CN116452066A - 一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，包括：获取光伏方阵拟安装位置的经纬度、地面高程；计算太阳运动路径，根据预测拟安装位置处斜面上太阳辐射量，确定光伏方阵安装方式；计算倾斜面引起的反射光线高度角和方位角；设置观察点，对每个观察点进行炫光影响分析；确定是否调整光伏组件安装倾角或相邻组件间距；比较临界倾斜角度和最佳安装倾角对光伏组件倾斜面接收太阳辐射量，如果辐射量差异小于设定值，则接受该调整角度；对各观察路径所有观察点完成炫光影响分析评价，给出不产生炫光危害影响的推荐安装位置。本发明可以识别所有产生不利炫光影响的安装位置，为路侧光伏项目在规划阶段的选址设计提供有益参考。

Description

一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法

技术领域

本发明属于公路交通与太阳能光伏发电能源融合技术领域，具体涉及一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法。

背景技术

目前在道路交通领域，光伏发电多应用在服务区、道路中分带、路侧边坡、隧道进出口等位置。道路光伏发电项目在规划阶段，需要根据项目所处地区的太阳能资源条件，选择合适的位置安装太阳能光伏阵列。太阳能光伏组件一般包含透光性较好的前盖钢化玻璃，用于保护太阳能电池片。这种结构在外部光源照射时会产生明显的炫光现象，对周边环境造成光污染，更对交通安全造成潜在不利影响。即使采用抗反射涂层(增透膜)，也无法直接消除这种影响。如何在光伏电站选址时，考虑光伏带来的炫光影响很有必要。

路侧尤其是直线路段位置安装的光伏组件，在日照下可能形成一定间距的反射光源，由于人眼具有视觉暂留效应，当该光源相对人眼快速移动时，将在驾驶员的视网膜保留该物体的像并通过视觉神经传入大脑皮层形成视觉形象，在该光源消失后，还将保留大约0.1秒。当光源对驾驶员在行车视野区间可见时，如果光伏组件安装间距使得反射光源相对行车速度形成的频闪频率在2.5Hz～15Hz，将会造成高亮度的光源在人的视网膜中迅速成像随即消失，这种频闪效应产生的炫光，不会降低视觉效果和可见度，属于不舒适炫光，会引发驾驶员烦躁、紧张、焦虑短暂的情绪反映，从而影响驾驶安全。

发明内容

针对在道路场景应用光伏发电可能产生的炫光影响，本发明的目的在于提供了一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，在选址阶段进行全面的炫光影响分析，在理论上可以识别所有产生不利炫光影响的安装位置，为路侧光伏项目在规划阶段的选址设计提供有益参考。

为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，实现在路侧光伏安装规划阶段对炫光危害影响进行识别，识别的内容包括炫光影响范围、持续时间、危害程度，具体包括以下过程：

S1、根据拟定的光伏方阵的安装位置和布置方式，得到每一个光伏组件的顶点空间位置坐标(经纬度和高程)。根据光伏方阵所在位置经纬度和所在时区，计算分析每日太阳运动路径，包括太阳高度角和太阳方位角。通过所在地区或邻近地区的参考气象站，得到总辐射量、直射辐射量、散射辐射量、最大辐照度等实测时间序列数据；

S2、如果光伏方阵采用固定式布置，根据月均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度等条件，计算最佳倾角和方位角，包括年度最佳倾角和方位角、季度最佳倾角和方位角、月度最佳倾角和方位角。对于并网光伏发电系统，最佳倾角应使得光伏方阵倾斜面上的全年辐射量最大。对于独立光伏发电系统，最佳倾角应使得光伏方阵的最低辐照度月份倾斜面上受到辐射量较大；

根据光伏方阵的最佳安装方位角和高度角，计算不同月份不同时刻光伏阵列的反射光线的方位角和高度角；

如果光伏方阵采用跟踪式布置，则根据单轴跟踪、双轴跟踪等不同跟踪系统的跟踪角度变化范围，计算确定反射光线的方位角(此时入射角为零度，反射光线高度角等于太阳高度角)；

