CN113221222A - 建筑物屋顶光伏板排布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了建筑物屋顶光伏板排布方法，初始化安装倾角、建筑物纬度等参数后，根据获取的三维模型计算屋顶周界上构筑物的尺寸及方位，并基于预设时刻太阳光照方位特性扣除其遮挡范围后得到目标区域；对目标区域进行分割，以小块矩形块为基础在目标区域中按L形、T形或十字形等结构特征进行相邻矩形块匹配来形成各部署组合，在各部署组合中根据光伏板前后、东西间距及长度约束进行光伏板的组合排列测算；最后以各种部署组合中光伏板面积最大的一种组合排列作为排布结果，并通过输出模块输出。本发明根据构筑物特征进行屋顶区域提取和光伏板的优化排布，能最大化利用屋顶面积，且适用范围广。

Description

建筑物屋顶光伏板排布方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种建筑物屋顶光伏板排布方法。

背景技术

随着科技的进步与社会的发展，能源需求逐渐增大，非可再生能源已满足不了日常需求。据统计，2017年中国能源消费占比最大的为煤炭，紧随其后的是石油，接下来的是水电及天然气，可再生能源占比非常少。在这种情况下，中国迫切需要改善能源消费结构，向着新能源的发展方向来解决能源需求危机。最近几年，新能源的出现大大缓解了能源危机，其中太阳能以操作安全、范围分布广、清洁环保等优点获得了各个国家青睐，因此，光伏发电相关技术的研究与应用具有很大的必要性。

近年来，中国包括风能、太阳能在内的可再生能源发电的设备成本大幅下降。比如，光伏组件的成本已经从2000年的50元/瓦，下降到现在的2元/瓦左右。虽然太阳能和风能的年发电小时数分别仅为燃煤发电年利用小时数的约1/3和1/2，但发电成本已接近燃煤，远低于燃气发电。同时，可再生能源发电成本还必须考虑安装空间地形及成本、接入成本、消纳成本等。

目前，发展光伏等可再生能源的瓶颈是安装空间和接纳能力，而首先就是安装空间的问题。光伏不像石油、天然气、煤炭一样蕴藏于地底矿床，都属于低密度能源，需要足够大的安装空间。到哪里去找适宜的安装空间？建筑屋顶可以成为重要的光伏资源承载地。目前，我国城乡建筑屋顶和可接受足够太阳光的垂直表面超过100亿平方米。如果这些建筑表面被开发利用，每年可发电2万亿千瓦时，约为我国目前全年总发电量的28％。

建设屋顶光伏系统，不仅可以解决产地本身的生产生活用电问题，而且将剩余的电量输送给电网，会成为增收的重要途径。当前，屋顶光伏系统可以作为新基建战略的一部分。统一规划、建设、改造“光伏+直流+智能充电桩”的一体化建筑供配电系统，不仅会把电力成本降下来，而且能为未来发展高端制造业提供清洁能源，同时还能带动一批新兴产业，如光伏电池、发电设备、新型蓄电池，电动汽车、充电桩、直流供配电等朝阳产业。

光伏阵列排布方式分为两种，分别为固定式光伏阵列排布方式及跟踪式排布方式。固定式光伏排列方式因其造价低、对地形要求不高、建设容易等优势一直以来作为最主要的排列方式，但同时其发电效率不高成为了其最大缺陷。跟踪式排布方式又分为水平单轴跟踪和双轴跟踪，其中水平单轴跟踪通过跟踪太阳的高度角来提高光伏阵列上的太阳辐射量。双轴跟踪通过光伏阵列实时跟踪太阳运动，使得太阳光直射光伏阵列，从而使得光伏系统发电量最大化。虽然跟踪式光伏站发电量更大、输出电能更平稳，优于固定式光伏电站；但跟踪式光伏电站对地形要求高、造价高等仍然限制其发展，同时，一年四季中每一天不同时刻阳光的直射角度随时都处于变化之中，并且受天气环境如雨雪、大风等天气影响，大大影响太阳能电池板的工作效率。因此，对于屋顶光伏阵列，一般用固定式。

城市、乡村的建筑物屋顶有广泛的空间，供光伏发电使用。但是，由于建筑除了提供房屋遮蔽所之外还有建筑美学的价值，而屋顶还需要提供供水、新风空调、通信、广告等多种其他功能；因此，建筑物屋顶一般很少是直通平坦的平面，往往有很多构筑物，如水箱、风机、冷凝系统、广告牌、景观照明装置等。这些构筑物的存在，使得屋顶光伏发电的排布设计非常棘手，现有技术往往是缩小范围而直接在屋顶规划处一块目标区域以放置光伏板。例如，申请号为201811582857.3的中国专利申请，根据太阳辐射最佳倾角得出光伏板的最佳倾角，输入光伏板的最佳倾角、排列方式和光伏板尺寸，对建筑物屋顶的光伏组件进行数字化建模，其中，以平面来描述屋顶；而申请号为201811538965.0的中国专利申请，则在平直的斜屋顶上以一个矩形区域对光伏板进行排列。

因此，目前需要一种根据建筑物屋顶上实际构筑物的分布来对屋顶进行光伏板优化排布的方法与系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种建筑物屋顶光伏排布方法，根据屋顶实际结构并基于构筑物的阴影干涉范围，对建筑物屋顶进行区域分割与组合，以最大化的利用屋顶空间来进行光伏发电，从而解决现有技术中仅采用屋顶一个较小内接矩形区域进行光伏阵列排布而造成空间浪费的技术问题。

本发明专利首先要获取建筑物或建筑物屋顶的三维模型，以主机单元中的三维计算模块基于该模型对突出屋顶平面的各种构筑物进行三维尺寸计算，再根据各构筑物的分布方位在干涉处理模块中进行关键时点如冬至日9时/15时的太阳照射分析，计算各构筑物对屋顶平面的阴影遮蔽范围，从而得到可部署光伏板阵列的目标区域；受限于构筑物在屋顶平面上的交叉干涉，往往使该目标部署区域为非规则的多矩形组合形体，因此，有必要提出一种优化排布处理算法，通过充分利用该非规则区域，来获得最大光伏板排布发电面积。

为此，经实地屋顶数据采集和研究分析，本发明采用先对多矩形组合形体中交叉区域进行提取，然后分别将该交叉区域进行东西或南北方向组合比对的处理方法，其中，在组合以后的区域分割中，还深入研究了相邻矩形区域交错即南、北向界线不一致情况下，两相邻区域光伏板的相互阴影干涉问题。本发明基于对相邻交错光伏板阴影的投影分析，通过三角几何建模与处理获得了两相邻区域光伏板之间东西向间距的计算式，从而可以基于该计算式获得各组合情形下非规则区域中光伏板的优化分布。

