CN110828594A - 一种光伏组件、bipv系统及bipv系统的控制方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光伏组件及包含该光伏组件的BIPV系统，所述BIPV系统包括该光伏组件、承重件、托板，所述托板、承重件及所述光伏组件构成用于储能的空气腔。本发明还提供一种所述BIPV系统的控制方法及装置，所述控制方法包括：计算预设输出收益G1；输出基础控制策略；计算预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估的发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*；计算实际输出收益G2及温升矩阵ΔTn、发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn；输出最佳控制策略、重置预设收益并更新基础控制策略。所述控制方法能实现对光伏发电环境温度的精准控制，能提高光伏组件的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电领域，特别涉及一种光伏组件、BIPV系统及BIPV系统的控制方法。
背景技术
光伏建筑一体化(即BIPV Building Integrated PV，PV即Photovoltaic)是一种将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术。随着光伏发电快速发展，建筑光伏一体化逐渐兴起。常见的形式有光伏建筑代替传统屋顶、代替传统幕墙等。
现有光伏一体化建筑使用的光伏组件，在25℃标准温度下，光电转换效率不足19％，大量的光能量转变为热能散失到空气中，同时造成组件温度升高，光电转换效率降低，造成发电量损失。通常采用自然通风加排气扇强制通风，将BIPV腔体内的热空气排出，达到降低组件温度，提高组件发电量的效果。此方案仅将组件余热散失，未能充分利用热能。
现有技术中关于组件余热利用的一种方式是通过在光伏组件背板增加水管，在进水口流入冷水，经组件背板加热后转换为热水，再存入储水罐进行电加热，为用户提供热水。但此方案需要的导热管材极多，对成本增加过大，且组件背板敷设管路密度有限，造成组件温度不均冷，热利用率低且可能会造成组件隐裂。
还有一种组件余热利用的方式是在组件背板全覆盖平板吸热翘板，再通过一体化的管路输送导热介质将组件热量输送至汇热管，再由汇热管输送到换热器，最后对储存容器中的水进行加热，为用户提供温水。此方案以组件为个体进行研究，每块光伏组件后面都需要全覆盖吸热翘板，且系统复杂成本极高。
因此，在不增加成本的情况下，提供一种能够提高太阳能转化率的BIPV系统是光伏发电领域亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种光伏组件、BIPV系统及BIPV系统的控制方法、装置。
一种光伏组件，包括电池片层，还包括：
背板层，所述背板层设置在电池片层的下方；
中空保温层，所述中空保温层设置在电池片层的上方；
第一透光玻璃层，所述第一透光玻璃层设置在所述中空保温层的上方；
第一胶膜层，所述第一胶膜层设置在所述中空保温层与所述电池片层之间；
第二透光玻璃层，所述第二透光玻璃层(设置在所述中空保温层与所述第一胶膜层之间；
第二胶膜层，所述第二胶膜层设置在所述背板层与所述电池片层之间。
优选的，所述背板层下方设有接线盒，所述接线盒内设有电压传感元件、电流传感元件、温度传感元件及定位模块。
一种BIPV系统，包括：
上述的的光伏组件；
用于承载所述光伏组件的承重件，所述承重件设置在光伏组件的下方；
托板，所述托板设置在所述承重件上；
用于储热的空气腔，所述空气腔由所述托板、所述承重件及所述光伏组件构成。
优选的，所述BIPV系统，还包括：
中封盖，所述中封盖设置在相邻所述光伏组件的行列间隙上；
导水槽，所述导水槽设置在所述承重件和所述光伏组件之间。
优选的，所述BIPV系统，所述托板的表面敷设有保温层，所述中封盖采用保温材料制成。
优选的，所述BIPV系统，还包括用于通风的风道，所述风道设置在所述空气腔的下方；
所述风道的第一端与所述空气腔连通，所述风道与空气腔的连通处设有风机；
所述风道的第二端通过空气源热泵与余热利用系统连通，所述空气源热泵用于根据需求对所述风道中的余热进行温度调整；
所述风道的第三端与外界空气连通，所述风道的第三端设有开闭装置。
一种上述BIPV系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：计算BIPV系统在间隔时间ΔTime内的预设输出收益G1；
S2：根据所述预设输出收益G1，输出BIPV系统的基础控制策略，控制BIPV系统的运行；
S3：根据BIPV系统的基础控制策略，为预估环境数据赋予权值，计算间隔时间ΔTime内其预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估的发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*；
S4：根据BIPV系统的运行，获取BIPV系统在间隔时间ΔTime内的实际输出收益G2及温升矩阵ΔTn、发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn；
S5：计算BIPV系统预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差，判断偏差是否在预设范围内，
若偏差在预设范围内，执行步骤S6，
若偏差不在预设范围内，执行步骤S7；
S6、输出当前控制策略为最佳控制策略，并执行步骤S8；
S7、判断实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值，
若实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值小于阈值时，认为权值可行，执行步骤S6，
