮度和光源亮度无法测试获得。

目前，本行业对于防眩光光伏产品的防眩光能力的评估仅凭经验判断，因此无法准确评估防眩光光伏产品的防眩光能力。对于光伏系统，尤其是建筑一体化的光伏系统结构设计而言，缺少科学评估光伏太阳能组件防眩光能力的方法是光伏系统使用安全性评估的缺失，也是当前本行业亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用方便、实施成本低、能够评估防眩光光伏组件的防眩光能力的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，可指导新的防眩光光伏组件的设计和应用。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于包括以下步骤：

一、制作至少两块基准板；

二、将基准板竖向安装在设有单个光源的场地，基准板并列排布且其受光面朝向观察者和光源，观察者的眼睛、每块基准板的中心部位与光源之间的夹角α均相同；

三、采用相机作为观察者的眼睛，拍摄每块基准板的照片；

四、判定每张照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级：

㈠若能够用肉眼判定全部照片中基准板上光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，转入步骤五、；

㈡若不能用肉眼判定全部照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级，则；

①能够用肉眼判定部分照片中基准板上光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，转入步骤五、；

②将其余照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，转入步骤五、；

㈢若全部照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级均不能用肉眼判定，则将全部照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，转入步骤五、；

五、将所得结果进行对比，区分基准板的防眩光能力。

本发明不需要专业化的设备测量空间亮度和光源形成的立体视角，因此使用方便，实施成本低，也不局限于在封闭空间中进行测试。在相同条件下的实验环境中，若采用公式（1）计算，由于各基准板的ω、p、L_b的数学关系值是相等的，因此，各组计算结果在相比时，数值可约束，能够比较各基准板的眩光能力并加以区分，以便为鉴定新的防眩光光伏组件的防眩光能力提供比较标准，指导新的防眩光光伏组件的设计和应用。

本发明的不舒适程度等级是指：表2中不舒适眩光程度。

本发明测评测试样品的防眩光能力，包括以下具体步骤：

⑴、将测试样品竖向安装在设有单个光源的场地，其受光面朝向观察者和光源，观察者的眼睛、测试样品的中心部位与光源之间的夹角β和α相同；

⑵、采用相机作为观察者的眼睛，拍摄测试样品的照片；

⑶、判定照片中测试样品上的光斑的不舒适程度等级：

①若能够用肉眼判定照片中测试样品上的光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，转入步骤⑷、；

②若不能用肉眼判定照片中测试样品上光斑的不舒适程度等级，则将拍摄基准板的照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b、拍摄测试样品的照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，转入步骤⑷、；

⑷、将所得结果进行对比，区分测试样品和基准板的防眩光能力：

①若测试样品的防眩光能力强于基准板的防眩光能力，记录比对结果；

②若测试样品的防眩光能力弱于基准板的防眩光能力，再依次与防眩光能力较弱的基准板比较，直至测试样品的防眩光能力强于基准板为止，记录比对结果。

本发明不是直接计算获得测试样品的眩光指数，而是将测试样品与基准板相比较，得出测试样品的眩光能力大于或者小于基准板的眩光能力，即将眩光能力不同的基准板划分为若干个等级，使得测试样品的防眩光能力处于这些眩光能力等级之间，因此，就可以评估新防眩光光伏组件（测试样品）应用系统的防眩光能力。

作为本发明的一种改进，在所述步骤⑶、②中，若拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b与拍摄基准板的照片上的背景亮度L_b不同，对拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b进行修正，修正值为拍摄基准板的照片上的背景亮度L_b和拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b之差，同时，拍摄测试样品的照片上的光斑亮度L加上修正值后再代入公式⑴。

作为本发明的一种优选实施方式，所述测试样品的最小面积是300×300mm。

作为本发明的一种实施方式，所述光斑亮度L和背景亮度L_b是通过将照片上的光斑和背景的三原色数值分别转化为相对亮度后获得。

本发明在完成步骤三、之后，校验照片的曝光度，若曝光度相同，转入步骤四、，若曝光度不同，转入步骤三、。曝光度用于判断所拍摄的照片是否有效，即相机是否存在机械故障或者人为操作失误。

作为本发明的一种优选实施方式，β和α均是0～14°。0～14°为极强烈眩光区。

作为本发明的一种实施方式，所述光源采用太阳，太阳作为室外光源分为强光和超强光两个级别，室外光源的强光照度为0.55～0.75E0，室外光源的超强光照度为0.75～0.85E0，E0=126800lx。

