CN116305493B - 一种光伏节能幕墙的施工评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏节能幕墙的施工评价方法，其包括以下步骤：在建筑物三维模型所在的空间内通过修改曝光角度模拟太阳日出到日落的光照变化过程；划分建筑物表面可安装光伏节能幕墙的区域；连接标记点的实际位置作为在该建筑物表面安装光伏节能幕墙的实际区域；估算可安装光伏节能幕墙的区域面积S'；评估建筑物安装光伏节能幕墙的可行性和经济效益。本方案利用建立的建筑物三维模型来对真实建筑物表面是否可安装光伏节能幕墙进行评估，为光伏节能幕墙的施工前期提供准确、合理的可行性评估结果，有效提升光伏节能幕墙安装和合理性和经济效益。

Description

一种光伏节能幕墙的施工评价方法

技术领域

本发明涉及清洁能源应用技术领域，具体涉及一种光伏节能幕墙的施工评价方法。

背景技术

光伏节能幕墙通常是将光伏组件放在两层玻璃之间而形成的新型生态建材，其采用光伏电池技术，把太阳能转化为电能被人们利用。这种电能是一种净能源，发电过程中不消耗宝贵的自然资源，也无废气，无噪音，不污染环境，是一种新型绿色能源。光伏节能幕墙除了发电特性外，与其他幕墙有着相同的建筑特性。随着传统幕墙行业竞争的加剧，门槛降低，高端光伏节能幕墙已经成为幕墙产业内部转型的方向。对于一些建筑物，由于其所处位置、建筑结构等条件的影响，可能不适合安装光伏节能幕墙作为墙面，现有技术中没有能直观的评估建筑物是否满足安装光伏节能幕墙的方法，导致很多光伏节能幕墙安装好之后并不能带来足够的经济价值。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种光伏节能幕墙的施工评价方法。

为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种光伏节能幕墙的施工评价方法，其包括以下步骤：

S1：根据建筑物的修建图纸数据建立建筑物三维模型，在建筑物三维模型所在的空间内通过修改曝光角度模拟太阳日出到日落的光照变化过程；

S2：将建筑物的表面分成若干个面积相等的表面单元，在光照变化的过程中，记录每个表面单元的光照强度，划分建筑物表面可安装光伏节能幕墙的理论区域；

S3：利用理论区域计算可安装光伏板的数量v；

S4：根据数量v和单个光伏板的发电功率p评估该建筑物安装光伏节能幕墙的可行性参考系数Y：

；

其中k₁为与光伏板发电过程相关的可行性系数，k₂为与建筑物内电器的消耗功率P相关的可行性系数，k₃为与光伏板寿命相关的可行性系数，T为可行性评价的时间单位；

若Y＞0，则该建筑物施工光伏节能幕墙作为墙面的经济效益高，若Y≤0，则该建筑物施工光伏节能幕墙作为墙面的经济效益低。

进一步地，步骤S2具体包括以下步骤；

S21：将建筑物的表面分成若干个面积相等的表面单元，以建筑物的底层中心为原点建立三维坐标系，并获取每个表面单元中心的三维坐标（x，y，z）；

在光照变化的过程中，每隔单位时间t获取一次表面单元的光照图像，从日出到日落的光照变化过程中每个表面单元要采集T/t次光照图像，T为日出到日落的光照时长；

S22：将光照图像进行灰度化处理，筛选出光照时间充足的表面单元，并获取每个光照单元对应的灰度平均值；

S23：以每个光照单元作为中心，计算与该光照单元相邻的光照单元对应的灰度平均值差值：/>，其中，/>为中心光照单元的灰度平均值，/>为相邻光照单元的灰度平均值；

S24：得到中心光照单元与每个相邻光照单元对应的灰度平均值差值，b为与中心光照单元相邻的光照单元个数，并将每个灰度平均值差值与灰度平均值差值的阈值进行比较/>：

若≤/>，则该相邻光照单元在光照充足与不充足的边界上；

若＞/>，则该相邻光照单元未在光照充足与不充足的边界上；

S25：筛选出b个相邻光照单元内在光照充足与不充足边界上的灰度平均值差值，x为b个相邻光照单元中在光照充足与不充足边界上的光照单元个数；

S26：比较中的灰度平均值差值的大小，得到灰度平均值差值的最小值/>，将最小值/>对应的相邻光照单元作为构成光照充足与不充足边界的最准确边界单元，并将最准确边界单元的中心与中心光照单元的中心相连；