若实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值大于阈值时，进行权值学习，权值学习后，执行步骤S8；
S8：若预估输出收益G2*小于实际输出收益G2，实际输出收益G2计入数据库中，代替相似状态下的预设值，成为下次遇到相同输入条件下的预设，执行步骤S2；
若预估输出收益G2*大于实际输出收益G2，将预估输出收益G2*计入数据库中，预估输出收益G2*代替相似状态下的预设值，成为下次遇到相同输入条件下的预设值，执行步骤S2。
优选的，所述计算BIPV系统的预设输出收益G1包括以下步骤：
S11：获取用能成本：获取BIPV系统的用电成本a、用热成本b；
S12：获取发电功率曲线及供热功率曲线：通过地理位置信息及天文算法，获取当天日出时间t1及日落时间t2，根据预设模型，得到间隔时间为ΔTime的发电功率曲线及供热功率曲线；
S13：计算理论供能能力：根据间隔时间为ΔTime的发电功率曲线及供热功率曲线，计算得出系统的理论发电量I1和理论供热量Q1；
S14：计算预设输出收益G1：预设输出收益的计算公式为：
G1＝I1×a+Q1×b。
优选的，所述根据BIPV系统的基础控制策略，计算其预估输出收益G2*、预估的温升矩阵ΔTn*、预估发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*包括：
S31：计算预估温升矩阵ΔTn*及预估发电功率矩阵ΔWn*：预设计算时间间隔ΔTime，且分别为环境温度T0、光辐照量E、环境风速F、进出风量V、及相关位置信息、建筑差异修正系数K赋予权值，经激活函数运算，得到预估的经济最优温升矩阵ΔTn*及预估的经济最优发电功率矩阵ΔWn*；
S32：根据BIPV系统的基础控制策略，预估BIPV系统空气腔的出风量，得到系统的预估风量矩阵Vn*，得到系统的预估风量矩阵Vn*；
S33：计算预设间隔时间ΔTime内的预估发电量
I2 *＝ΔTime×ΔWn*；
S34：计算预设间隔时间ΔTime内的预估发热量
Q2 *＝ΔTn*×Vn*×ΔTime；
S35：计算预设间隔时间ΔTime内的预估输出收益
G2 *＝I2 *×a+Q2 *×b，
所述预估输出收益G2 *，即该时间间隔ΔTime内预估发电收益和预估产热收益的和。
优选的，所述根据BIPV系统的运行，计算BIPV系统的实际输出收益G2及温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn，包括以下步骤：
S41：采集所述系统所在的环境数据，并对所述环境数据进行预处理；
S42：计算实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn：根据预处理后的环境数据，计算所述系统的实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn。
优选的，所述系统所在的环境数据包括BIPV系统的环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，空气腔(3)的进出风量V，风机(601)的位置信息及光伏组件(1)的温度数据T、功率数据W、光伏组件的位置信息。
优选的，对所述环境数据进行预处理包括：
S412：建立光伏组件的温度矩阵：输入光伏组件采集的温度T1……TA，输入整合的相对位置信息，得到含位置信息的光伏组件温度矩阵Tn:
其中，Tnm是第n行第m列的光伏组件1的温度；
S413：建立光伏组件1的功率矩阵：输入光伏组件1采集的电压U1……UA、采集的电流I1……IA，得到组件功率信息W1……WA，输入整合的相对位置信息，得到含位置信息的功率矩阵Wn:
其中，Wnm是第n行第m列的光伏组件1的组件功率；
S414：建立风机(601)进出风量矩阵：输入风机(601)的相对位置及其进出风量V1……VA，得到包含位置信息的风机601进出风量矩阵Vn:
其中，Vnm是第n行第m列的风机601进出风量；
S415：获得实际时间以及定义的时间间隔ΔTime。
优选的，所述计算实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn包括：
S421：输入带有相对位置信息的温度矩阵Tn、功率矩阵Wn、风量矩阵Vn，以及环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，实际时间t，计算时间间隔ΔTime，建筑差异修正系数K，和带有位置信息的供电供热收益函数Load；
S422：计算温升矩阵ΔTn，已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间内温升矩阵ΔTn:
其中，Tnm1为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的温度，T0为供热区域的环境温度，非气腔内环境温度；
S423：计算发电功率矩阵ΔWn，已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间ΔTime内发电功率矩阵ΔWn：
其中，Wnm1为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的发电量，Wnm0表示为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime前的发电量，当前电量减去前一时刻电量，表示以ΔTime为单位时间的发电功率；
S424：计算间隔时间ΔTime内的发电量I2＝ΔTime×ΔWn；
S425：计算间隔时间ΔTime内的发热量Q2＝ΔTn×Vn×ΔTime；
S426：计算间隔时间ΔTime内的实际输出收益G2＝I2×a+Q2×b，即该时间间隔ΔTime内实际发电收益与实际产热收益的和。
优选的，所述权值学习包括对环境温度T0、光辐照量E，环境风速F、进出风量V、风机相关位置信息及建筑差异修正系数K的权值学习。
一种所述BIPV系统的控制装置，包括：