作为本发明的另一种实施方式，所述光源采用室内光源，室内光源分为强光和超强光两个级别，室内光源的强光照度为500～1000lx，室内光源的超强光照度为1400-2000lx。

优选地，所述相机的拍摄角度为0°，即相机的镜头与基准板或者测试样品的中心部位处于同一水平。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明在相同条件下的实验环境中，若采用公式（1）计算，由于各基准板的ω、p、L_b的数学关系值是相等的，因此，各组计算结果在相比时，数值可约束，能够比较各基准板的眩光能力并加以区分，以便为鉴定新的防眩光光伏组件的防眩光能力提供比较标准，指导新的防眩光光伏组件的设计和应用。

⑵本发明不是直接计算获得测试样品的眩光指数，而是将测试样品与基准板相比较，得出测试样品的眩光能力大于或者小于基准板的眩光能力，即将眩光能力不同的基准板划分为若干个等级，使得测试样品的防眩光能力处于这些眩光能力等级之间，因此，就可以评估新防眩光光伏组件（测试样品）应用系统的防眩光能力，能够设计并鉴定是否适合系统建设场地的眩光限制等级。

⑶本发明不需要专业化的设备测量空间亮度和光源形成的立体视角，因此使用方便，实施成本低，也不局限于在封闭空间中进行测试。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明测试原理示意图之一；

图2是本发明测试原理示意图之二；

图3是不同视角产生的眩光等级示意图。

具体实施方式

根据UGR计算定义，在光伏产品应用案例中影响眩光等级的主要物理量为光源亮度（反射）和背景亮度，这两个物理量直接影响组件的防眩光能力。

影响光源亮度的做法有（降低组件上表面反射率，镜面反射率依次减少）：

使用普通光伏玻璃	严重刺眼
		使用含减反射膜的光伏玻璃	晃眼
使用压花面超外的光伏玻璃	略感不舒服

（表3）

影响背景亮度的做法有（主要是光伏背板的反射率）：

使用反射率高的背板（白色）

亮

使用反射率低的背板（黑色）

暗

（表4）

按以上叙述的条件交叉搭配，制作6块基准板，设立6种光伏产品防眩光能力基准线。

如图1所示，是本发明一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法，包括以下步骤：

一、制作至少两块基准板，在本实施例中，共制作6块基准板3，基准板3的最小面积是300×300mm，第一块基准板A采用普通光伏玻璃+黑色背板，第二块基准板B采用普通光伏玻璃+白色背板，第三块基准板C采用含减反射膜的光伏玻璃+黑色背板，第四块基准板D采用含减反射膜的光伏玻璃+白色背板，第五块基准板E采用压花面超外的光伏玻璃+黑色背板，第六块基准板E采用压花面超外的光伏玻璃+白色背板；

二、将6块基准板3竖向安装在设有单个光源1的试验场地，在本实施例中，试验场地处于室外，光源为太阳，太阳作为室外光源分为强光和超强光两个级别，室外光源的强光照度为0.55～0.75E0，室外光源的超强光照度为0.75～0.85E0，E0=126800lx。

各基准板3并列排布且其受光面朝向观察者和光源1，观察者的眼睛2、每块基准板3的中心部位与光源1之间的夹角α均相同，在本实施例中，α=10°；

三、采用相机作为观察者的眼睛2，拍摄每块基准板3的照片，相机的拍摄角度为0°，即相机的镜头与基准板的中心部位处于同一水平；

在完成步骤三、之后，校验照片的曝光度，若曝光度相同，转入步骤四、，若曝光度不同，转入步骤三、。曝光度用于判断所拍摄的照片是否有效，即相机是否存在机械故障或者人为操作失误；

四、判定每张照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级：

㈠若能够用肉眼判定全部照片中基准板上光斑的不舒适程度等级，则根据表2直接判定不舒适程度等级，转入步骤五、；

㈡若不能用肉眼判定全部照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级，则；

①能够用肉眼判定部分照片中基准板上光斑的不舒适程度等级，则根据表2直接判定不舒适程度等级，转入步骤五、；

②将其余照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴：

$\mathrm{UGR}=8\log [\frac{0.25}{L_b}\·\mathrm{\Σ}\frac{L^2\mathrm{\ω}}{p^2}]---\left(1\right)$