S27：重复步骤S23-S26，遍历所有光照时间充足的表面单元，将中心连线形成的封闭图形作为可安装光伏节能幕墙的理论区域。

进一步地，步骤S22包括：

S221：将光照图像进行灰度化处理，得到灰度化图像，并获取灰度化图像中每个像素的灰度值n，计算灰度平均值：/>，a为灰度化图像中的像素个数；

S222：将灰度平均值与灰度阈值n_阈值进行比较，灰度阈值为建筑物的表面被阳光完全照到时对应的灰度值：

若≥n_阈值，则该时刻表面单元处于光照条件下，若/>＜n_阈值，则该时刻表面单元处于阴暗条件下；

S223：统计光照变化过程表面单元处于光照条件下的次数s，若s≥T/2t，则该表面单元一天时间光照时间充足；否则，该表面单元一天时间光照时间不充足；

S224：筛选出步骤S223中判定为光照时间充足的表面单元，作为光照单元，并获取每个光照单元对应的灰度平均值。

进一步地，步骤S3包括：

S31：在建筑物三维模型上标记出理论区域边界上的若干标记点，并获取各标记点的三维坐标，以各标记点的三维坐标为参考，在建筑物表面标记出标记点的实际位置，并连接标记点的实际位置作为在该建筑物表面安装光伏节能幕墙的实际区域；

S32：在建筑物三维模型上将理论区域划分成若干个相同的三角形，并提取出每个三角形顶点的三维坐标（x'，y'，z'），若三角形超出了理论区域的边界，则舍弃该三角形；

S33：利用三角形顶点的三维坐标（x'，y'，z'）获取三角形相邻两边的向量、/>，计算每个三角形的面积S：/>；

S34：利用每个三角形的面积估算理论区域面积S'：，e为理论区域内划分的三角形个数；

S35：根据估算的理论区域面积S'计算可安装光伏板的数量v：v=S'/s，其中s为拟使用的单个光伏板的面积。

本发明的有益效果为：本方案利用建立的建筑物三维模型来对真实建筑物表面是否可安装光伏节能幕墙进行评估，模拟建筑物在一天时间内的光照效果，评估可安装光伏节能幕墙的面积，结合光伏节能幕墙的发电功率、寿命和建筑物的使用功率来得到可行性参考系数，为光伏节能幕墙的施工前期提供准确、合理的可行性评估结果，有效提升光伏节能幕墙安装和合理性和经济效益。

附图说明

图1为光伏节能幕墙的施工评价方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本方案的光伏节能幕墙的施工评价方法包括以下步骤：

S1：根据建筑物的修建图纸数据建立建筑物三维模型，在建筑物三维模型所在的空间内通过修改曝光角度模拟太阳日出到日落的光照变化过程；

S2：将建筑物的表面分成若干个面积相等的表面单元，在光照变化的过程中，记录每个表面单元的光照强度，划分建筑物表面可安装光伏节能幕墙的理论区域；

步骤S2具体包括以下步骤；

S21：将建筑物的表面分成若干个面积相等的表面单元，以建筑物的底层中心为原点建立三维坐标系，并获取每个表面单元中心的三维坐标（x，y，z）；

在光照变化的过程中，每隔单位时间t获取一次表面单元的光照图像，从日出到日落的光照变化过程中每个表面单元要采集T/t次光照图像，T为日出到日落的光照时长；

S22：将光照图像进行灰度化处理，筛选出光照时间充足的表面单元，并获取每个光照单元对应的灰度平均值；具体包括：

S221：将光照图像进行灰度化处理，得到灰度化图像，并获取灰度化图像中每个像素的灰度值n，计算灰度化图像中像素的灰度平均值：/>，a为灰度化图像中的像素个数；

S222：将灰度平均值与灰度阈值n_阈值进行比较，灰度阈值为建筑物的表面被阳光完全照到时对应的灰度值：

若≥n_阈值，则该时刻表面单元处于光照条件下，若/>＜n_阈值，则该时刻表面单元处于阴暗条件下；

S223：统计在日出到日落的光照变化过程表面单元处于光照条件下的次数s，若s≥T/2t，则该表面单元一天时间光照时间充足；否则，该表面单元一天时间光照时间不充足；

