CN107403041B - 一种光伏电站设计系统及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电站设计系统，其包括取景单元、输入单元、计算单元、查询单元、数据单元、设计单元以及输出单元；该光伏电站设计系统设置于移动终端以及移动终端通信连接的远端控制中心中，通过移动终端对房屋外景拍照，并输入房屋长、宽、朝向，即可分步骤的实现分布式光伏电站的装机容量设计、电气设计、平面布局图设计、立面图设计、支架设计、并网方式设计。还提供了所述光伏电站设计系统的设计方法。本发明可以通过移动终端输入房屋或土地尺寸和方位，以及端可以对现场取景，并将输入的信息通过计算和设计形成光伏电站的设计清册和布局，相比于传统的人为设计，由智能设备自动完成，使用便捷快速，从而大大提高光伏系统设计的效率。
Description
技术领域：
本发明涉及光伏发电站设计技术领域，尤其涉及一种适用于分布式光伏电站的设计系统以及该系统的设计方法。
背景技术：
光伏设计行业作为一种具备新能源血统的传统行业，整个行业的设计工作流程仍然是由设计师人为完成，效率较低，费时费力。经过光伏行业的不断发展，大型集中式光伏电站的开发已经进入瓶颈阶段，分布式光伏电站、村级光伏电站、农光互补型光伏电站将会成为发展趋势，光伏电站将向着小型、微型电站发展。
近几年，随着人工智能AI的发展，越来越多的行业被AI所渗透。究其原因，就是能够有效的节约成本，并且大幅度的提高工作效率。为了能够快速的设计出光伏电站，人们不断地进行了各种尝试。为此，根据多年的光伏行业积累的经验及数据，与目前大数据应用相结合，利用数据仓库与客户的基本信息，经过一定的算法，为了快速得到建设电站所使用的材料清单，电站合理布局等，有必要研发出一种适用于分布式光伏电站的设计系统以及该系统的设计方法。
发明内容：
本发明的目的旨在提供一种光伏电站设计系统及其设计方法，通过计算机大数据的收集来完成对光伏电站进行设计，减少人为的参与，提高光伏系统设计效率。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种光伏电站设计系统，包括取景单元、输入单元、计算单元、查询单元、数据单元、设计单元、以及输出单元，取景单元与输入单元连接计算单元的一端，计算单元的另一端分别连接查询单元和设计单元的一端，查询单元的另一端分别连接数据单元和设计单元，设计单元的另一端与输出单元连接；其中：
所述取景单元用于拍照获得设计光伏电站区域的基础实景图；
所述输入单元用于通过手动输入设计光伏电站区域的地理位置、房屋或土地长宽以及朝向；
所述数据单元用于拥有全国气象数据信息、全国光伏最佳倾角数据、光伏组件技术规格参数、逆变器技术规格参数、直流线缆规格参数表和交流线缆规格参数表、光伏支架结构图、以及220V/380V并网示意图；
所述查询单元用于根据输入的地理位置查询当地的最佳倾角和当地风压、雪压，根据确定的光伏组件数量查询符合条件的逆变器，根据光伏组件规格查询使用直流电缆的规格型号，根据逆变器选型查询使用交流输出线缆规格型号，根据平面布局和立面图的绘制查询适合支架图，根据确定的并网方式查询并网示意图；
所述计算单元用于通过所查询的当地最佳倾角计算出当地的阴影遮挡距离，通过输入的房屋或者土地长宽和朝向计算出使用光伏组件数量，通过查询出符合逆变器的型号计算出使用逆变器的数量，根据光伏组件规格计算使用直流电缆的规格型号，根据逆变器选型计算使用交流输出线缆规格型号；
所述设计单元用于根据计算出使用光伏组件的数量建立电站系统的平面布局图，根据查询出所在地的风压和雪压数据绘制出电站立面图，根据平面布局和立面图的绘制导入相应的光伏支架图，根据所选择装机容量和逆变器规格确定电站并网方式(单项220V/三项380V)并网导入相应的并网示意图；
所述输出单元用于根据计算单元所计算的数据生成光伏电站设备配置清单，包括光伏组件数量规格、逆变器数量规格、支架数量规格、直流线缆规格、交流线缆规格；根据设计单元设计完成的相关图纸生成光伏电站设计图纸，包括：电站平面布局图、电站立面图、支架结构图、并网方式示意图；形成光伏电站设计所需的全套资料。