式中：L_b——背景亮度(cd/m²)；

L——观察者方向每个灯具的亮度(cd/m²)；

ω——每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角(sr)；

p——每个单独灯具的位置指数。

即光斑亮度L代替公式⑴中观察者方向每个灯具的亮度L，以下情况同此；转入步骤五、；

㈢若全部照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级均不能用肉眼判定，则将全部照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴：

$\mathrm{UGR}=8\log [\frac{0.25}{L_b}\·\mathrm{\Σ}\frac{L^2\mathrm{\ω}}{p^2}]$

式中：L_b——背景亮度(cd/m²)；

L——观察者方向每个灯具的亮度(cd/m²)；

ω——每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角(sr)；

p——每个单独灯具的位置指数。

转入步骤五、；

本实施例属于㈡所述情况：第五、步骤，将所得结果进行对比，区分基准板的防眩光能力，在本实施例中，能够用肉眼判定第一块基准板A为严重刺眼，第二、四块基准板B、D为刺眼，第三块基准板C为晃眼，第五块基准板E为略感不舒服，第六块基准板F为有轻微感觉。

其中，第二、四块基准板B、D的不舒适程度等级不能用肉眼辨别，将第二、四块基准板B、D照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴：

$\mathrm{UGR}=8\log [\frac{0.25}{L_b}\·\mathrm{\Σ}\frac{L^2\mathrm{\ω}}{p^2}]---\left(1\right)$

式中：L_b——背景亮度(cd/m²)；

L——观察者方向每个灯具的亮度(cd/m²)；

ω——每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成

的立体角(sr)；

p——每个单独灯具的位置指数。

光斑亮度L和背景亮度L_b是通过将照片上的光斑和背景的三原色数值分别转化为相对亮度后获得，其中，颜色可采用软件提取得到，三原色数值转换成亮度是现有技术，首先标准的亮度公式：Y（亮度）=（0.299*R）+（0.587*G）+(0.114*B)式中：R代表红色分量的值，G为绿色分量的值，B为蓝色分量的值。为了便于计算，一般采用快速算法，快速算法不采用标准公式，而使用以下只取小数点后两个有效位的近似公式：Y（亮度）=（0.30*R）+（0.59*G）+(0.11*B)，对于24位图像而言，由于红、绿、蓝三原色分量的值域为0～255，我们将软件提取的三原色数值代入公式⑴即可。

将第二、四块基准板B、D照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴后，由于ω、p、L_b的数学关系值是相等的，因此，各组计算结果相比时，数值可约束，能够比较各基准板的眩光能力并加以区分。

如图2所示，测评测试样品4的防眩光能力，包括以下具体步骤：

⑴、将测试样品4竖向安装在设有单个光源1的场地，测试样品4为两个，分别是测试样品G、H，最小面积是300×300mm，其受光面朝向观察者和光源，观察者的眼睛、测试样品4的中心部位与光源之间的夹角β和α相同，即与判定基准板眩光等级时处于相同条件下的实验环境中；

⑵、采用相机作为观察者的眼睛，分别拍摄测试样品G、H的照片；

⑶、判定照片中测试样品上的光斑的不舒适程度等级：

①若能够用肉眼判定照片中测试样品上的光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，在本实施例中，照片中测试样品G上的光斑的不舒适程度等级可用肉眼判定，转入步骤⑷、；

②若不能用肉眼判定照片中测试样品上光斑的不舒适程度等级，在本实施例中，照片中测试样品H上的光斑的不舒适程度等级不能用肉眼判定，即测试样品H上的光斑的不舒适程度等级和基准板A上的光斑的不舒适程度等级不能区分，则将拍摄基准板A的照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b、拍摄测试样品H的照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，若拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b与拍摄基准板的照片上的背景亮度L_b不同，对拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b进行修正，修正值为拍摄基准板的照片上的背景亮度L_b和拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b之差，同时，拍摄测试样品的照片上的光斑亮度L加上修正值后再代入公式⑴，转入步骤⑷、；

⑷、将所得结果进行对比，区分测试样品和基准板的防眩光能力：

①若测试样品的防眩光能力强于基准板的防眩光能力，记录比对结果；

在本实施例中，照片中测试样品G上的光斑的不舒适程度等级可用肉眼判定，该测试样品G的防眩光能力强于基准板A的防眩光能力，即比严重刺眼还要强，将测试样品G的防眩光能力记录为A+，完成测评；