S3、静态炫光计算：在步骤S2中计算的反射光线范围内，分析反射光线方位角和高度角覆盖的空间范围与相邻道路的空间位置关系，对受影响范围内的道路段落，根据行车道位置和方向，以一定的间距设置观察点，得到一条或多条观察路径；对不同观察路径上的不同观察点上计算驾驶人员可能产生的炫光影响，主要包括视网膜辐照度和炫光源对应的角度；在不同观察点，分析不同季节日出至日落期间不同时刻道路驾驶人员可以感受到的光伏面板反射的炫光强度变化和持续时间；遍历当前路径上的所有观察点，完成计算后，计算下一条观察路径上的所有观察点，直至完成所有观察点处的炫光影响计算；根据静态炫光评价方法，分析各观察路径上的炫光时空分布情况；

所述的“静态炫光评价方法”是通过计算炫光评价指标，然后根据指标的数值大小，确定影响程度；

S4、动态炫光计算：沿着产生炫光影响的观察路径，分析在不同行驶速度、不同光伏组件安装间距情形下的频闪效应；考虑驾驶员的人眼动态视觉特点，即车辆行驶过程中，驾驶员的视野将会随着车速提高而逐渐变窄，计算当行驶速度介于道路最低限速和最高限速之间，驾驶员是否感受到不舒适的频闪效应；

S5、根据观察点的炫光影响程度分析结果，包括静态炫光影响分级和持续时间、是否产生频闪效应等，确定是否调整光伏组件安装倾角或相邻组件间距，并找到不产生炫光危害的临界倾斜角度；

S6、比较临界倾斜角度和最佳安装倾角对光伏组件倾斜面接收太阳辐射量，如果辐射量差异小于设定值(例如5％)，则接受该调整角度，否则采取消除影响措施，或将对应安装位置标注为不合适，继续寻找合适的安装位置；

S7、对各观察路径所有观察点完成炫光影响分析评价，给出不产生炫光危害影响的推荐安装位置。

可选地，所述的观察路径，可以是任意一条行驶方向上可以观察到光伏方阵的车道，也可以为路侧服务区的建筑群；通过分析光伏方阵所处的位置与路网的几何关系，初步判断可能受到影响的道路或建筑物。

可选地，所述的观察点可遵循以下原则设置：沿着道路行驶方向，视点高度1.2米(以小汽车为例)或2.4m(以卡车为例)，判断驾驶员视野范围内是否观察到光伏方阵，如果可以，则可标记为观察点并编号，观察点之间的距离并无限制，视野范围内因障碍物遮挡光伏方阵不可见，则无需设置观察点；直线路段由于走向固定，可加大间距，曲线路段则可以减小间距。

可选地，所述光伏方阵安装方式为固定式布置时，假设在曲线路段支架倾斜角度与光伏组件倾斜角β采用的月度最佳倾斜角β_opt相等，光伏组件方位角Φ和支架采用的方位角相等，均与曲线路段坡面或路面中心线的方位角一致；已知太阳高度角为α，方位角为θ，光伏组件面板的倾斜角为β，方位角为Φ，阳光经光伏组件反射后的反射光线方向的单位向量按方程式(15)计算：

其中，M^T是M的转置矩阵，矩阵M和表达式如下：

表示光伏组件倾斜面外法向单位向量，/>表示入射光线方向的单位向量，/>和/>分量表达式如下：

n_x＝sinβsinΦ

n_y＝sinβcosΦ

n_z＝cosβ

k_x＝cos(-α)cos(270°-θ)

k_y＝cos(-α)sin(270°-θ)

k_z＝sin(-α)

求出反射光线方向的单位向量后，将其从笛卡尔向量转换到水平坐标系，得到反射光线的高度角η和方位角ψ：

η＝arcsin(q_z) (16)