预设收益G1计算模块，用于计算所述BIPV系统的预设收益G1；
预估输出收益G2 *计算模块，用于计算所述BIPV系统的预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*；
实际输出收益G2计算模块，用于计算所述BIPV系统的实际输出收益G2、实际的温升矩阵ΔTn、实际的发电功率矩阵ΔWn及实际的风量矩阵Vn；
偏差计算模块，用于计算所述预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差以及所述实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值；
判断模块，用于判断所述预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差是否在预设范围内，实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值是否在阈值范围内；
权值学习模块，用于修正BIPV系统的预估输出收益G2 *与BIPV系统的实际输出收益G2的偏差；
策略输出控制模块，输出BIPV的控制策略，控制所述BIPV系统。
优选的，所述的BIPV系统的控制装置，还包括信息采集模块，用于采集BIPV系统所在的环境数据，所述环境数据包括BIPV系统的环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，空气腔的进出风量V，风机的位置信息及光伏组件的温度数据T、功率数据W、光伏组件的位置信息。
优选的，所述实际输出收益G2计算模块包括：
环境数据预处理模块，用于对环境数据进行预处理；
实际输出收益计算模块，用于计算实际输出收益G2；
温升矩阵ΔTn构建模块，用于构建温升矩阵ΔTn；
发电功率矩阵ΔWn构建模块，用于构建发电功率矩阵ΔWn。
优选的，所述环境数据预处理模块包括：
光伏组件的温度矩阵构建模块，用于建立光伏组件的温度矩阵Tn；
光伏组件的功率矩阵构建模块，用于建立光伏组件的功率矩阵Wn；
风机的进出风量矩阵构建模块，用于建立风机的进出风量矩阵Vn。
本发明提供了一种BIPV系统在现有建筑的基础上设置大小可调、与外界连通的储能空气腔，充分利用光伏发电的余热，从而使建筑物既能发电又能提供热水、暖气，提升了太阳能的转化率。同时本发明还提供一种BIPV系统的控制方法能实现对光伏发电环境温度的精准控制，能提高光伏组件的光电转化效率。本发明整体结构易实现、发电发热综合成本低，利用传统光伏发电的副产物——热，解决厂房、居民供热难题，能够大幅度提升太阳光的整体利用率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明所述的光伏组件的示意图；
图2示出了本发明所述的BIPV系统的示意图；
图3示出了本发明所述的风道的示意图；
图4示出了本发明所述余热利用系统的示意图；
图5示出了本发明所述BIPV系统的控制方法的流程图。
图中，1-光伏组件、101-电池片层、102-背板层、103-中空保温层、104-第一胶膜层、105-第二胶膜层、106-第一透光玻璃层、107-第二透光玻璃层、108-接线盒、109-空腔、110-边框条、111-压块螺栓、2-承重件、3-空气腔、4-中封盖、5-导水槽、6-风道、601-风机、602-空气源热泵、603-开闭装置、7-余热利用系统、8-托板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本实施所述的光伏组件应用于光伏建筑一体化系统中，所述光伏组件1自上而下依次设有第一透光玻璃层106、中空保温层103、第二透光玻璃层107、第一胶膜层104、电池片层101、第二胶膜层105、背板层102及接线盒108，所述电池片层101为硅片。所述光伏组件1还包括边框条110，所述边框条110和第一透光玻璃层106、第二透光玻璃层107共同形成空腔109，所述空腔109内设有干燥空气，形成所述中空保温层103，所述中空保温层103位于所述电池片层101的上方。
常规的中空组件，含有干燥空气的中空层位于硅片及胶膜下方，用于减少晶硅发电产生的余热向下方传导，并将外界环境和建筑物环境进行隔离，但该种设计会导致大量余热将通过硅片传导至上层胶膜层再传导至上层玻璃，造成大量光伏发电余热的损失。
本实施例所述的光伏组件，和常规中空光伏组件相比，中空保温层103位于电池片的上方，减少晶硅发电产生的余热向上传导，保障硅片发电产生的余热尽量少的向外界散发，将余热收集在所述光伏组件1的下方，便于余热资源的充分利用。同时所述中空保温层103将外界与建筑物环境隔离，能进一步减少寒冷天气下，外界环境对BIPV建筑内舒适度的影响。
其中，所述接线盒108内设有电压传感元件、电流传感元件、温度传感元件及定位模块，具体的，所述电压传感元件用于监测并采集所述光伏组件1的电压，所述电流传感元件用于监测并采集所述光伏组件1的电流，所述温度传感元件用于监测并采集所述光伏组件1的所处环境的温度信息，所述定位模块用于采集所述光伏组件1的位置信息，便于用户随时监测所述光伏组件1的电压、电流、温度及位置等相关信息。
具体的，为了保证所述中空保温层103的更好保温效果，晶硅发电的余热尽量少的向外界散发，所述边框条110采用保温材料制成。
请参照图2，本实施例还公开了一种BIPV系统，所述BIPV系统设置在屋顶，所述BIPV系统包括承重件2，所述承重件2用于承载所述光伏组件1。本实施例采用压块螺栓111将所述光伏组件1固定在所述承重件2上，采用工字钢作为所述承重件2。
本发明实施例的BIPV系统中，所述光伏组件1可以采用市场上可以购买的光伏组件，也可以采用本发明上述实施例中的所述光伏组件1。本发明实施例中，优选地，采用上述实施例中的光伏组件，从而提高热源的利用率。