本发明的技术解决方案是：提供提供一种建筑物屋顶光伏板排布方法，包括以下步骤：

S1、初始化，确定目标建筑物屋顶光伏板排布所需的预设数据，包括建筑物所在纬度、光伏板安装倾角、太阳光投射计算时的预设时刻、三维计算换算比例等参数；

S2、获取目标建筑物屋顶三维模型，基于模型及三维计算换算比例得到屋顶各构筑物的三维尺寸及方位数据，并根据所述预设时刻太阳光照射特点将所述构筑物在其朝向目标屋顶的东北或西北方向上将其轮廓进行扩展，在目标屋顶平面上扣除经扩展后构筑物的区域范围作为屋顶部署光伏板的目标区域；

S3、将屋顶所述目标区域分割为多个互不相交的可利用矩形块，所述矩形块构成集合

从矩形块集合R中，搜索出与两个或以上可利用矩形块相邻的矩形块作为待组合矩形Z_j，建立待组合矩形集合

并对每个待组合矩形Z_j分别建立与其相邻矩形块构成的相邻集合

令j＝1，k＝1；

S4、判断j≤m是否成立，如果不成立，则转S8；否则，转S5；

S5、判断k≤p是否成立，如果不成立，则转S7，否则，将待组合矩形Z_j与集合N_j中其东西或南北邻接的矩形块N_jk合并为一更大矩形B_jk，并令目标区域剩余可利用矩形块为D_jk＝R-B_jk，以B_jk和D_jk共同构成一种部署组合P_jk；

S6、令k＝k+1；转S5；

S7、令j＝j+1；转S4；；

S8、所有部署组合P_jk构成部署集合P，对P中的所有元素即每一部署组合P_jk，将其对应的各矩形块B_jk及D_jk，分别按矩形内部、及相邻矩形间光伏板在所述预设时刻东西、南北方向均互不遮挡，以及板长约束下，对各矩形内的光伏板进行组合排列测算，计算各组合排列测算的可排布面积S_jk；

S9、搜索可排布面积最大的S_jk，其对应的B_jk及D_jk内的光伏板排列的组合作为排布结果，将该排布结果输出。

作为优选，在步骤S5中，对所述目标区域剩余可利用矩形块D_jk，将其作为下一层的矩形块集合R，递归调用步骤S3至S5，直至最后一层中R为空或不能再找到新的待组合矩形；并在递归返回后以各层中记录的B_jk的组合、及扣除该组合范围后目标区域剩余范围对应于最初矩形块集合R中各可利用矩形块的组合这两个组合共同构成一种部署组合。

作为优选，初始化中所述安装倾角采用年最佳安装倾角，并通过以下处理获得，

代入不同安装倾角β值，通过下式计算全年光伏阵列表面接受到的总辐射能：

式子中，I₀为太阳光垂直入射在大气上界时的太阳辐射强度，τ_b、τ_d分别为当地直接辐射、散射透明度系数，h为太阳高度角，T_ss和T_sr分别为每天的日出、日落时刻，n取365按全年计算；

根据不同倾角下单位面积光伏板上年辐射总量的比较，以所述年辐射总量最大值对应的倾角为年最佳安装倾角。

作为优选，所述步骤S2中，目标建筑物屋顶所述三维模型基于三维激光扫描获取，通过扫描得到屋顶点云数据后进行分割处理，将点云分成不同的面片区域，并以点、线、多边形的形式构建包括构筑物的屋顶三维模型。

作为优选，步骤S2中所述三维计算换算比例取为平台上标志物的实际尺寸与其在三维模型图片中的像素数的比例，并根据该比例对屋顶平台及各构筑物的几何尺寸进行计算：

其中，d_r、n_r分别为标志物的几何长度和像素个数，d_p、n_p分别为待测线段的几何长度和像素个数。

作为优选，所述步骤S2中，目标建筑物屋顶所述三维模型基于立体视觉采集方式获取，采用双目视觉或者结构光与摄像机的组合来获取屋顶深度图，还通过已知的相机参数以及坐标变换获得深度图像中各点的空间坐标信息。

作为优选，步骤S2中还包括：

对屋顶周界上的构筑物轮廓进行所述扩展后，还分别在水平面和竖直面上进行矩形外接；

以屋顶主体平坦区域为基础，对所述区域东、西、南向周界上的构筑物进行长、宽、高的三维尺寸计算，并在目标区域的基准坐标系下标识其方位。

作为优选，对构筑物进行矩形外接后以地面边长沿着东西、南北方向的长方体表示构筑物。

作为优选，当小的构筑物长方体在大长方体的北侧时，且其阴影遮挡范围内含于大长方体的阴影遮挡范围，则将小构筑物合并到大构筑物中。

作为优选，当相邻长方体南北或东西的端线范围相似度超过设定阈值如95％，且高度差在一设定范围如5％内时，以两者在屋顶截面的外接矩形作为合并后长方体的底面矩形。

作为优选，构筑物轮廓的所述扩展中，在屋顶平面上以预设时刻太阳光照方位进行阴影遮蔽范围计算时，以东、西投影特点向其中一侧扩展，而以南北投影长度向北侧扩展；在扩展完成后，从屋顶目标平面的矩形中，挖去该扩展后的区域。

作为优选，构筑物阴影遮挡范围的计算，其高度以构筑物与光伏板的起点高度的高度差为基础进行计算。

作为优选，所述步骤S3中，目标区域为T形、L形或十字形体状的原始形态或经旋转、翻转后的形态，以T形、L形或十字形横竖相交部分为待组合矩形；

所述步骤S5中，所述横竖相交部分的矩形分别在东西方向、或南北方向与相邻一块矩形块进行组合，而另一块未组合的矩形块为剩余可利用矩形块。

作为优选，当目标区域为多个L形、T形或十字形组合时，从其中一个方向如南侧开始，依次从去除已找到构形后的剩余空间中搜索上述三种构形，并对各构形分别进行待组合矩形及部署组合的设定。

作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，预设时刻设为冬至日9时或15时，光伏板南北方向均互不遮挡的约束条件为，前后间距要大于等于下式计算值：

总

式中，L为南侧光伏板的斜置长度，β为安装倾角，

为当地纬度。

作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，光伏板东西方向均互不遮挡的约束条件为，东西间距要大于等于下式计算值：

式中，L_max为东西相邻两块光伏板中较长一块、或其北端距目标区域南端最远一块的斜置长度，太阳方位角

而太阳高度角

作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，光伏板东西方向均互不遮挡的约束条件为，东西间距要大于等于下式计算值：