ψ＝arctan(q_x/q_y) (17)

计算出反射光线的方向后，确定太阳光经光伏方阵反射后的影响范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明可以指导设计，避免前期忽略炫光或考虑不够全面带来的潜在安全隐患。

(2)通过引入对静态和动态炫光的分析，可以考虑炫光对建筑物内的人员、车辆驾驶员等光伏发电系统影响炫光影响范围内的对象的影响，全面评价路侧光伏安装造成的环境影响。

(3)在规划阶段不需要实地进行现场试验，根据公开的地形地貌信息和路网数据，通过理论计算即可获知路侧光伏产生的炫光影响并作出有效评价。

(4)为曲线路段安装分布式光伏发电系统提供选址指导，提高闲置土地利用率。

附图说明

图1为考虑炫光影响的路侧光伏选址方法的实现流程图；

图2为日出至日落时段内太阳高度角、太阳光线入射角、光伏组件反射光线高度角变化趋势图；

图3为日出至日落时段内太阳方位角、光伏组件反射光线方位角变化趋势图；

图4为光伏组件面板上太阳反射光线从日出至日落期间的轨迹图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而非限制本发明的范围。此外还应理解，在阅读本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，如图1所示，包括以下步骤：

S100、根据拟安装路侧光伏的项目地理位置信息，估算任意倾斜角度和任意方位角的斜面上受到的太阳辐射量。用以确定分布式光伏安装方式，这里以采用固定式布置安装进行举例说明。

地外水平面太阳辐射量(也称为天文辐射)理论值计算如下：

式中，G_exH表示地外水平面太阳辐射，W/m²；G₀表示太阳常数，一般取值1367W/m²；N表示日序数(1月1日对应N＝1)，指一年中该日期对应的序号，平年和闰年一般相差一天；表示纬度；δ表示太阳赤纬角；ω_h表示水平面上的太阳时角；α表示太阳高度角。

考虑从日出至日落时间段内，对式(1)积分，得到每日地外水平面太阳辐射(单位kWh/m²)如下：

穿过大气层达到到地表水平面上的太阳辐射(G_T)与天文辐射(G_exH)之比，称为晴空指数K_T，可通过实际观测数据计算。通过建立水平面直接辐射量与水平面总辐射量的比值(G_B/G_T)与晴空指数的经验关系式。

采用ASHRAE晴空模型计算水平面上接受的直接辐射G_B，如下：

G_B＝G_B-norm＝G_B-normsinα (3)

太阳高度角α，通过下式求反正弦值可得。

太阳方位角θ，通过下式求反余弦值可得。太阳方位角方向此处规定为：从正北顺时针转动为正，正北为0度，正东为90度，正南为180度，正西为270度。

当太阳时角大于0，水平面上接受的散射辐射G_D计算如下：

光伏组件倾斜面上的太阳总辐射量G_T-β，为倾斜面上的直接辐射量G_B-β、散射辐射量G_D-β以及地面反射辐射量G_R之和，计算如下：

G_T-β＝G_B-β+G_D-β+G_R＝G_BR_B+G_DR_D+ρG_TR_R (8)

R_R＝(1-cosβ)/2 (13)

式中，R_B表示倾斜面与水平面上太阳直接辐射量的比值，R_D表示倾斜面与水平面上太阳散射辐射量的比值，R_R表示倾斜面上反射辐射量的修正系数，β表示光伏组件倾斜面与水平面之间的角度，ω_t表示倾斜面对应的日落时角，ρ表示地面反射率，一般取值0.2，G_T表示水平面上总辐射量，是直接辐射量与散射辐射量之和，即G_T＝G_B+G_D。