S224：筛选出步骤S223中判定为光照时间充足的表面单元，作为光照单元，并获取每个光照单元对应的灰度平均值；

S23：以每个光照单元作为中心，计算与该光照单元相邻的光照单元对应的灰度平均值差值：/>，其中，/>为中心光照单元的灰度平均值，/>为相邻光照单元的灰度平均值；

S24：得到中心光照单元与每个相邻光照单元对应的灰度平均值差值，b为与中心光照单元相邻的光照单元个数，并将每个灰度平均值差值与灰度平均值差值的阈值进行比较/>：

若≤/>，则该相邻光照单元在光照充足与不充足的边界上；

若＞/>，则该相邻光照单元未在光照充足与不充足的边界上；

S25：筛选出b个相邻光照单元内在光照充足与不充足边界上的灰度平均值差值，x为b个相邻光照单元中在光照充足与不充足边界上的光照单元个数；

S26：比较中的灰度平均值差值的大小，得到灰度平均值差值的最小值/>，将最小值/>对应的相邻光照单元作为构成光照充足与不充足边界的最准确边界单元，并将最准确边界单元的中心与中心光照单元的中心相连；

S27：重复步骤S23-S26，遍历所有光照时间充足的表面单元，将中心连线形成的封闭图形作为可安装光伏节能幕墙的理论区域。

S3：利用理论区域计算可安装光伏板的数量v；具体包括：

S31：在建筑物三维模型上标记出理论区域边界上的若干标记点，并获取各标记点在三维坐标系中的三维坐标，在安装光伏节能幕墙之前，工作人员来到建筑物实体的底层中心，以各标记点的三维坐标为参考，在建筑物表面标记出标记点的实际位置，并连接标记点的实际位置作为在该建筑物表面安装光伏节能幕墙的实际区域；

S32：在建筑物三维模型上将理论区域划分成若干个相同的三角形，并提取出每个三角形顶点的三维坐标（x'，y'，z'），若三角形超出了理论区域的边界，则舍弃该三角形；

S33：利用三角形顶点的三维坐标（x'，y'，z'）获取三角形相邻两边的向量、/>，计算每个三角形的面积S：/>；

S34：利用每个三角形的面积估算可安装光伏节能幕墙的理论区域面积S'：，e为可安装光伏节能幕墙的理论区域内划分的三角形个数；

S35：根据估算的理论区域面积S'计算可安装光伏板的数量v：v=S'/s，其中s为拟使用的单个光伏板的面积；

S4：根据数量v和单个光伏板的发电功率p评估该建筑物安装光伏节能幕墙的可行性参考系数Y：

；

其中k₁为与光伏板发电过程相关的可行性系数，k₂为与建筑物内电器的消耗功率P相关的可行性系数，k₃为与光伏板寿命相关的可行性系数，T为可行性评价的时间单位；

若Y＞0，则该建筑物施工光伏节能幕墙作为墙面的经济效益高，若Y≤0，则该建筑物施工光伏节能幕墙作为墙面的经济效益低。

本方案利用建立的建筑物三维模型来对真实建筑物表面是否可安装光伏节能幕墙进行评估，模拟建筑物在一天时间内的光照效果，评估可安装光伏节能幕墙的面积，结合光伏节能幕墙的发电功率、寿命和建筑物的使用功率来得到可行性参考系数，为光伏节能幕墙的施工前期提供准确、合理的可行性评估结果，有效提升光伏节能幕墙安装和合理性和经济效益。

Claims (4)

1.一种光伏节能幕墙的施工评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据建筑物的修建图纸数据建立建筑物三维模型，在建筑物三维模型所在的空间内通过修改曝光角度模拟太阳日出到日落的光照变化过程；