式中，Lmax为东西相邻两块光伏板中其北端距目标区域南端最远一块的斜置长度，太阳方位角

而太阳高度角

作为优选，当两个矩形块东西相邻时，以光伏板本身的垂直投影加上其以预设时刻太阳光照射时的北向投影作为该光伏板的覆盖范围，若两相邻矩形块内光伏板的覆盖范围存在交集的才进行东西间距的计算。

作为优选，两相邻矩形块内覆盖范围相交的东西相邻光伏板，通过上述公式计算单次东西间距；之后，以相邻两列的所有相邻光伏板的所述单次东西间距为基础，以其中最大值作为该两相邻矩形块的相邻两列之间的东西间距。

作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，对每一个矩形块，按整数块数进行光伏板长度的计算，令矩形块内南北并列排列光伏板的排数为N，则：

若所述矩形块处于整个目标区域的最北端，要求，

(N-1)·总D+L·cosβ≤D_NS，

否则，若所述矩形块非整个目标区域的最北端，要求，

N·总D≤D_NS，

其中，D_NS为所述待排矩形块的南北方向长度。

采用本发明方案，与现有技术相比，具有以下优点：本发明针对建筑物屋顶的光伏发电应用，发现了普遍存在屋顶构筑物对光伏板的排布存在影响的问题，为了尽量利用屋顶面积，基于所获取的建筑物屋顶三维模型以外接长方体对其简化，并计算构筑物的尺寸及方位，以预设时刻如冬至日9时或15时的日照作为依据，计算构筑物在东西及北向的遮蔽范围、以及光伏板间的前后间距、东西间距计算式；又从屋顶三维模型中的主体平坦区域提取出屋顶平面，并从该平面中扣除构筑物及其遮蔽区域后作为部署光伏板的多矩形组合形不规则目标区域；针对该目标区域，以边界为基础将其划分为多个相互交叉的矩形，然后按邻接关系将交叉区域分别组合到不同矩形块中形成一种部署组合；基于光伏板间的前后间距、东西间距计算式，并在光伏板通用长度约束条件下对部署组合中的每个矩形块分别进行光伏板的组合排列测算，最后以各种部署组合中光伏板面积最大的一种组合排列作为排布结果输出。本发明根据屋顶构筑物实际参数进行目标区域提取和排布优化，从而最大化地利用了屋顶面积进行光伏发电，且能用于多构筑物屋顶的光伏板排列设计，适用性强。

应当理解的是，前述概念以及下文中更详细地讨论的附加概念的所有组合(倘若这样的概念并非相互不一致)都可以被设想为本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开方案的要求保护的主题的所有组合都可以被设想为本文公开的发明主题的一部分。

附图说明

图1为建筑物屋顶光伏板排布系统的组成结构图；

图2A为建筑物立体示意图；

图2B为目标屋顶构筑物分布示意图；

图2C为建筑物三维表面重建结果图；

图2D为目标屋顶尺寸测量示意图；

图3A为构筑物阴影区域模型示意图；

图3B为光伏板间隔分布示意图；

图3C为光伏板地面投影示意图；

图3D为不同安装倾角下年总辐射量曲线示意图；

图4为目标屋顶根据构筑物阴影的区域划分示意图；

图5为目标规划区域的两种排布方式；

图6为不同南向端线光伏板间东西间距示意图；

图7为基准光伏板阴影对相邻错位光伏板影响范围示意图；

图8为目标规划区域组合一排布计算表；

图9为目标规划区域组合二排布计算表；

图10为目标屋顶优化排布示意图；

图11为建筑物屋顶光伏板排布的工作流程图。

其中：

1000建筑物屋顶光伏板排布系统，

100主机单元，200用户接口单元，300测量单元，400服务器，500定位单元，

110输入模块，120输出模块，130排布优化模块，140干涉处理模块，150存储模块，160三维计算模块，170事件处理模块，

210显示屏，220操作面板，

41/42构筑物，321第一光伏板，322第二光伏板，323基准板，324比对板，3211第一垂直面，3221第二垂直面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。其中，对方向的描述，东西方向即左右方向，南北方向即前后方向。

实施例1

分布式光伏发电作为绿色环保的发电方式，符合国家能源改革以质量效益为主的发展方向。随着技术的升级，光伏发电设备成本不断下降，如今，用户只要花费几万元，就可以安装一套15千瓦的光伏发电设备，而这套设备一般一年能发电近两万度。

我国土地资源宝贵，公共场合更是追求土地利用效率。而屋顶分布式光伏发电项目是安装在闲置屋顶上，不会占用原有的土地资源，一地多用，高效环保。光伏发电节能减排，环保高效。作为清洁新能源，屋顶分布式光伏发电项目已在我国政府大楼、医院、学校等公共建筑屋顶实施，并将逐步进入城乡住宅小区。虽然对于光伏电站的设计已有通用方法，但这类方法均假设部署光伏板的地形为无遮挡的平坦区域；针对建筑物屋顶，往往从屋顶面圈出一块矩形区域进行光伏板的排布设计；当实际碰到屋顶平面上单块矩形区域不好分割时则往往根据主观经验采用并排直铺的方法进行排布。这些现有方法，都难以充分利用建筑物屋顶的太阳能。

结合图1、图11所示，本发明建筑物屋顶光伏板排布方法，包括以下步骤：

S1、初始化，确定目标建筑物屋顶光伏板排布所需的预设数据，包括建筑物所在纬度、光伏板安装倾角、太阳光投射计算时的预设时刻、三维计算换算比例等参数；

S2、获取目标建筑物屋顶三维模型，基于模型及三维计算换算比例得到屋顶各构筑物的三维尺寸及方位数据，并根据所述预设时刻太阳光照射特点将所述构筑物在其朝向目标屋顶的东北或西北方向上将其轮廓进行扩展，在目标屋顶平面上扣除经扩展后构筑物的区域范围作为屋顶部署光伏板的目标区域；

S3、将屋顶所述目标区域分割为多个互不相交的可利用矩形块，所述矩形块构成集合

从矩形块集合R中，搜索出与两个或以上可利用矩形块相邻的矩形块作为待组合矩形Z_j，建立待组合矩形集合

并对每个待组合矩形Z_j分别建立与其相邻矩形块构成的相邻集合

令j＝1，k＝1；

S4、判断j≤m是否成立，如果不成立，则转S8；否则，转S5；

S5、判断k≤p是否成立，如果不成立，则转S7，否则，将待组合矩形Z_j与集合N_j中其东西或南北邻接的矩形块N_jk合并为一更大矩形B_jk，并令目标区域剩余可利用矩形块为D_jk＝R-B_jk，以B_jk和D_jk共同构成一种部署组合P_jk；