通过以上方法可以计算每日光伏组件倾斜面上的辐射量，以及每月和每年的太阳辐射量。

如果需要更准确地获得月均日辐射量，一般通过实际观测的每日辐射量(通过太阳辐射观测站或公开数据库获取历年数据)，计算水平面上总辐射量与天文辐射量的比值，即晴空指数K_T(取值0～1之间)，建立该指数与日照百分率、环境温度、湿度之间的关系式，用于预测设计年限的太阳辐射量。也可将水平面直接辐射量与水平面总辐射量的比值(G_B/G_T)，与晴空指数K_T之间建立关系式，例如下式(14)：

得到月均、年均日辐射量后，绘制辐射量与倾斜角和方位角之间的关系图，可以得到月度和年度最佳斜角和方位角，此处以月度最佳倾斜角和方位角(分别记作β_opt、Φ_opt)为例进行说明。

S200、不失一般性的情况下，应考虑光伏组件与安装支架具有不同的方位角和倾斜角，为了得到光伏组件外法向向量相对支架所在倾斜面的水平坐标，则需要将该向量从支架所在倾斜面坐标系转换到水平面坐标系。为了不影响后续说明，此处作一简化，假设在曲线路段支架倾斜角度与光伏组件倾斜角β采用的月度最佳倾斜角β_opt相等，光伏组件方位角Φ和支架采用的方位角相等，均与曲线路段坡面或路面中心线的方位角一致(方位角以北为零度，顺时针旋转，90度为正东，180度为正南，270为正西)。已知太阳高度角为α，方位角为θ，光伏组件面板的倾斜角为β，方位角为Φ，阳光经光伏组件反射后的反射光线方向的单位向量按方程(15)计算：

其中，M^T是M的转置矩阵，矩阵M和表达式如下：

表示光伏组件倾斜面外法向单位向量，/>表示入射光线方向的单位向量。/>和/>分量表达式如下：

n_x＝sinβsinΦ

n_y＝sinβcosΦ

n_z＝cosβ

k_x＝cos(-α)cos(270°-θ)

k_y＝cos(-α)sin(270°-θ)

k_z＝sin(-α)

求出反射光线方向的单位向量后，将其从笛卡尔向量转换到水平坐标系，得到反射光线的高度角η和方位角ψ，如下所示：

η＝arcsin(q_z) (16)

ψ＝arctan(q_x/q_y) (17)

计算出反射光线的方向后，可以确定太阳光经光伏方阵反射后的影响范围。

S300、间接炫光发生的一般条件是太阳反射光线(此发明不考虑太阳直射光线造成的直接炫光，但计算原理是一样的)与车辆行驶方向之间的夹角(锐角)小于驾驶员视场角。驾驶员视场角由水平视角和垂向视角确定，驾驶员视线方向考虑与行车道中心线一致，即驾驶员视线方位角和坡度与行车道中心线保持相同。静止状态下，正常人双眼的水平视角约为120度，垂向视角约为120度，考虑驾驶员所处的动态状况下，以驾驶员视线为中心，水平视角可取值60度，垂向视角取值50度。考虑发生炫光的最有利条件为：太阳反射光线与驾驶员所在行车道中心线之间的夹角(即反射光线的方位角与行车道中心线的方位角之差的绝对值)小于水平视角的一半，同时太阳反射光线与道路纵向之间的夹角(即反射光线高度角与行车道中心线坡度之差的绝对值)小于垂向视角的一半。炫光源与视线的夹角超过50度，可忽略炫光影响。

根据S200所述步骤可以计算光伏方阵的所有光伏组件的反射光线的高度角和方位角，考虑发生炫光的一般条件和有利条件，可以确定受到间接炫光影响的道路范围。

S400、由步骤S300确定受到间接炫光影响的道路范围，选择观察路径PA_i(i∈N，N表示正整数)，按照一定间距设置观察点OP_j(j∈N，N表示正整数)。考虑不同季节日出至日落不同时刻(或者更准确地，光伏组件不同倾斜角和方位角计算对应的日出日落时刻)，根据既有关于炫光评价定量指标进行计算。关于炫光定量评价指标说明如下：