本实施例所述的BIPV系统，其光伏组件1下方还设有托板8，具体的，所述托板8被固定在所述承重件2上，所述托板8与所述光伏组件1平行设置。所述托板8与承重件2及所述光伏组件1构成非封闭的空气腔3，所述空气腔3位于光伏组件1的下方，用于储存光伏组件1发电产生的余热。其中，所述托板8与所述承载件2活动连接，所述托板8设置在所述承重件2上的位置可调，即用户在组装BIPV系统时，可以根据需求设置托板8在所述承重件2的位置，使得托板8与光伏组件1之间的距离可以根据需求设置，从而使得所述空气腔3的大小可以根据用户需求设置。具体的，所述拖板8通过连接件与承重件2上连接。
现有技术中，由于空气腔3近乎密闭，空气流通性差，造成空气腔3温升高，影响发电效率及设备安全，特别是高温炎热天气，具有安全隐患。本发明所述的空气腔3大小可调，非密闭状态，空气性流通性好。
具体的，托板8的表面还敷设有保温层，隔绝屋内外温度的作用，保证了建筑内的舒适度。
具体的，所述光伏组件1与所述承重件2之间设有导水槽5，所述导水槽5对雨水进行引流。具体的，所述导水槽5铺设在所述承重件2的上表面，并且与所述承重件2交叉设置。
相邻的所述光伏组件1的行列间隙上覆盖设有中封盖4，所述中封盖4用于初步阻挡雨水，减少雨水流入导水槽5中的流量，通常并不受力。中封盖通常为铝合金材料或碳钢材料，铝合金材料及碳钢材料保温性能差，会导致光伏组件1发电产生的余热从光伏组件1的间隙中会部分散失，造成能源的浪费。因此，本实施例中的中封盖4采用硬质闭孔发泡聚乙烯材料，其保温性能好、抗老化性能好、价格便宜，能有效减少热能从光伏组件1间隙中的散失。同时节省铝合金或碳钢材料用量，减少BIPV建设成本。
请参照图3，本实施例所述的BIPV系统，其托板8下方设有用于通风的风道6，本实施例所述的风道6设有三端。
具体的，所述风道6的第一端与所述空气腔3连通，所述风道6与空气腔3的连通处设有风机601，风机601转速可调，具备正反转功能，用于控制空气腔3的进出风量，具体的，所述风机可以为轴流风机。
所述风道6的第二端通过空气源热泵602与余热利用系统7连通，所述空气源热泵602用于将空气腔3中储存的余热进行加工利用，光伏发电余热属于低品热源，直接利用效率低，所述空气源热泵602智能可调，能将低品热源转换为用户需要的高品热源，或智能转换为用户所需温度的热源，可根据需要转换成热气，或经换热装置转变为热水，满足用户多样用热需求。
所述风道6的第三端与外界空气连通，所述风道6的第三端设有开闭装置603，所述风道6的第三端与外界空气连通，所述风道6的第三端设有开闭装置603，当用户当前无热能需求，或系统判断影响整体收益时，可选的开通开闭装置603，将风道6与外界空气联通，控制空气腔3内空气流进或流出。
传统的换热结构通过在光伏组件1下方敷设大量的盘管(风管或水管)，通常加大与光伏组件1的接触面积，强制盘管内的介质流动，带走光伏组件1的发电余热。该类方法实际应用中单位产热成本高，使用效果不佳。本发明在托板8下方开设通风风道6，加设的风机601的数量A≥1，具体可根据余热资源及建筑大小调整。风机601密闭在风道6内，控制空气腔3内的进风及出风，实现空气腔3的换热。
具体的，本实施例所述的BIPV系统中的光伏组件，可以采用市场上常见的中空组件，但是为了空气腔更好的储能，本实施例采用上述的光伏组件1。双层玻璃配合中空层密封干燥洁净空气，具有良好的保温性。较常规中空光伏组件相比，本实施例所述的光伏组件，中空层位于硅片上方，保障硅片发电产生的余热尽量少的向外界散发，同时能进一步减少寒冷天气下，外界环境对BIPV建筑内舒适度的影响，空气腔3的储热能力大幅度提升，提高了光伏发电余热的利用效率。
请参照图4，具体的，本实施例所述的余热利用系统7包括换热器和盘管，有供应热水需求时，热风进入盘管，通过换热器给水加热，为厂房或居民提供热水。
光伏组件发电和光伏组件余热利用具有一定的互斥性，空气腔3中储存的热能过高，会影响发电效率，热能不足会影响用户的使用体验。且不同的光伏光热建筑实际发电能力、保温能力、用户用能能力均有不同，为保护用户经济收益最优，必须要配套一种控制系统及方法。
本实施例还公开了一种BIPV系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：计算BIPV系统在间隔时间ΔTime内的预设输出收益G1，所述间隔时间ΔTime为预设值，可以根据需求设为0.1s、1s、1min等。
所述BIPV系统在设立时，根据BIPV系统所在位置往期的环境对未来的环境进行预测，根据预测的环境信息，预估所述BIPV系统所产生的最优经济效益，并将该最优经济效益设为所述BIPV系统的预设输出收益G1。
所述计算BIPV系统的预设输出收益G1包括：
S11：获取用能成本：获取建筑的用电成本a、用热成本b。
S12：获取发电功率曲线及供热功率曲线：通过地理位置信息及天文算法，获取当天日出时间t1及日落时间t2，根据预设模型，得到间隔时间为ΔTime的发电功率曲线及光伏余热的功率曲线。
所述间隔时间ΔTime可以为日出时间t1至日落时间t2这一时间段内的任一间隔时间为ΔTime的时间段。
S13：计算理论供能能力：根据间隔时间为ΔTime的发电功率曲线及供热功率曲线，计算得出系统在间隔时间为ΔTime的理论发电量I1和理论供热量Q1；
S14：计算预设输出收益：计算得出预设输出收益，预设输出收益的计算公式为G1＝I1×a+Q1×b。
示例性的，本实施例间隔时间ΔTime设定为1s。根据地理位置信息及天文算法，预估某一天日出时间为t1、日落时间为t2，计算得出日出时间t1至日落时间t2这样时间段内，某一间隔时间为1S，所述BIPV系统1s内预计产生的电量为1000度，热量为5000J，则所述BIPV系统在间隔时间ΔTime的预设收益G1＝1000a+5000b。
S2：根据预设输出收益G1，输出BIPV系统的基础控制策略，控制BIPV系统的运行。
所述输出的基础控制策略包括对风机601的控制，改变空气腔的进出风量。
S3：根据BIPV系统的基础控制策略，为预估的环境数据赋予权值，计算间隔时间ΔTime内其预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*：