S6、令k＝k+1；转S5；

S7、令j＝j+1；转S4；；

S8、所有部署组合P_jk构成部署集合P，对P中的所有元素即每一部署组合P_jk，将其对应的各矩形块B_jk及D_jk，分别按矩形内部、及相邻矩形间光伏板在所述预设时刻东西、南北方向均互不遮挡，以及板长约束下，对各矩形内的光伏板进行组合排列测算，计算各组合排列测算的可排布面积S_jk；

S9、搜索可排布面积最大的S_jk，其对应的B_jk及D_jk内的光伏板排列的组合作为排布结果，将该排布结果输出。

本发明提供建筑物屋顶光伏板排布方法，用来对各种建筑物屋顶进行发电用光伏板的优化排布。如图1所示，采用本发明方法的建筑物屋顶光伏板排布系统100包括用户接口单元200和主机单元100；还可包括测量单元300、定位单元500及服务器400。

其中，用户接口单元200可包括操作面板220和显示屏210，分别用来进行操作与显示；测量单元用300来对屋顶进行各向三维测量，获得屋顶三维模型；定位单元500用来进行纬度等地理信息的获取，服务器400用来存储模型、公式及常数等共用数据和信息。

作为优选，服务器400还用来响应各主机单元100的查询，并保存各建筑物屋顶光伏板的排布数据；还可以通过归类提供检索、查询等服务。

图2A示意了一建筑物立体视角图，其中建筑主体长度方向面向近正南方向。结合图2B所示，在图中可以看到，左下角的屋顶有大块基本平坦的区域可以供光伏板排布，但在图中也能观察到，屋顶东侧有位于建筑中部的高穹顶即图2B中的构筑物41，而其西南侧则有一个井架状造型即图2B中的构筑物42；由于我国地处北半球，因此这两处周界上的构筑物41/42都将对屋顶中间平坦区域的光伏板形成遮挡。区别于现有技术中仅从平坦区域中心圈出一小块矩形区域进行光伏板排布的方式，本发明通过系统中主机单元100的构造与处理，进行屋顶光伏板的优化排布。

结合图1、图2B、图3A、图4及图5所示，主机单元100分别与其他各单元如用户接口单元200、测量单元300、定位单元500和服务器400相连；主机单元100中包括事件处理模块170、三维计算模块160、干涉处理模块140、排布优化模块130及输入模块110、输出模块120，并且其被配置为：

基于屋顶三维模型和模型实物尺度换算关系，三维计算模块160计算得到屋顶各构筑物的三维尺寸及方位数据；干涉处理模块140计算预设时刻太阳光照射下所述构筑物的阴影遮蔽区域，获得屋顶部署光伏板的非矩形可利用目标区域；针对目标区域，排布优化模块130先获取预设时刻光伏板互不遮挡、及预设倾角约束下光伏板阵列的前后间距和东西间距的计算式；以目标区域的内部边界作延长线直至与目标区域的另一边界相交，以内部边界延长线为直角边所围范围、与该目标区域的交集区域构成的矩形为待组合矩形；以该待组合矩形为基础，对所述目标区域其他部分按内部边界延长线进行划分得到多个可利用矩形块；将所述待组合矩形与这些可利用矩形块分别进行合并尝试，若合并能形成更大矩形则实施该合并，然后将合并出的矩形、与目标区域剩余的可利用矩形块共同构成一种部署组合；对于每一个部署组合，分别按所获取的前后间距、东西间距计算式，并在光伏板的长度约束条件下在所述合并出的矩形、及其对应的剩余可利用矩形块分别进行光伏板的组合排列测算；最后以各种部署组合中光伏板面积最大的一种组合排列作为排布结果，并通过输出模块输出。

其中，在非矩形不规则目标区域中，内、外部边界定义为：以边界线段端点为起点往两侧作延长线，若有其中一个端点出发的延长线与目标区域相交，则称该边界线为内部边界；否则，称该边界线为外部边界。在每一种组合排列测算中，以前后间距要求各个矩形块内部的光伏板排列，对于非最北端的矩形块其内部所有光伏板的北侧阴影还不能超出该矩形块的北端部范围；若东西方向有相邻矩形块，则还要以东西间距进行约束。计算式、位置及参数设置等可以存储在存储模块150中，还可以上传到服务器400中。

事件处理单元170则被配置为：响应于输入模块110从用户接口单元200接收的信号输入，对数据进行传输与存储并调用主机单元内其他模块分别进行处理响应。具体包括：当用户通过用户接口单元200中的操作面板220输入参数时，通过显示屏210显示操作交互信息，以及将各参数发送到存储模块150进行保存；事件处理单元170在接收到用户通过输入模块110发出或启动后所预设的三维计算、干涉处理、排布优化等指令后，指令三维计算模块160、干涉处理模块140、排布优化模块130分别进行三维计算、阴影遮挡范围计算与标识、光伏板排列组合等处理，并且将处理结果保存。同时，在排布优化结束后，将排布结果所对应的尺寸、方位参数以指令或消息通知的形式通过输出模块120传送给外部单元，并还可以通过显示屏对结果进行可视化输出，以进行目标屋顶光伏板排布设计的参数化描述与信息传输。

光伏板在屋顶的排布，要基于具体的地形；为此，先要获取屋顶的三维模型。三维模型就是用来定义物体在三个维度空间结构的数据组成，一般用多边形建模。对于屋顶而言，可用长方体加线的方向进行表示。新建筑一般都有电子图纸，可以从CAD等图纸中获取屋顶的三维及尺寸数据；但对于现存较久远的建筑，则可以通过测量单元来获取屋顶的三维模型。不失一般性，测量单元可采用三维激光扫描或立体视觉采集等方法。

作为优选，测量单元为三维激光扫描单元，其通过扫描得到屋顶点云数据后进行分割处理，将点云分成不同的面片区域，并以点、线、多边形的形式构建包括构筑物屋顶的三维模型。

模型以网格为基本数据单位，网格是由物体的众多点云组成的，通过点云形成三维模型网格。点云可包括三维坐标、激光反射强度和颜色信息，最终绘制成网格。这些网格通常由三角形、四边形或者其它的简单凸多边形组成，这样可以简化渲染过程，网格也可以包括带有空洞的普通多边形组成的物体。在网格基础上，为了简化模型以便测量和规划使用，对其进行屋顶轮廓线的提取：首先，对三维建筑物模型进行预处理，提取出属于屋顶部分的三角面片；再采用Alpha Shapes算法进行轮廓线粗提取，将粗轮廓线通过最小平方法的轮廓线简化方法进行化简；然后，采用分类强制正交方法将简化的轮廓线规则化。通过以上处理能获得边界完整、精确的轮廓线并使得轮廓清晰简要，为后续尺寸提取提供了基础。