炫光包括失能炫光和不舒适炫光，在道路照明领域，主要采用阈值增量指标(TI)和炫光指数(GR)来评价。此处，“失能炫光”表示“降低视觉对象的可见度，但并不一定产生不舒适感的炫光”。在没有炫光源时，视野范围内的物体成像聚焦于视网膜，视感觉由物体亮度确定；有炫光源时，炫光源发出的光线发生散射形成光幕，叠加在视网膜上，此光幕的影响等同于亮称为等效光幕亮度。当等效光幕亮度较小时，会降低物体与环境在人眼中的对比度，影响人的视觉反应速度，从而产生危害。

等效光幕亮度可采用以下经验公式计算：

其中，L_v表示等效光幕亮度(单位：cd/m²，坎德拉/平方米)；K表示比例常数，当φ以度为单位时，K＝10。E_eye表示炫光源在垂直于观察者视线方向上的光照度(lx，勒克斯)；θ表示炫光源入射光线与视线之间的夹角。对于机动车交通道路炫光限制计算，国际照明委员会CIE推荐取值为20度；m表示人眼光学构造常数，当θ<2°时，m＝2.3-0.7lgθ，当θ≥2°时m＝2。

为抵消等效光幕亮度对视觉的影响，恢复物体与环境在人眼中的对比度，需要提高物体亮度，这种亮度增量叫做阈值增量TI。阈值增量可按下式计算：

其中，L_v表示等效光幕亮度。L_av表示路面的平均亮度，路面亮度一般在0.05～5cd/m²。

炫光指数(GR)计算公式如下：

其中，L_vp表示炫光源产生的光幕亮度；L_ve表示环境光线产生的光幕亮度。

炫光控制等级(GF)计算公式如下：

GF＝10-GR/10 (21)

炫光指数(GR)、炫光控制等级(GF)与人的主管感受对应关系如下表所示：

表1基于炫光指数和炫光控制等级的炫光分级描述

炫光指数GR	炫光控制等级GF	主观感受描述
			90	1	无法忍受的
80	2	无法忍受的
			70	3	感到烦扰的
60	4	感到烦扰的
			50	5	勉强可忍受的
40	6	勉强可忍受的
			30	7	能被察觉的
20	8	能被察觉的
			10	9	不被察觉的

除了以光源亮度、背景亮度作为变量来计算炫光指标，也可以采用光照度来表征不舒适炫光程度。

根据相关文献，可以根据以下方程计算“心理炫目程度指数”G值：

G＝log(E_r*L^2.5/10⁵) (22)

其中，E_r表示炫光源对眼睛的光照度(单位：勒克斯)，当G在0～2之间时不产生心理上的不舒适，G>2则表示产生心理不舒适炫光。L表示炫光源到人眼的距离。光照度是表示自然光源或人工光源产生的光线照射到单位面积上的光通量，是反映光照强度的物理量，可以表征物体被照亮的程度。1勒克斯对应的光通量大约等于1根蜡烛在1米距离上的光通量。夏日太阳下的光照度约等于10万勒克斯，阴天室外光照度约为1万勒克斯。

在实际工程应用中，还应考虑由可见光辐射引起的炫目影响。这涉及到计算视网膜辐照度(E_r)，判断E_r数值是否超出导致视网膜产生残影的最低辐照度E_r,flash和导致视网膜灼伤的辐照度阈值E_r,brun，各自计算表达式如下：

式中，E_c表示观察者角膜前方的辐照度(单位：W/m²)，d_p表示瞳孔直径，日光环境下瞳孔直径约为2mm，d_r表示炫光源在视网膜上成像的大小，f表示人眼焦距，约等于0.017m，ω表示炫光源张角(包络角)，通过炫光源尺寸d_s和观察者与炫光源之间的径向距离r计算得到，即ω＝d_s/r。例如，太阳作为直接炫光源，其炫光源张角为：1.392×10⁶/1.496×10⁸≈0.0093rad。τ表示传输系数，一般约等于0.5。