上述光伏电站设计系统设置于移动终端以及移动终端通信连接的远端控制中心中，通过移动终端对房屋外景拍照，并输入房屋长、宽、朝向，即可分步骤的实现分布式光伏电站的装机容量设计、电气设计、平面布局图设计、立面图设计、支架设计、并网方式设计。
本发明的另一个目的是提供上述光伏电站设计系统的设计方法，该设计方法设置于移动终端中，该移动终端采用智能手机或者类似的智能移动终端。
上述光伏电站设计系统的设计方法包含移动终端以及移动终端通信连接的远端控制中心；所述移动终端设置有系统的取景单元和输入单元；所述远端控制中心设置有系统的查询单元、计算单元和设计单元，则数据查询、计算和设计通过远程控制中心进行；所述移动终端为最终输出和用户使用，远程控制中心为计算和设计结果的产生和归集，使其形成手机终端可以查看的文件，则系统的输出单元根据任务的不同分别设置于移动终端和远端控制中心中。
进一步地，所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及遮挡距离的计算方法为：(1)首先，利用组件长度和组件最佳倾角Z，求出组件距离地面垂直高度H，即H＝cosZ*组件长度；(2)然后，利用地维角A、赤纬角B、地时角W的数据，求出太阳高度角α，即sinα＝sinA*sinB+cosA*cosB*cosW，α＝arcsinα；(3)求出太阳高度角α后，利用三角函数求出遮挡距离D，即D＝H/tanα。
进一步地，所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及组件数量的计算方法为：(1)先根据数据单元组件规格尺寸，确定组件宽度，根据计算出的遮挡距离D，确定单块组件占地面积；(2)然后通过输入的房屋或土地长宽计算出房屋或者土地面积，用房屋或土地面积除以组件占地面积得到组件初步使用数量；(3)再根据设计单元定义的检修通道宽度和方向，在设计单元中减除检修通道的占地长宽，根据组件占地面积在绘制好的房屋或者土地的图纸上放置光伏组件，将确定好的光伏组件作为二次确定数量；(4)最后根据二次确定好的组件数量和逆变器规格技术参数作比较，确定最终的组件使用数量。
进一步地，所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及逆变器使用数量是在确定组件使用数量和逆变器规格后，根据单台逆变器最大接入光伏组件数量来确定使用逆变器数量的。
进一步地，所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及直流线缆规格的计算方法为：根据查询单元从数据单元中查询所得的组件输出电流，通过比较的方式，将数据单元中各个直流线缆所对应载流量和组件输出电流作比较，当组件输出电流小于某一个直流电缆所对应的载流量并且组件输出电流大于该直流线缆低一个级别的直流线缆所对应的载流量时，确定选用该直流电缆。
进一步地，所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及交流线缆规格的计算方法为：根据查询单元从数据单元中查询所得的逆变器最大输出电流，通过比较的方式，将数据单元中各个交流线缆所对应载流量和逆变器最大输出电流作比较，当逆变器最大输出电流小于某一个交流电缆所对应的载流量并且逆变器最大输出电流大于该交流线缆低一个级别的交流线缆所对应的载流量时，确定选用该交流电缆。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的光伏电站设计系统及其设计方法的优点在于可以通过移动终端输入房屋或土地尺寸和方位，以及端可以对现场取景，并将输入的信息通过计算和设计形成光伏电站的设计清册和布局，相比于传统的人为设计，由智能设备自动完成，使用便捷快速，从而大大提高光伏系统设计的效率。
附图说明：
图1是本发明光伏电站设计系统的结构示意图；
图2是实施例1光伏电站的并网方式示意图；
图3是实施例1光伏电站的平面布局图；
图4是实施例2光伏电站的平面布局图；