S31：计算预估温升矩阵ΔTn*及预估发电功率矩阵ΔWn*：预设计算时间间隔ΔTime，为环境温度T0、光辐照量E，环境风速F、进出风量V、及相关位置信息、建筑差异修正系数K分别赋予权值。其中，所述建筑差异修正系数K产生的原因，是不同的BIPV建筑因为材质、环境、施工工艺、建筑面积等各种差异，综合起来导致建筑的保温性能不尽相同，各类因素导致的发电性能也不尽相同。
赋予权值后经激活函数运算，得到预估的经济最优温升矩阵ΔTn*及预估的经济最优发电功率矩阵ΔWn*，其中，激活函数运算如下：
已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间内预估温升矩阵
其中，Tnm1*为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后预估的温度，T0*为供热区域的预估环境温度，非气腔内环境温度；
已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间ΔTime内预估发电功率矩阵
其中，Wnm1*为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的预估发电量，Wnm0*表示为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime前的预估发电量，当前电量减去前一时刻电量，表示以ΔTime为单位时间的预估发电功率。
S32：根据BIPV系统的基础控制策略，预估BIPV系统空气腔3的出风量，得到系统的预估风量矩阵Vn*；
S33：计算预设间隔时间ΔTime内的预估发电量I2 *＝ΔTime×ΔWn*；
S34：计算预设间隔时间ΔTime内的预估发热量
Q2 *＝ΔTn*×Vn*×ΔTime，
依据风机的位置和组件的位置和相互匹配相邻关系，建立温度控制范围。
S35：计算预设间隔时间ΔTime内的预估输出收益
G2 *＝I2 *×a+Q2 *×b，
所述预估输出收益G2 *，即该时间间隔ΔTime内预估发电收益和预估产热收益的和。
S4：根据BIPV的运行，获取间隔时间ΔTime内BIPV系统的实际输出收益G2及温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn：
S41：采集所述系统所在的环境数据，并对所述环境数据进行预处理：
S411：采集所述系统所在的环境数据，所述环境数据包括BIPV系统的环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，空气腔3的进出风量V，风机601的位置信息及光伏组件1的温度数据T、功率数据W、光伏组件的位置信息，其中，所述光伏组件1的温度数据T、功率数据W及光伏组件的位置信息均由接线盒108采集得到；
S412：建立光伏组件1的温度矩阵：输入光伏组件1采集的温度T1……TA，其中，所述光伏组件的温度小于阈值，本实施例中光伏组件的温度阈值设置为85℃，输入整合的相对位置信息，得到含位置信息的光伏组件1温度矩阵
其中，Tnm是第n行第m列的光伏组件1的温度；
S413：建立光伏组件1的功率矩阵：输入光伏组件1采集的电压U1……UA、采集的电流I1……IA，得到组件功率信息W1……WA，输入整合的相对位置信息，得到含位置信息的功率矩阵
其中，Wnm是第n行第m列的光伏组件1的组件功率；
S414：建立风机601进出风量矩阵：输入风机601的相对位置及其进出风量V1……VA，得到包含位置信息的风机601进出风量矩阵
其中，Vnm是第n行第m列的风机601进出风量；
S415：获得实际时间及定义的时间间隔ΔTime；
S42：计算实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn：根据预处理后的环境数据，计算所述系统的实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、、发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn：
S421：输入带有相对位置信息的温度矩阵Tn、功率矩阵Wn、风量矩阵Vn，以及环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，实际时间t，计算时间间隔ΔTime，建筑差异修正系数K，和带有位置信息的供电供热收益函数Load；
S422：计算温升矩阵ΔTn，已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间内温升矩阵
其中，Tnm1为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的温度，T0为供热区域的环境温度，非气腔内环境温度；
S423：计算发电功率矩阵ΔWn，已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间ΔTime内发电功率矩阵
其中，Wnm1为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的发电量，Wnm0表示为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime前的发电量，当前电量减去前一时刻电量，表示以ΔTime为单位时间的发电功率，ΔTime取值为预设值，可以为0.1s、1s、1min等。
S424：计算间隔时间ΔTime内的发电量I2＝ΔTime×ΔWn；
S425：计算间隔时间ΔTime内的发热量Q2＝ΔTn×Vn×ΔTime，
风机的位置和组件的位置，相互匹配相邻关系，建立温度控制范围。
S426：计算间隔时间ΔTime内的实际输出收益G2＝I2×a+Q2×b，即该时间间隔ΔTime内实际发电收益与实际产热收益的和。
S5：计算BIPV系统预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差，判断偏差是否在预设范围内，若偏差在预设范围内，执行步骤S6；
若偏差不在预设范围内，执行步骤S7。