如果采用包括上述方法在内的多种方法进行炫光评价，设计时可按照最不利情形下的炫光评价结果来考虑。

对于道路使用者(这里一般指驾驶员)其受到的炫光影响持续时间与驾驶员速度有关。这是因为随着车速增加，驾驶员视野变窄，相关研究显示，在车速70km/h提高到100km/h，驾驶员的水平视野范围从60度减小至40度。这意味着原来可能产生炫光的反射光线随着速度提高可能不被感知，但车速提高易造成交通事故。

在光伏组件产生炫光的道路长度范围内，假设车辆行驶速度在合理范围内变化，判断当前光伏组件产生的间接炫光源是否会对驾驶员产生2.5Hz-15Hz的频闪效应。

记车辆行驶速度ν，则当炫光源间距s＝νf满足：

s/ν<f_min＝2.5或者s/ν>f_max＝15；

即s<2.5ν或者s>15ν时不会产生频闪效应。

例如当ν＝72km/h，炫光源间距应满足s<50m或者s>300m。

S500、对于所有观察路径上的观察点，重复S200-S400步骤，确定静态炫光对路侧建筑物的影响，根据相关炫光计算结果，确定影响程度。对处于行驶状态中的车辆驾驶员，考虑随车速变化的动态视野范围内，根据光伏组件设置间距检验是否产生频闪效应。对于产生炫光危害的安装地点或设置间距进行调整。

计算举例：某高速公路隧道位于东经112.38度，北纬36.37度。隧道进出口的左右两门洞之间的绿化带内安装光伏方阵，阵列纵向间距10m，隧道左右洞轴线走向北偏西30度，假设光伏组件朝向正南，安装倾斜角为36度。以2021年7月20日日出至日落时间段为例，该光伏阵列的反射光线高度角、方位角与太阳高度角、方位角随时间变化关系如图2、图3所示。

为了说明反射光线高度角的含义，以图2中接近正午时刻(第698.521分钟，对应11点38分)为例说明，此时太阳方位角为正南向(与光伏组件朝向一致)，太阳光线与光伏组件平面之间的入射角最小，约为51.5459度，已知光伏倾斜角度为36度，显然反射光线与光伏组件平面的夹角(余角)约为38.4541度，则反射光线与水平面夹角约为2.4541度，与图2中显示的2.45566度非常接近，此时反射光线近似水平。此时反射光线由北指向南，即方位角接近正北，对应图3中的方位角，约为0.49度。为了说明从日出至日落时间段内，经光伏方阵反射的反射光线的轨迹变化，便于理解，在图4中给出了光伏方阵所在平面和反射光线从日出至日落时间段内的空间几何关系。

驾驶员视野范围：

汽车的上下视野一般用于车辆行驶过程中观察车辆前方上部的红绿灯和下部的路面障碍物和行人。其大小用视野线角度来衡量，角度越大，驾驶员视野越开阔，车辆安全性及舒适性越好。在SAE法规中要求上视野≧7°，下视野≧5°。视点高度为1.2m(以普通小汽车为例)。根据相关研究，当车速在60km/h时，水平视野范围为75度。

以上述参数可以得到指定距离内驾驶员前方视野空间与光伏反射光线的空间位置关系。

假设驾驶员上视角不小于10度，下视角不小于20度，最小视角可以看清前方15m远5m高的物体(信号灯)，视点高度为1.2m(以普通小汽车为例)，行驶速度为60公里每小时，不考虑左舵右行汽车左侧A柱遮挡部分视野，驾驶员动态视野(动态视野是指头和眼球不动所能看到的空间范围)可以简化为：水平视角范围为75度，垂直视角范围为50度，上视角30度，下视角20度，行车道方向为北偏西30度。显然，此时反射光线与驾驶员视野范围重叠，会产生炫光现象。根据本说明书关于频闪的分析，正常行驶速度下，路侧光伏的正常安装间距不会产生频闪炫光。