图5是实施例1光伏电站的立面图。
具体实施方式：
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明光伏电站设计系统包括取景单元、输入单元、计算单元、查询单元、数据单元、设计单元以及输出单元，取景单元与输入单元连接计算单元的一端，计算单元的另一端分别连接查询单元和设计单元的一端，查询单元的另一端分别连接数据单元和设计单元，设计单元的另一端与输出单元连接；其中：
所述取景单元用于拍照获得设计光伏电站区域的基础实景图；
所述输入单元用于通过手动输入设计光伏电站区域的地理位置、房屋或土地长宽以及朝向；
所述数据单元用于拥有全国气象数据信息、全国光伏最佳倾角数据、光伏组件技术规格参数、逆变器技术规格参数、直流线缆规格参数表和交流线缆规格参数表、光伏支架结构图、以及220V/380V并网示意图；
所述查询单元用于根据输入的地理位置查询当地的最佳倾角和当地风压、雪压，根据确定的光伏组件数量查询符合条件的逆变器，根据光伏组件规格查询使用直流电缆的规格型号，根据逆变器选型查询使用交流输出线缆规格型号，根据平面布局和立面图的绘制查询适合支架图，根据确定的并网方式查询并网示意图；
所述计算单元用于通过所查询的当地最佳倾角计算出当地的阴影遮挡距离，通过输入的房屋或者土地长宽和朝向计算出使用光伏组件数量，通过查询出符合逆变器的型号计算出使用逆变器的数量，根据光伏组件规格计算使用直流电缆的规格型号，根据逆变器选型计算使用交流输出线缆规格型号；
所述设计单元用于根据计算出使用光伏组件的数量建立电站系统的平面布局图，根据查询出所在地的风压和雪压数据绘制出电站立面图，根据平面布局和立面图的绘制导入相应的光伏支架图，根据所选择装机容量和逆变器规格确定电站并网方式(单项220V/三项380V)并网导入相应的并网示意图；
所述输出单元用于根据计算单元所计算的数据生成光伏电站设备配置清单，包括光伏组件数量规格、逆变器数量规格、支架数量规格、直流线缆规格、交流线缆规格；根据设计单元设计完成的相关图纸生成光伏电站设计图纸，包括：电站平面布局图、电站立面图、支架结构图、并网方式示意图；形成光伏电站设计所需的全套资料。
将该光伏电站设计系统设置于移动终端以及移动终端通信连接的远端控制中心中，通过移动终端中设置的取景单元对房屋外景进行拍照，并通过移动终端中设置的输入单元输入数据，即输入房屋长、宽、朝向等；然后，通过远端控制中心中设置的查询单元、计算单元和设计单元，分别进行数据查询、计算和设计；根据任务的不同，输出单元通过移动终端最终输出和用户使用，数据单元通过远程控制中心进行计算和设计结果的产生和归集，使其形成移动终端可以查看的文件；最终，该系统分步骤的实现分布式光伏电站的装机容量设计、电气设计、平面布局图设计、立面图设计、支架设计、并网方式设计。
实施例1：在房屋建设一分布式光伏电站地区：宁夏银川
先通过智能移动终端对房屋外景进行拍照，取景单元中获得设计光伏电站区域的基础实景图，并在智能移动终端中输入房屋光伏电站的地理位置：南北长度尺寸10米，东西长度20米；
在建立的数据库进行数据查询、计算和设计，结果显示如下：
1)查询内容：最佳倾角35°，地理纬度38.47，风压0.65，雪压0.2，最高气温36℃，最低气温-17.5℃，挑选组件1650*991*35，组件功率260w；
2)计算单元：阴影遮挡距离2499mm，光伏组件占地面积1351mm，房屋可以用面积188㎡，组件占地面积6.3525㎡，初步组件使用数量36块，8kW逆变器，直流线缆规格4mm2，交流线缆规格4芯2.5mm2；
3)设计单元：
表1设备清册
表2组件技术参数
如图2所示，为光伏电站380V单项并网示意图；图3为光伏电站的平面布局图。
实施例2：在房屋建设一分布式光伏电站地区：广东深圳
先通过智能移动终端对房屋外景进行拍照，取景单元中获得设计光伏电站区域的基础实景图，并在智能移动终端中输入房屋光伏电站的地理位置：南北长度尺寸20米，东西长度20米；
在建立的数据库进行数据查询、计算和设计，结果显示如下：