②若测试样品的防眩光能力弱于基准板的防眩光能力，再依次与防眩光能力较弱的基准板比较，直至测试样品的防眩光能力强于基准板为止，记录比对结果。

在本实施例中，照片中测试样品H上的光斑的不舒适程度等级不能用肉眼判定，通过计算得出，该测试样品H的防眩光能力弱于基准板A的防眩光能力，即比严重刺眼要弱，将测试样品H的防眩光能力再与基准板B、D中较强防眩光能力的基准板比较，直至测试样品的防眩光能力强于所比较的基准板为止，完成测评。

在其它实施例中，观察者的眼睛、基准板的中心部位与光源之间的夹角α，观察者的眼睛、测试样品的中心部位与光源之间的夹角β均可为0～14°，如图3所示，0～14°为极强烈眩光区，在最严苛条件下得出的防眩光光伏组件的防眩光能力是最强的，因此无需在其它视角条件下再对防眩光光伏组件的防眩光能力进行测评。另外，光源采用室内光源，室内光源分为强光和超强光两个级别，室内光源的强光照度为500～1000lx，室内光源的超强光照度为1400-2000lx。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于包括以下步骤：

一、制作至少两块基准板；

二、将基准板竖向安装在设有单个光源的场地，基准板并列排布且其受光面朝向观察者和光源，观察者的眼睛、每块基准板的中心部位与光源之间的夹角α均相同；

三、采用相机作为观察者的眼睛，拍摄每块基准板的照片；

四、判定每张照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级：

㈠若能够用肉眼判定全部照片中基准板上光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，转入步骤五、；

㈡若不能用肉眼判定全部照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级，则；

①能够用肉眼判定部分照片中基准板上光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，转入步骤五、；

②将其余照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，转入步骤五、；

㈢若全部照片中基准板上的光斑的不舒适程度等级均不能用肉眼判定，则将全部照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，转入步骤五、；

五、将所得结果进行对比，区分基准板的防眩光能力。

2.根据权利要求1所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：测评测试样品的防眩光能力，包括以下具体步骤：

⑴、将测试样品竖向安装在设有单个光源的场地，其受光面朝向观察者和光源，观察者的眼睛、测试样品的中心部位与光源之间的夹角β和α相同；

⑵、采用相机作为观察者的眼睛，拍摄测试样品的照片；

⑶、判定照片中测试样品上的光斑的不舒适程度等级：

①若能够用肉眼判定照片中测试样品上的光斑的不舒适程度等级，则直接判定不舒适程度等级，转入步骤⑷、；

②若不能用肉眼判定照片中测试样品上光斑的不舒适程度等级，则将拍摄基准板的照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b、拍摄测试样品的照片上的光斑亮度L和背景亮度L_b分别代入公式⑴，转入步骤⑷、；

⑷、将所得结果进行对比，区分测试样品和基准板的防眩光能力：

①若测试样品的防眩光能力强于基准板的防眩光能力，记录比对结果；

②若测试样品的防眩光能力弱于基准板的防眩光能力，再依次与防眩光能力较弱的基准板比较，直至测试样品的防眩光能力强于基准板为止，记录比对结果。

3.根据权利要求2所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：在所述步骤⑶、②中，若拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b与拍摄基准板的照片上的背景亮度L_b不同，对拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b进行修正，修正值为拍摄基准板的照片上的背景亮度L_b和拍摄测试样品的照片上的背景亮度L_b之差，同时，拍摄测试样品的照片上的光斑亮度L加上修正值后再代入公式⑴。

4.根据权利要求3所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：所述测试样品的最小面积是300×300mm。

5.根据权利要求4所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：所述光斑亮度L和背景亮度L_b是通过将照片上的光斑和背景的三原色数值分别转化为相对亮度后获得。

6.根据权利要求5所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：在完成步骤三、之后，校验照片的曝光度，若曝光度相同，转入步骤四、，若曝光度不同，转入步骤三、。

7.根据权利要求6所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：β和α均是0～14°。

8.根据权利要求1～7任一项所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：相机的拍摄角度为0°。

9.根据权利要求8所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：所述光源采用太阳，太阳作为室外光源分为强光和超强光两个级别，室外光源的强光照度为0.55～0.75E0，室外光源的超强光照度为0.75～0.85E0，E0=126800lx。

10.根据权利要求8所述的防眩光光伏组件眩光等级测评方法，其特征在于：所述光源采用室内光源，室内光源分为强光和超强光两个级别，室内光源的强光照度为500～1000lx，室内光源的超强光照度为1400-2000lx。