S2：将建筑物的表面分成若干个面积相等的表面单元，在光照变化的过程中，记录每个表面单元的光照强度，划分建筑物表面可安装光伏节能幕墙的理论区域；

S3：利用理论区域计算可安装光伏板的数量v；

S4：根据数量v和单个光伏板的发电功率p评估该建筑物安装光伏节能幕墙的可行性参考系数Y：

；

其中k₁为与光伏板发电过程相关的可行性系数，k₂为与建筑物内电器的消耗功率P相关的可行性系数，k₃为与光伏板寿命相关的可行性系数，T为可行性评价的时间单位；

若Y＞0，则该建筑物施工光伏节能幕墙作为墙面的经济效益高，若Y≤0，则该建筑物施工光伏节能幕墙作为墙面的经济效益低。

2.根据权利要求1所述的光伏节能幕墙的施工评价方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤；

S21：将建筑物的表面分成若干个面积相等的表面单元，以建筑物的底层中心为原点建立三维坐标系，并获取每个表面单元中心的三维坐标（x，y，z）；

在光照变化的过程中，每隔单位时间t获取一次表面单元的光照图像，从日出到日落的光照变化过程中每个表面单元要采集T/t次光照图像，T为日出到日落的光照时长；

S22：将光照图像进行灰度化处理，筛选出光照时间充足的表面单元，并获取每个光照单元对应的灰度平均值；

S23：以每个光照单元作为中心，计算与该光照单元相邻的光照单元对应的灰度平均值差值：/>，其中，/>为中心光照单元的灰度平均值，/>为相邻光照单元的灰度平均值；

S24：得到中心光照单元与每个相邻光照单元对应的灰度平均值差值，b为与中心光照单元相邻的光照单元个数，并将每个灰度平均值差值与灰度平均值差值的阈值进行比较/>：

若≤/>，则该相邻光照单元在光照充足与不充足的边界上；

若＞/>，则该相邻光照单元未在光照充足与不充足的边界上；

S25：筛选出b个相邻光照单元内在光照充足与不充足边界上的灰度平均值差值，x为b个相邻光照单元中在光照充足与不充足边界上的光照单元个数；

S26：比较中的灰度平均值差值的大小，得到灰度平均值差值的最小值/>，将最小值/>对应的相邻光照单元作为构成光照充足与不充足边界的最准确边界单元，并将最准确边界单元的中心与中心光照单元的中心相连；

S27：重复步骤S23-S26，遍历所有光照时间充足的表面单元，将中心连线形成的封闭图形作为可安装光伏节能幕墙的理论区域。

3.根据权利要求2所述的光伏节能幕墙的施工评价方法，其特征在于，所述步骤S22包括：

S221：将光照图像进行灰度化处理，得到灰度化图像，并获取灰度化图像中每个像素的灰度值n，计算灰度平均值：/>，a为灰度化图像中的像素个数；

S222：将灰度平均值与灰度阈值n_阈值进行比较，灰度阈值为建筑物的表面被阳光完全照到时对应的灰度值：

若≥n_阈值，则该时刻表面单元处于光照条件下，若/>＜n_阈值，则该时刻表面单元处于阴暗条件下；

S223：统计光照变化过程表面单元处于光照条件下的次数s，若s≥T/2t，则该表面单元一天时间光照时间充足；否则，该表面单元一天时间光照时间不充足；

S224：筛选出步骤S223中判定为光照时间充足的表面单元，作为光照单元，并获取每个光照单元对应的灰度平均值。

4.根据权利要求1所述的光伏节能幕墙的施工评价方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31：在建筑物三维模型上标记出理论区域边界上的若干标记点，并获取各标记点的三维坐标，以各标记点的三维坐标为参考，在建筑物表面标记出标记点的实际位置，并连接标记点的实际位置作为在该建筑物表面安装光伏节能幕墙的实际区域；

S32：在建筑物三维模型上将理论区域划分成若干个相同的三角形，并提取出每个三角形顶点的三维坐标（x'，y'，z'），若三角形超出了理论区域的边界，则舍弃该三角形；

S33：利用三角形顶点的三维坐标（x'，y'，z'）获取三角形相邻两边的向量、/>，计算每个三角形的面积S：/>；

S34：利用每个三角形的面积估算理论区域面积S'：，e为理论区域内划分的三角形个数；

S35：根据估算的理论区域面积S'计算可安装光伏板的数量v：v=S'/s，其中s为拟使用的单个光伏板的面积。