基于三维模型中的主要轮廓线，三维计算模块以屋顶平台上标志物的实际尺寸及其在三维模型图片中的像素个数的比例作为三维模型测量的换算比例，对屋顶平台以及各构筑物的几何尺寸进行计算。比如，可以根据屋顶平台边缘端到端之间的距离，或者平台上栏杆等标志物实际长度进行换算。

在屋顶平台上，以其主体平坦区域的高程为基础，对高程在一阈值范围内的区域圈定为光伏板排布的目标区域。同时，基于几何尺寸，对该目标区域东、西、南向周界上的构筑物进行长、宽、高的三维尺寸计算，并在该区域的基准坐标系下标识其方位；其中，由于构筑物已有高度数据，坐标系可以用水平面坐标系XOY。

作为优选，还可以基于邻接关系对相连的构筑物进行合并拼接，即通过对相邻边界以外接多边形或外接矩形进行简化，其中，所述矩形的垂直边分别平行于南北、东西方向直线。在三维计算模块中，对这些立体构筑物进行处理。对构筑物进行分块、每块区域计算外接多边形并获取该区域内的最大高度；每块多边形再用东西、南北方向的矩形进行外接，以所述矩形的长、宽以及该区域内的最大高度构成一个长方体作为一个遮挡计算用构筑体。

结合图2C所示，测量单元获取建筑物的点云模型后，经面片处理后进行建筑物三维表面重建，获得包括屋顶的建筑物三维模型。再结合图2D所示，基于三维模型数据，以重力方向为基准，可以获得屋顶在平面如水平面上的视图，从而可以基于该视图图片获得屋顶平台上标志物的像素个数。在图2D中，屋顶有网格状的矩形块作为标志物，又通过实地测量可以得到该网格的实际长宽数据，不失一般性，从而基于该网格状矩形块的尺寸如长度及其在视图中对应像素个数的比例作为三维模型测量的换算比例，进而可以根据该比例对屋顶平台及各构筑物的几何尺寸进行计算：

其中，d_r、n_r分别为标志物的几何长度和像素个数，d_p、n_p分别为待测线段的几何长度和像素个数。

只要光伏组件不是平铺在同一平面，则光伏板之间都会存在互相遮挡的现象，而光伏组件发电效率将随着阴影遮挡而减小。更重要的是，由于直接遮挡，光伏电池上产生热斑现象，即被遮挡的光伏组件作为负载消耗未遮挡光伏组件所产生电量，并发热，导致光伏组件电路损坏。为此，一般在光伏组件正负极间并联一个旁路二极管来防止局部以及部分光照较弱时间段内的热斑效应。对于光照强时大块区域仍然有阴影遮挡的情况，一般在该区域不排布光伏组件。参照相关标准，一般以日照主要时段分割点如上午9点及下午15点作为最大阴影距离的测算基准。以冬至日的该时刻计算屋顶面构筑物及光伏板本身的阴影遮挡范围，并以此圈出可用于光伏阵列排布的屋顶面积范围。

结合图2B及图3A所示，不失一般性，以图2B中的西侧构筑物为例，其将在屋顶平面上形成如图3A所示的阴影遮挡。如图3A中右图所示，高度为H的构筑物，以太阳高度角h形成图中长度P的影子；而P又以太阳方位角A将在南北方向上将形成长度为D的投影分量，其中，方位角A以正北方向为转角起点。

在太阳高度角h、方位角A及赤纬角δ、时角ω条件下，由天文学天体坐标变换，有：

太阳高度角：

太阳方位角：

类似地，对光伏板的阴影遮挡范围进行投影分析，结合图3B、图3C所示，以所述预设时刻的光照为依据，同一列中，北侧的第二光伏板322与南侧的第一光伏板321之间的间距即第一光伏板321北端至其阴影最北端的距离为D，两板之间的距离记为总D，光伏板安装倾角为β，当地纬度为

则有：

总D＝L·cosβ+D＝L·cosβ+((L·sinβ)·ctgh)·cosA

其中，参见图3C所示，对第一光伏板321北端的第一垂直面3211上高度H在太阳照射下的投影进行分析，第二光伏板322南端的第二垂直面3221刚好位于投影的最北端部，两个垂直面距离：

将

代入后有，

再代入

有，

通分并将用

替换，

上下同乘以tanδ化简得到，

在冬至日，将δ＝-23.45°，上午9:00的时角ω＝45°代入，则有，

总

为方便计算，方位角A取为与南北方向直线夹角的锐角，然后结合具体方向在三角值运算中进行正负值的甄选。

以图2A中建筑物所在的杭州市的的纬度

代入，有，总D＝L·cosβ+D＝L·cosβ+1.8683·L·sinβ。

作为优选，构筑物阴影遮挡范围的计算，其高度以构筑物与光伏板的起点高度的高度差为基础进行计算。

作为优选，屋顶光伏板的排布阵列，采用用倾角固定式安装。

作为优选，倾角采用年最优发电倾角。倾斜放置的太阳能光伏阵列朝向赤道的情况下相比较于任意倾角接收辐射能最大，某一时刻，光伏阵列接收的总辐射能I_t由直接辐射I_b、散射辐射I_d和反射辐射I_r三部分组成，由于太阳能单晶硅电池光谱响应主要集中在短波区，而地表反射辐射主要以长波辐射为主，所以很大一部分的地面反射辐射对太阳能硅电池来说是无效的，因此倾斜放置的太阳能光伏阵列瞬时总辐射能为：

I_t＝I_b+I_d，

上式中，光伏阵列上太阳瞬时直接辐射能为：I_b＝I₀·τ_b·cosβ，

光伏阵列上瞬时太阳散射辐射为：

其中，I₀为太阳光垂直入射在大气上界时的太阳辐射强度，τ_b、τ_d分别为当地直接辐射、散射透明度系数。

则每天光伏阵列表面接收到的总辐射能为：

式中：T_ss和T_sr分别为日出、日落时刻。

全年光伏阵列表面接受到的总辐射能为：Q_y＝∑_nQ_n。

给定地理纬度，地形高度等参数，光伏阵列接收到的总辐射Q_y是一个关于安装倾角β的函数，为简化计算过程，可通过编程将β量化成0～90°，增量为1°，通过代入不同β值将已知参数带入方程求得总辐射量，找出最大辐射量对应的β值。目标建筑位于杭州市，地理海拔高度hh＝41米，n取365按全年计算，得到不同倾角的每平米光伏板上年辐射总量(部分)如图3D所示，实际数据对比得到的年最佳倾角为27°，单位光伏阵列表面所接受到的总辐射量为Q_y＝4177.6MJ/m²。