示例性的，本实施例所述的预设范围为G2≥0.99G2 *，若本实施例所述的实际收益G2与预估输出收益G2*的关系为G2≥0.99G2 *，执行步骤S6；若本实施例所述的实际收益G2与预估输出收益G2 *的关系为G2≤0.99G2 *，则执行步骤S7。
S6、输出当前控制策略为最佳控制策略，并执行步骤S8。
S7、判断实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值，
若实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值小于阈值时，认为权值可行，执行步骤S6；
若实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值大于阈值时，进行权值学习，权值学习后，执行步骤S8。
示例性的，本实施例所述的实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值阈值设为1％。当实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值大于1％，进行权值学习，然后执行步骤S8。当实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值小于1％，认为权值可行，执行步骤S6。
所述权值学习包括环境温度T0、光辐照量E，环境风速F、进出风量V、及风机相关位置信息、建筑差异修正系数K的权值学习。
示例性的，本实施例进出风量V及风机601相关位置信息的权值学习为启动风道6的开闭装置603及改变风机601的位置，控制空气腔3内的进风及出风。风机位置信息经权值学习后，会修正风机位置对组件的影响区域和强度，改变进出风量V。建筑差异修正系数K经权值学习后，权值会融入修正系数K，推出适应于本BIPV的真实修正系数。
S8：若预估输出收益G2*小于实际输出收益G2，实际输出收益G2计入数据库中，代替相似状态下的预设值，成为下次遇到相同输入条件下的预设，执行步骤S2；
若预估输出收益G2 *大于实际输出收益G2，预估输出收益G2 *计入数据库中，预估输出收益G2 *代替相似状态下的预设值，成为下次遇到相同输入条件下的预设值，执行步骤S2。
随着时间的推移，输入量的改变，重复本实施例所述的控制方法，改变参数权值，追寻最优光电+光热控制策略。
实际工程中，追求BIPV光电+光热最优是动态的过程，策略总是在执行，不然系统无法获得反馈。根据反馈的结果进行误差比较，然后进行权值学习，然后修改控制策略。反复重复此学习过程，直至无限接近于各种输入条件下获取光伏+光热综合收益最大的控制策略最优。
输出的最优策略代替数据库中同输入条件的预设最优控制策略，直至该最优策略作为预设最优策略输出时，无法满足误差，在权值学习后，被更优控制策略代替。
本实施例还公开了一种BIPV系统的控制装置，包括：
预设收益G1计算模块，用于计算所述BIPV系统的预设收益G1；
预估输出收益G2 *计算模块，用于计算所述BIPV系统的预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*；
实际输出收益G2计算模块，用于计算所述BIPV系统的实际输出收益G2、实际的温升矩阵ΔTn、实际的发电功率矩阵ΔWn及实际的风量矩阵Vn；
偏差计算模块，用于计算所述预估输出收益G2 *与实际输出收益G2的偏差以及所述实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值；
判断模块，用于判断所述预估输出收益G2 *与实际输出收益G2的偏差是否在预设范围内，实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值是否在阈值范围内；
权值学习模块，用于修正BIPV系统的预估输出收益G2 *与BIPV系统的实际输出收益G2的偏差；
策略输出控制模块，输出BIPV的控制策略，控制所述BIPV系统。示例性的，所述策略输出控制模块，控制所述BIPV系统的风机601。
其中，所述BIPV系统的控制装置，还包括信息采集模块，用于采集BIPV系统所在的环境数据，本实施例中的信息采集模块可以为接线盒，所述环境数据包括BIPV系统的环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，空气腔3的进出风量V，风机601的位置信息及光伏组件1的温度数据T、功率数据W、光伏组件的位置信息。
其中，所述实际输出收益G2计算模块包括：
环境数据进行预处理模块，用于对环境数据进行预处理；
实际输出收益计算模块，用于计算实际输出收益G2；
实际温升矩阵ΔTn构建模块，用于构建温升矩阵ΔTn；
实际发电功率矩阵ΔWn构建模块，用于构建温升发电功率矩阵ΔWn。
其中，所述环境数据进行预处理模块包括：
光伏组件1的温度矩阵构建模块，用于建立光伏组件1的温度矩阵Tn；
光伏组件1的功率矩阵构建模块，用于建立光伏组件1的功率矩阵Wn；
风机601的进出风量矩阵构建模块，用于建立风机601的进出风量矩阵Vn。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (18)
1.一种光伏组件，所述光伏组件(1)包括电池片层(101)，其特征在于，还包括：
背板层(102)，所述背板层(102)设置在电池片层(101)的下方；
中空保温层(103)，所述中空保温层(103)设置在电池片层(101)的上方；
第一透光玻璃层(106)，所述第一透光玻璃层(106)设置在所述中空保温层(103)的上方；
第一胶膜层(104)，所述第一胶膜层(104)设置在所述中空保温层(103)与所述电池片层(101)之间；
第二透光玻璃层(107)，所述第二透光玻璃层(107)设置在所述中空保温层(103)与所述第一胶膜层(104)之间；
第二胶膜层(105)，所述第二胶膜层(105)设置在所述背板层(102)与所述电池片层(101)之间。