4)查询内容：最佳倾角19°，地理纬度22.55，风压0.75，雪压0，最高气温36.5℃，最低气温1.8℃，挑选组件1650*991*35，组件功率260w；
5)计算单元：阴影遮挡距离1642mm，光伏组件占地面积1560mm，房屋可以用面积376㎡，组件占地面积5.2833㎡，初步组件使用数量72块，2台10kW逆变器，直流线缆规格4mm2，交流线缆规格3芯2.5mm2；
6)设计单元：
表1设备清册
表2组件技术参数
如图4所示，为光伏电站的平面布局图；图5为光伏电站的立面图。
Claims (6)
1.一种光伏电站设计系统，其特征在于：所述设计系统包括取景单元、输入单元、计算单元、查询单元、数据单元、设计单元、以及输出单元，取景单元与输入单元连接计算单元的一端，计算单元的另一端分别连接查询单元和设计单元的一端，查询单元的另一端分别连接数据单元和设计单元，设计单元的另一端与输出单元连接；其中：
所述取景单元用于拍照获得设计光伏电站区域的基础实景图；
所述输入单元用于通过手动输入设计光伏电站区域的地理位置、房屋或土地长宽以及朝向；
所述数据单元用于拥有全国气象数据信息、全国光伏最佳倾角数据、光伏组件技术规格参数、逆变器技术规格参数、直流线缆规格参数表和交流线缆规格参数表、光伏支架结构图、以及220V/380V并网示意图；
所述查询单元用于根据输入的地理位置查询当地的最佳倾角和当地风压、雪压，根据确定的光伏组件数量查询符合条件的逆变器，根据光伏组件规格查询使用直流电缆的规格型号，根据逆变器选型查询使用交流输出线缆规格型号，根据平面布局和立面图的绘制查询适合支架图，根据确定的并网方式查询并网示意图；
所述计算单元用于通过所查询的当地最佳倾角计算出当地的阴影遮挡距离，通过输入的房屋或者土地长宽和朝向计算出使用光伏组件数量，通过查询出符合逆变器的型号计算出使用逆变器的数量，根据光伏组件规格计算使用直流电缆的规格型号，根据逆变器选型计算使用交流输出线缆规格型号；
所述设计单元用于根据计算出使用光伏组件的数量建立电站系统的平面布局图，根据查询出所在地的风压和雪压数据绘制出电站立面图，根据平面布局和立面图的绘制导入相应的光伏支架图，根据所选择装机容量和逆变器规格确定电站并网方式并网导入相应的并网示意图；
所述输出单元用于根据计算单元所计算的数据生成光伏电站设备配置清单，包括光伏组件数量规格、逆变器数量规格、支架数量规格、直流线缆规格、交流线缆规格；根据设计单元设计完成的相关图纸生成光伏电站设计图纸，包括：电站平面布局图、电站立面图、支架结构图、并网方式示意图；形成光伏电站设计所需的全套资料；
所述计算单元中所涉及遮挡距离的计算方法为：
1)首先，利用组件长度和组件最佳倾角Z，求出组件距离地面垂直高度H，即H＝cosZ*组件长度；
2)然后，利用地维角A、赤纬角B、地时角W的数据，求出太阳高度角α，即sinα＝sinA*sinB+cosA*cosB*cosW，α＝arcsinα；
3)求出太阳高度角α后，利用三角函数求出遮挡距离D，即D＝H/tanα；
所述计算单元中所涉及直流线缆规格的计算方法为：根据查询单元从数据单元中查询所得的组件输出电流，通过比较的方式，将数据单元中各个直流线缆所对应载流量和组件输出电流作比较，当组件输出电流小于某一个直流电缆所对应的载流量并且组件输出电流大于该直流线缆低一个级别的直流线缆所对应的载流量时，确定选用该直流电缆；
所述计算单元中所涉及交流线缆规格的计算方法为：根据查询单元从数据单元中查询所得的逆变器最大输出电流，通过比较的方式，将数据单元中各个交流线缆所对应载流量和逆变器最大输出电流作比较，当逆变器最大输出电流小于某一个交流电缆所对应的载流量并且逆变器最大输出电流大于该交流线缆低一个级别的交流线缆所对应的载流量时，确定选用该交流电缆。
2.根据权利要求1所述的光伏电站设计系统，其特征在于：所述设计系统设置于移动终端以及移动终端通信连接的远端控制中心中，通过移动终端对房屋外景拍照，并输入房屋长、宽、朝向，即可分步骤的实现分布式光伏电站的装机容量设计、电气设计、平面布局图设计、立面图设计、支架设计、并网方式设计。