结合图2B、图4所示，基于三维计算模块、干涉处理模块的计算和处理，以预设时刻光照特性求取到屋顶构筑物的阴影遮挡范围并对构筑物进行外扩，如图4中阴影线标注范围所示，其中，1号区域构筑物外扩范围分别为东向、北向阴影投影长度，2号区域为西向阴影投影长度。将图2B中构筑物41、42在屋顶平面的阴影遮挡区域扣除后，剩余的目标区域为一旋转180度的L形区域。对应这种非规则矩形区域，现有技术中没有如何对其进行光伏板优化排布的方案。为此，经实地勘察与深入研究后，本发明提出通过多矩形组合后优化比对的方式来进行目标区域的光伏板排布规划。具体地，基于排布优化模块130按以下过程进行处理。

T1、将目标区域分割为多个互不相交的可利用矩形块；

T2、根据邻接关系，以与多个如两个或以上可利用矩形块相邻的矩形块作为待组合矩形，将该待组合矩形分别与其周围的一个或多个可利用矩形块组合出更大的矩形，并将合并后的矩形与目标区域剩余可利用矩形块共同构成一种部署组合；

T3、对于各种部署组合，按矩形内部及相邻矩形内光伏板在所述预设时刻东西、南北方向均互不遮挡，及板长约束下，对各矩形内的光伏板进行组合排列测算；

T4、以各种部署组合下各种组合排列中光伏板面积最大的一种组合排列作为排布结果。

作为优选，以排布结果所对应在目标区域的部署组合区域分割线、以及组合排列中光伏板的尺寸及位置，以图形方式通过输出模块输出。

作为优选，所述步骤T1中，以所述目标区域的内部边界作延长线直至与目标区域的其他边界相交，以内部边界延长线为直角边所围范围与所述目标区域的交集区域构成的矩形为待组合矩形。

作为优选，所述步骤T2中，目标区域为T形、L形或十字形体状，以T形、L形或十字形横竖相交部分为待组合矩形。结合图4所示，L形目标区域中，可利用区域I和可利用区域II构成横条块，可利用区域II和可利用区域III构成竖条块，两条块的相交区域即可利用区域II为待组合矩形。从而，对于图4所示的目标区域，结合图5所示，形成两种部署组合：

部署组合1：待组合矩形即可利用区域II和可利用区域III组合形成一个更大矩形或矩形块，剩余的可利用区域I单独为一个矩形块；

部署组合2：待组合矩形即可利用区域II和可利用区域I组合形成一个更大矩形或矩形块，剩余的可利用区域III单独为一个矩形块。

作为优选，所述步骤T3中，各种组合排列测算，结合图5中部署组合2所示，若其所在部署组合中相邻矩形区域呈南北分布，则所述相邻矩形区域中南侧矩形区域最北端光伏板在所述预设时刻的阴影北端与北侧矩形区域最南端光伏板的南端共线。

作为优选，所述步骤T3中，各种组合排列测算，对每一待排矩形块，设其南北并列排列光伏板的排数为N，则：

结合图5中部署组合1所示，若所述待排矩形块处于整个目标区域的最北端，要求，

(N-1)·总D+L·cosβ≤D_NS，

否则，结合图5中部署组合2的可利用区域III所示，若所述待排矩形块非整个目标区域的最北端，要求，

N·总D≤D_NS，

其中，D_NS为所述待排矩形块的南北方向长度。

作为优选，所述步骤T3中，各种组合排列测算，结合图5中部署组合1所示，若其所在部署组合中相邻矩形区域呈东西分布，则所述相邻矩形区域中面积或南北方向长度较小一块矩形区域在另一块矩形区域的方向上，要按东西间距计算式所得结果的长度进行割除后再进行矩形内的组合排列测算。

对于图5中部署组合1，从图中可看出，由于左右即东西两侧矩形块内的光伏板横向阵列，很可能是不但起点不在同一直线上的，而且两侧的光伏板长度也不相同。因此，这种情形下，还要考虑东西相邻光伏板之间因交错而引起的阴影遮挡。

如图6所示，基准板323、比对板324两个光伏板东西两侧相邻，其中东侧的基准板323板长更大，两光伏板倾角相同。不失一般性，图中以三个三角形表示比对板324不同的位置。从图6中可以看出，当比对板324位于最右侧即图中最北端的位置时，东南方的太阳光线在基准板323上形成的阴影应该以其高度H₁进行计算；当比对板324位于居中位置时，东南方的太阳光线在基准板323上形成的阴影应该以高度H″进行计算，而高度H″对应的起点位置为比对板324在东西方向上平移到基准板323时其南端与基准板323的交点，此时，投影范围比H₁小，相当于从基准板323在南北方向上扣除其与比对板324的交错距离DD；进一步，当比对板324位于居左位置时，东南方的太阳光线在基准板323上形成的阴影应该以高度H′进行计算。东西相邻光伏板之间的间距d如何进行具体确定，从图6中难以反应。为此，经过实验及研究后，作图如图7所示，来对基准光伏板阴影对相邻错位光伏板影响范围进行定量计算。

图7中，以起点位于最南端的光伏板作为基准板323，东西相邻的另一光伏板作为比对板324，根据光照特性，可得到最大东西间距计算式d取为：

式中，L_max为基准板的斜置长度。

作为优选，为简化计算，L_max取为东西相邻两块光伏板中较长一块、或其北端距目标区域南端最远一块的斜置长度。

组合排列测算中，对于各矩形块，基于其南北距离，其一列中块数按各整数值进行光伏板长度的试算，作为本矩形块内的一种分布可能，并基于光伏板的最短至最长长度对试算出组合排列中的光伏板长度进行核验，对于核验通过的组合排列，计算其对应的光伏板总可利用面积。其中，每组合排列均对应为一种部署组合中每个矩形块的一种分布。基于所有满足约束条件的组合排列，比较其对应的光伏板总面积，以最大面积对应的组合排列作为最终排布设计并输出。

光伏组件即太阳能电池板由太阳能电池片或由激光切割机/钢线切割机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成。太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件，一个单体太阳能电池的单片为一个PN结，工作电压约为0.5V，工作电流约为20－25mA/cm²。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，一个光伏阵列中需要多少个光伏组件及如何连接组件，这与所需电压、电流及各个组件的参数有关。连接后，每个电池板尺寸的电流电压特性为，串联电压相加，电流不变；并联则电压不变，电流相加。因此，在得到光伏板的排布设计后，作为优选，可以对光伏板进行定制，通过先串联获得高电压，再并联获得高电流后输出，其中还通过一个二极管防止电流回输；然后，把组件封装在一个不锈钢、铝或其他的非金属边框上，安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封。