2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述背板层(102)下方设有接线盒(108)，所述接线盒(108)内设有电压传感元件、电流传感元件、温度传感元件及定位模块。
3.一种BIPV系统，其特征在于，所述BIPV系统包括：
权利要求1或2所述的光伏组件(1)；
用于承载所述光伏组件(1)的承重件(2)，所述承重件(2)设置在光伏组件(1)的下方；
托板(8)，所述托板(8)设置在所述承重件(2)上；
用于储热的空气腔(3)，所述空气腔(3)由所述托板(8)、所述承重件(2)及所述光伏组件(1)构成。
4.根据权利要求3所述的BIPV系统，其特征在于，还包括：
中封盖(4)，所述中封盖(4)设置在相邻所述光伏组件(1)的行列间隙上；
导水槽(5)，所述导水槽(5)设置在所述承重件(2)和所述光伏组件(1)之间。
5.根据权利要求4所述的BIPV系统，其特征在于，所述托板(8)的表面敷设有保温层，所述中封盖(4)采用保温材料制成。
6.根据权利要求3～5任一项所述的BIPV系统，其特征在于，还包括用于通风的风道(6)，所述风道(6)设置在所述空气腔(3)的下方；
所述风道(6)的第一端与所述空气腔(3)连通，所述风道(6)与空气腔(3)的连通处设有风机(601)；
所述风道(6)的第二端通过空气源热泵(602)与余热利用系统(7)连通，所述空气源热泵(602)用于根据需求对所述风道(6)中的余热进行温度调整；
所述风道(6)的第三端与外界空气连通，所述风道(6)的第三端设有开闭装置(603)。
7.一种如权利要求3～6任一项所述的BIPV系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：计算BIPV系统在间隔时间ΔTime内的预设输出收益G1；
S2：根据所述预设输出收益G1，输出BIPV系统的基础控制策略，控制BIPV系统的运行；
S3：根据BIPV系统的基础控制策略，为预估环境数据赋予权值，计算间隔时间ΔTime内其预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估的发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*；
S4：根据BIPV系统的运行，获取BIPV系统在间隔时间ΔTime内的实际输出收益G2及温升矩阵ΔTn、发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn；
S5：计算BIPV系统预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差，判断偏差是否在预设范围内，
若偏差在预设范围内，执行步骤S6，
若偏差不在预设范围内，执行步骤S7；
S6、输出当前控制策略为最佳控制策略，并执行步骤S8；
S7、判断实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值，
若实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值小于阈值时，认为权值可行，执行步骤S6，
若实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值大于阈值时，进行权值学习，权值学习后，执行步骤S8；
S8：若预估输出收益G2*小于实际输出收益G2，实际输出收益G2计入数据库中，代替相似状态下的预设值，成为下次遇到相同输入条件下的预设，执行步骤S2；
若预估输出收益G2*大于实际输出收益G2，将预估输出收益G2*计入数据库中，预估输出收益G2*代替相似状态下的预设值，成为下次遇到相同输入条件下的预设值，执行步骤S2。
8.根据权利要7所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，所述计算BIPV系统的预设输出收益G1包括以下步骤：
S11：获取用能成本：获取BIPV系统的用电成本a、用热成本b；
S12：获取发电功率曲线及供热功率曲线：通过地理位置信息及天文算法，获取当天日出时间t1及日落时间t2，根据预设模型，得到间隔时间为ΔTime的发电功率曲线及供热功率曲线；
S13：计算理论供能能力：根据间隔时间为ΔTime的发电功率曲线及供热功率曲线，计算得出系统的理论发电量I1和理论供热量Q1；
S14：计算预设输出收益G1：预设输出收益的计算公式为：
G1＝I1×a+Q1×b。
9.根据权利要8所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，根据BIPV系统的基础控制策略，计算其预估输出收益G2*、预估的温升矩阵ΔTn*、预估发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*包括：
S31：计算预估温升矩阵ΔTn*及预估发电功率矩阵ΔWn*：预设计算时间间隔ΔTime，且分别为环境温度T0、光辐照量E、环境风速F、进出风量V、及相关位置信息、建筑差异修正系数K赋予权值，经激活函数运算，得到预估的经济最优温升矩阵ΔTn*及预估的经济最优发电功率矩阵ΔWn*；
S32：根据BIPV系统的基础控制策略，预估BIPV系统空气腔的出风量，得到系统的预估风量矩阵Vn*，得到系统的预估风量矩阵Vn*；
S33：计算预设间隔时间ΔTime内的预估发电量
I2 *＝ΔTime×ΔWn*；
S34：计算预设间隔时间ΔTime内的预估发热量
Q2 *＝ΔTn*×Vn*×ΔTime；
S35：计算预设间隔时间ΔTime内的预估输出收益
G2 *＝I2 *×a+Q2 *×b，
所述预估输出收益G2 *，即该时间间隔ΔTime内预估发电收益和预估产热收益的和。
10.根据权利要7所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，所述根据BIPV系统的运行，计算BIPV系统的实际输出收益G2及温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn，包括以下步骤：