3.根据权利要求1或2所述的光伏电站设计系统的设计方法，其特征在于：所述设计方法包含移动终端以及移动终端通信连接的远端控制中心；所述移动终端设置有系统的取景单元和输入单元；所述远端控制中心设置有系统的查询单元、计算单元和设计单元，则数据查询、计算和设计通过远程控制中心进行；所述移动终端为最终输出和用户使用，远程控制中心为计算和设计结果的产生和归集，使其形成手机终端可以查看的文件，则系统的输出单元根据任务的不同分别设置于移动终端和远端控制中心中；
所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及遮挡距离的计算方法为：
1)首先，利用组件长度和组件最佳倾角Z，求出组件距离地面垂直高度H，即H＝cosZ*组件长度；
2)然后，利用地维角A、赤纬角B、地时角W的数据，求出太阳高度角α，即sinα＝sinA*sinB+cosA*cosB*cosW，α＝arcsinα；
3)求出太阳高度角α后，利用三角函数求出遮挡距离D，即D＝H/tanα；
所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及直流线缆规格的计算方法为：根据查询单元从数据单元中查询所得的组件输出电流，通过比较的方式，将数据单元中各个直流线缆所对应载流量和组件输出电流作比较，当组件输出电流小于某一个直流电缆所对应的载流量并且组件输出电流大于该直流线缆低一个级别的直流线缆所对应的载流量时，确定选用该直流电缆；
所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及交流线缆规格的计算方法为：根据查询单元从数据单元中查询所得的逆变器最大输出电流，通过比较的方式，将数据单元中各个交流线缆所对应载流量和逆变器最大输出电流作比较，当逆变器最大输出电流小于某一个交流电缆所对应的载流量并且逆变器最大输出电流大于该交流线缆低一个级别的交流线缆所对应的载流量时，确定选用该交流电缆。
4.根据权利要求3所述的光伏电站设计系统的设计方法，其特征在于：所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及组件数量的计算方法为：
1)先根据数据单元组件规格尺寸，确定组件宽度，根据计算出的遮挡距离D，确定单块组件占地面积；
2)然后通过输入的房屋或土地长宽计算出房屋或者土地面积，用房屋或土地面积除以组件占地面积得到组件初步使用数量；
3)再根据设计单元定义的检修通道宽度和方向，在设计单元中减除检修通道的占地长宽，根据组件占地面积在绘制好的房屋或者土地的图纸上放置光伏组件，将确定好的光伏组件作为二次确定数量；
4)最后根据二次确定好的组件数量和逆变器规格技术参数作比较，确定最终的组件使用数量。
5.根据权利要求3所述的光伏电站设计系统的设计方法，其特征在于：所述远端控制中心设置的计算单元中所涉及逆变器使用数量是在确定组件使用数量和逆变器规格后，根据单台逆变器最大接入光伏组件数量来确定使用逆变器数量的。
6.一种设置有如权利要求1至2中任一权利要求所述的光伏电站设计系统的移动终端、智能手机或者类似的智能移动终端。
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Denomination of invention: A photovoltaic power station design system and its design method Effective date of registration: 20230925 Granted publication date: 20201002 Pledgee: Bank of Ningxia Co.,Ltd. Hongsibao Sub branch Pledgor: NINGXIA ZHONGKE KA NEW ENERGY RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD. Registration number: Y2023640000034 |