作为优选，选用的太阳能电池片可以是单晶硅或多晶硅。其中，单晶硅的转化效率要略高于多晶硅。

作为优选，所述定制中，当光伏板的长度或宽度不一致时，先根据其中一个方向的尺寸如长度或宽度，从其公约数中选择一个对应长度确定基准电压，然后，不同光伏板通过电流并联，实现光伏阵列的连接。

实施例2

区别于实施例1，本实施例中，测量单元采用立体视觉采集单元，该立体视觉采集单元采用双目视觉或者结构光与摄像机的组合来获取屋顶深度图，通过已知的相机参数以及坐标变换获得深度图像中各点的空间坐标信息；并通过图像处理来获取屋顶平面、构筑物的几何数据。

三维计算模块利用图像阈值分割，从图像中提取屋顶构筑物，并以屋顶主体平坦区域为光伏板排布的目标区域，对该区域南向周界上的构筑物基于空间坐标信息进行长、宽、高的三维尺寸提取，并在屋顶基准坐标系下标识其方位。

作为优选，在基准坐标系下，以高度方向坐标值在阈值范围内的像素点集合作为目标区域；作为优选，可以用区域生长法，从预设的种子像素点开始，搜索获得面积最大的所述主体平坦区域，作为光伏板排布的目标区域。

而在排布优化模块进行光伏板的排布优化时，为将目标区域分割为多个互不相交的可利用矩形块，本实施例先在目标区域中以相邻的三条边界在目标区域中分别圈围出内接矩形，然后，再对所述内接矩形求出交集，以所得交集为待组合矩形。其中，所述圈围过程为以所述三条边界及其延长线且必须含有延长线与目标区域其他边界组合以围成矩形的过程，所述边界可以是边界本身或边界上的一段。

作为优选，所述三条边界中包括的两个顶点为凸点而不含凹点，所述三条边界包括至少一条外边界，且在所述圈围过程中，若边界为内部边界，则从该内部边界一端的凹角点出发往目标区域内部作延长线直至另一条边界线。

结合图4所示，可利用区域I的左侧两个顶点、以及可利用区域III下侧的两个顶点，均为凸点。因此，首先，分析可利用区域I左侧两个顶点对应的三条边界，其中，左边界、上边界均上均无凹点，而下边界上有凹点；其次，延长该下边界，直至其与目标区域右侧边界相交，圈围出其中可利用区域I、可利用区域II组成的内接矩形1。

类似地，对于可利用区域III下侧的两个顶点，首先，分析可利用区域III下侧两个顶点对应的三条边界，其中，右边界、下边界均上均无凹点，而左边界上有凹点；其次，延长该左边界，直至其与目标区域上侧边界相交，圈围出其中可利用区域II、可利用区域III组成的内接矩形2。

然后，以该内接矩形1和内接矩形2的交集，即图中可利用区域II作为待组合矩形。

作为优选，若相邻三条边界上均不存在目标区域的凹角点，则不进行圈围。结合图4所示，以目标区域右侧端部的三条边、或上侧端部的三条边，都无法在目标区域内圈围出内接矩形，因为，上述两个三条边集合中，均不存在目标区域的凹角点。

实施例3

本实施例还通过对东西间距的计算进行调整，来获得更优的排布结果。

在实施例1的基础上，进一步，作为优选，东西间距计算式取为：

其中，在东西相邻两块光伏板中以其北端距目标区域南端最远一块为基准板，板南到基准南间距D′为相邻的比对板南起点到基准板南起点之间的距离；d_max为倾斜放置的基准板最高点于预设时刻在屋顶平面东西方向上的投影长度。

根据该式进行光伏板排布，可使得阵列更为紧凑高效。

作为优选，步骤T3中，各种组合排列测算，对各种部署组合中的两个东西相邻的待排矩形块，结合图5中部署组合1的可利用区域I所示，南北向长度较小一个待排矩形块光伏板的东西方向排列总宽度为：

D_EW＝D′_EW-d，

其中，D′_EW为该待排矩形块东西方向的几何宽度；

所述两个东西相邻的待排矩形块，他们内部相邻两块光伏板各自南北方向范围存在交集，所述南北方向范围为待排矩形块内光伏板垂直投影及北向投影的长度所覆盖的范围。

根据以上排布处理步骤，结合图2A、图4、图5所示，分别进行部署组合1、部署组合2的组合排列测算。

基于杭州市地理纬度

可计算出预设时刻太阳高度角h＝21°，方位角A＝44.1°，又光伏板安装倾角β＝27°。另外，由于单块光伏组件斜边长度L一般大于1米，宽度大于0.5米，并且受大风影响Lsinβ≤2，因此1≤L≤4.41。

对于部署组合1，结合图8所示，根据约束条件，设左右即西东两侧光伏板长度、数量分别为L1、N1和L2、N2，则有，

左侧：1.7392*N1*L1-0.848L1≤5.79，左侧宽度12689.39mm，记为12.69m-d；

右侧：1.7392*N2*L2-0.848L2≤18.41，右侧宽度18059.64mm记为18.06m。

从图表的各种测算中可以看出，当N1＝2、N2＝3进行组合排列时，光伏板排布的总面积最大，为273.07平方米。

对于部署组合2，结合图9所示，根据约束条件，设北、南两侧光伏板长度、数量分别为L1、N1和L2、N2，则有，

I+II号组成的北侧区域宽度为30.75m；III号独立形成的南侧区域宽度为18.06m；

北侧：1.7392*N1*L1-0.848L1≤5.79；

南侧：1.7392*N2*L2≤12.62。

其中，对于南侧区域，光伏板块数并不影响其总有效长度。此种部署组合下，光伏板排布的最大总面积为：4.402*30.75+7.257*18.06＝266.42平方米。

最后，对比两种部署下的组合排列，取部署组合1中的最优排布为排布结果，其排布的布局及规划如图10所示。

实施例4

区别于以上实施例，在本实施例中，建筑物屋顶以斜屋顶形式存在。为了对斜屋顶进行光伏板排列优化，在对构筑物及屋顶进行三维测量获得三维模型的基础上，需要对排布过程进行调整。

首先，假设目标屋顶斜面P1的倾角为α，将其投影到水平面P2上；

其次，以水平面P2上的所投影区域，在扣除周界上的经预设时刻阴影投射扩大的各构筑物区域后作为排布目标区域，进行光伏板的排布优化，得到排布结果；其中，排布中光伏板的起点高度以目标区域的南向边界光伏板支架高度为依据；

最后，根据所述排布结果，在屋顶斜面P1上，以dd/cosα为南北间距在斜屋顶面上进行光伏板的排列，其中dd为排布结果中前后排光伏板之间的距离，且光伏板与在斜屋顶的安装倾角为θ＝β-α。