S41：采集所述系统所在的环境数据，并对所述环境数据进行预处理；
S42：计算实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn：根据预处理后的环境数据，计算所述系统的实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn及风量矩阵Vn。
11.根据权利要10所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，所述系统所在的环境数据包括BIPV系统的环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，空气腔(3)的进出风量V，风机(601)的位置信息及光伏组件(1)的温度数据T、功率数据W、光伏组件的位置信息。
12.根据权利要11所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，对所述环境数据进行预处理包括：
S412：建立光伏组件的温度矩阵：输入光伏组件采集的温度T1……TA，输入整合的相对位置信息，得到含位置信息的光伏组件温度矩阵Tn:
其中，Tnm是第n行第m列的光伏组件1的温度；
S413：建立光伏组件1的功率矩阵：输入光伏组件1采集的电压U1……UA、采集的电流I1……IA，得到组件功率信息W1……WA，输入整合的相对位置信息，得到含位置信息的功率矩阵Wn:
其中，Wnm是第n行第m列的光伏组件1的组件功率；
S414：建立风机(601)进出风量矩阵：输入风机(601)的相对位置及其进出风量V1……VA，得到包含位置信息的风机601进出风量矩阵Vn:
其中，Vnm是第n行第m列的风机601进出风量；
S415：获得实际时间以及定义的时间间隔ΔTime。
13.根据权利要7所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，所述计算实际输出收益G2、温升矩阵ΔTn、及发电功率矩阵ΔWn包括：
S421：输入带有相对位置信息的温度矩阵Tn、功率矩阵Wn、风量矩阵Vn，以及环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，实际时间t，计算时间间隔ΔTime，建筑差异修正系数K，和带有位置信息的供电供热收益函数Load；
S422：计算温升矩阵ΔTn，已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间内温升矩阵ΔTn:
其中，Tnm1为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的温度，T0为供热区域的环境温度，非气腔内环境温度；
S423：计算发电功率矩阵ΔWn，已知间隔时间为ΔTime，以积分方式求间隔时间ΔTime内发电功率矩阵ΔWn：
其中，Wnm1为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime后的发电量，Wnm0表示为第n行第m列的组件在间隔时间ΔTime前的发电量，当前电量减去前一时刻电量，表示以ΔTime为单位时间的发电功率；
S424：计算间隔时间ΔTime内的发电量I2＝ΔTime×ΔWn；
S425：计算间隔时间ΔTime内的发热量Q2＝ΔTn×Vn×ΔTime；
S426：计算间隔时间ΔTime内的实际输出收益G2＝I2×a+Q2×b，即该时间间隔ΔTime内实际发电收益与实际产热收益的和。
14.根据权利要13所述BIPV系统的控制方法，其特征在于，所述权值学习包括对环境温度T0、光辐照量E，环境风速F、进出风量V、风机相关位置信息及建筑差异修正系数K的权值学习。
15.一种如权利要求3～6任一项所述的BIPV系统的控制装置，其特征在于，包括：
预设收益G1计算模块，用于计算所述BIPV系统的预设收益G1；
预估输出收益G2 *计算模块，用于计算所述BIPV系统的预估输出收益G2 *、预估的温升矩阵ΔTn*、预估发电功率矩阵ΔWn*及预估的风量矩阵Vn*；
实际输出收益G2计算模块，用于计算所述BIPV系统的实际输出收益G2、实际的温升矩阵ΔTn、实际的发电功率矩阵ΔWn及实际的风量矩阵Vn；
偏差计算模块，用于计算所述预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差以及所述实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值；
判断模块，用于判断所述预估输出收益G2*与实际输出收益G2的偏差是否在预设范围内，实际ΔWn、ΔTn与预估的ΔWn*、ΔTn*的差值是否在阈值范围内；
权值学习模块，用于修正BIPV系统的预估输出收益G2 *与BIPV系统的实际输出收益G2的偏差；
策略输出控制模块，输出BIPV的控制策略，控制所述BIPV系统。
16.根据权利要求15所述的BIPV系统的控制装置，其特征在于，还包括信息采集模块，用于采集BIPV系统所在的环境数据，所述环境数据包括BIPV系统的环境温度T0，光辐照量E，环境风速F，空气腔的进出风量V，风机的位置信息及光伏组件的温度数据T、功率数据W、光伏组件的位置信息。
17.根据权利要求16所述的BIPV系统的控制装置，其特征在于，所述实际输出收益G2计算模块包括：
环境数据预处理模块，用于对环境数据进行预处理；
实际输出收益计算模块，用于计算实际输出收益G2；
温升矩阵ΔTn构建模块，用于构建温升矩阵ΔTn；
发电功率矩阵ΔWn构建模块，用于构建发电功率矩阵ΔWn。
18.根据权利要求17所述的BIPV系统的控制装置，其特征在于，所述环境数据预处理模块包括：
光伏组件的温度矩阵构建模块，用于建立光伏组件的温度矩阵Tn；
光伏组件的功率矩阵构建模块，用于建立光伏组件的功率矩阵Wn；
风机的进出风量矩阵构建模块，用于建立风机的进出风量矩阵Vn。
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