应用本发明进行屋顶光伏板排布规划，基于屋顶构筑物三维模型，根据太阳光照射特性计算预设时刻构筑物及南北向放置矩形光伏板的遮挡范围，从屋顶目标平面扣除周界上各构筑物经阴影扩展后的范围，得到排布光伏板的目标区域，对非规则的目标区域，以L形、T形即十字形等构形对其进行匹配后搜索到交叉处的待组合矩形，然后将其与相邻矩形分别组合以构成不同部署组合，针对各部署组合，以组合内各可利用矩形为单位进行光伏板的组合排列测算，测算以该部署组合中各矩形方位特征及光伏板的前后间距、东西间距计算式为基础，最后，在所有组合排列中，以光伏板可利用面积最大的排布为结果并输出，从而实现了建筑物屋顶光伏板的优化排布。

以上，说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的方式，并没有限定发明的范围。这些实施方式可以通过其他的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主旨，并同样地包含于权利要求书记载的发明及其等同的范围内。

Claims (10)

1.建筑物屋顶光伏板排布方法，其包括以下步骤：

S1、初始化，确定目标建筑物屋顶光伏板排布所需的预设数据，包括建筑物所在纬度、光伏板安装倾角、太阳光投射计算时的预设时刻、三维计算换算比例等参数；

S2、获取目标建筑物屋顶三维模型，基于模型及三维计算换算比例得到屋顶各构筑物的三维尺寸及方位数据，并根据所述预设时刻太阳光照射特点将所述构筑物在其朝向目标屋顶的东北或西北方向上将其轮廓进行扩展，在目标屋顶平面上扣除经扩展后构筑物的区域范围作为屋顶部署光伏板的目标区域；

S3、将屋顶所述目标区域分割为多个互不相交的可利用矩形块，所述矩形块构成集合

从矩形块集合R中，搜索出与两个或以上可利用矩形块相邻的矩形块作为待组合矩形Z_j，建立待组合矩形集合

并对每个待组合矩形Z_j分别建立与其相邻矩形块构成的相邻集合

令j＝1，k＝1；

S4、判断j≤m是否成立，如果不成立，则转S8；否则，转S5；

S5、判断k≤p是否成立，如果不成立，则转S7，否则，将待组合矩形Z_j与集合N_j中其东西或南北邻接的矩形块N_jk合并为一更大矩形B_jk，并令目标区域剩余可利用矩形块为D_jk＝R-B_jk，以B_jk和D_jk共同构成一种部署组合P_jk；

S6、令k＝k+1；转S5；

S7、令j＝j+1；转S4；；

S8、所有部署组合P_jk构成部署集合P，对P中的所有元素即每一部署组合P_jk，将其对应的各矩形块B_jk及D_jk，分别按矩形内部、及相邻矩形间光伏板在所述预设时刻东西、南北方向均互不遮挡，以及板长约束下，对各矩形内的光伏板进行组合排列测算，计算各组合排列测算的可排布面积S_jk；

S9、搜索可排布面积最大的S_jk，其对应的B_jk及D_jk内的光伏板排列的组合作为排布结果，将该排布结果输出。

2.根据权利要求1所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，初始化中所述安装倾角采用年最佳安装倾角，并通过以下处理获得，

代入不同安装倾角β值，通过下式计算全年光伏阵列表面接受到的总辐射能：

式子中，I₀为太阳光垂直入射在大气上界时的太阳辐射强度，τ_b、τ_d分别为当地直接辐射、散射透明度系数，h为太阳高度角，T_ss和T_sr分别为每天的日出、日落时刻，n取365按全年计算；

根据不同倾角下单位面积光伏板上年辐射总量的比较，以所述年辐射总量最大值对应的倾角为年最佳安装倾角。

3.根据权利要求1所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，所述步骤S2中，目标建筑物屋顶所述三维模型基于三维激光扫描获取，通过扫描得到屋顶点云数据后进行分割处理，将点云分成不同的面片区域，并以点、线、多边形的形式构建包括构筑物的屋顶三维模型。

4.根据权利要求3所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，

步骤S2中所述三维计算换算比例取为平台上标志物的实际尺寸与其在三维模型图片中的像素数的比例，并根据该比例对屋顶平台及各构筑物的几何尺寸进行计算：

其中，d_r、n_r分别为标志物的几何长度和像素个数，d_p、n_p分别为待测线段的几何长度和像素个数。

5.根据权利要求1所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，所述步骤S2中，目标建筑物屋顶所述三维模型基于立体视觉采集方式获取，采用双目视觉或者结构光与摄像机的组合来获取屋顶深度图，还通过已知的相机参数以及坐标变换获得深度图像中各点的空间坐标信息。

6.根据权利要求3或5所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，步骤S2中还包括：

对屋顶周界上的构筑物轮廓进行所述扩展后，还分别在水平面和竖直面上进行矩形外接；

以屋顶主体平坦区域为基础，对所述区域东、西、南向周界上的构筑物进行长、宽、高的三维尺寸计算，并在目标区域的基准坐标系下标识其方位。

7.根据权利要求1所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，所述步骤S3中，目标区域为T形、L形或十字形体状的原始形态或经旋转、翻转后的形态，以T形、L形或十字形横竖相交部分为待组合矩形；

所述步骤S5中，所述横竖相交部分的矩形分别在东西方向、或南北方向与相邻一块矩形块进行组合，而另一块未组合的矩形块为剩余可利用矩形块。

8.根据权利要求1所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，步骤S8所述组合排列测算中，预设时刻设为冬至日9时或15时，光伏板南北方向均互不遮挡的约束条件为，前后间距要大于等于下式计算值：

式中，L为南侧光伏板的斜置长度，β为安装倾角，

为当地纬度。

9.根据权利要求8所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，步骤S8所述组合排列测算中，光伏板东西方向均互不遮挡的约束条件为，东西间距要大于等于下式计算值：

式中，L_max为东西相邻两块光伏板中较长一块、或其北端距目标区域南端最远一块的斜置长度，太阳方位角

而太阳高度角

10.根据权利要求1所述的建筑物屋顶光伏板排布方法，其特征在于，步骤S8所述组合排列测算中，对每一个矩形块，按整数块数进行光伏板长度的计算，令矩形块内南北并列排列光伏板的排数为N，则：

若所述矩形块处于整个目标区域的最北端，要求，

(N-1)·总D+L·cosβ≤D_NS，

否则，若所述矩形块非整个目标区域的最北端，要求，

N·总D≤D_NS，

其中，D_NS为所述待排矩形块的南北方向长度。

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