假设上午11时38分，光伏组件(炫光源)对眼睛的光照度E_r＝6万勒克斯，当驾驶员到炫光源的距离L＝10m，采用“心理炫目程度指数”G值进行评价，此时G≈2.278，产生不舒适心理炫目。

假设观察者角膜前方的辐照度E_c＝0.1W/cm²＝1000W/m²，即ω＝d_s/r。炫光源张角ω≈0.0093rad。传输系数τ≈0.5，人眼焦距f≈0.017m，瞳孔直径d_p≈0.002m。视网膜辐照度E_r≈8W/cm²，此时导致视网膜灼伤的辐照度阈值E_r,brun≈12.69W/cm²。导致视网膜产生残影的最低辐照度E_r,flash≈0.14W/cm²。如果如果E_c超过0.14W/cm²，视网膜将产生残影。如果E_c接近0.15W/cm²，则视网膜将面临灼伤的风险。实践中，光照度可以采用光照度计测量，辐照度可以通过仪器测量或者精度要求不高的情况下可以不考虑太阳辐射的变异性，采用理论公式或经验公式计算，或者通过光照度与辐照度之间的经验关系(一般为线性相关)来确定。

在前面炫光分析计算中需要用到光照度，可以采用光照度计测量。在计算间接炫光对视网膜的影响程度时，需用到辐照度，可采用仪器测量，或者在不考虑太阳辐照度变异性的情况下，采用下式计算：

E＝1.04×10^-2L (26)

其中，E表示辐照度，L表示光照度。

按照定义，光照度L可以表示为下式：

L_v＝K_m∫L_e(λ)V(λ)dλ (27)

式中，K(λ)表示在某一波长上每1w的辐射通量可产生多少流明的光通量。人眼对不同波长的光的敏感程度不同，在可见光区中，K(λ)在λ＝555nm处达到最大值，以K_m表示，K_m＝683lm/W或者683lx/Wm^-2。V(λ)是CIE标准光度观察者的光谱光效率函数，L_e(λ)表示待测光源在波长λ处的光谱辐照度，单位W/m²·nm。

如式(28)所示，辐照度E_e可通过L_e(λ)积分得到：

E_e＝∫L_e(λ)dλ (28)

只需要通过转换系数T(见式29)，既可通过光照度得到辐照度。实际应用中，可通过光谱辐射计测得该光源在可见光区的相对光谱辐照度计算得到转换系数T。

上述实例显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。

尽管本发明的实施方案已经公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人而言，可容易地实现其他用途的修改，因此在不违背权利要求及同等范围限定的一般概念下，本发明不限于特定的细节与这里所给出的描述的图例。

Claims (5)

1.一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取光伏方阵拟安装位置的经纬度、地面高程、光伏组件轮廓顶点离地高度，收集临近的太阳辐射观测资料；

S2、计算太阳运动路径，包括太阳高度角和方位角，根据预测拟安装位置处斜面上太阳辐射量，确定光伏方阵安装方式，包括固定式布置时的最佳倾角和最佳方位角；

S3、根据不同季节不同时刻的太阳位置、光伏方阵包含的光伏组件倾斜面角度信息，计算倾斜面引起的反射光线高度角和方位角；

S4、根据反射光线和光伏方阵相邻道路之间的空间几何关系，确定受影响的道路长度范围，面向反射光线沿着行车道中心线设定观察路径并一定距离设置观察点，对每个观察点进行炫光影响分析；

S5、根据观察点的炫光影响程度分析结果，包括静态炫光影响分级和持续时间、是否产生频闪效应，确定是否调整光伏组件安装倾角或相邻组件间距，并找到不产生炫光危害的临界倾斜角度；

S6、比较临界倾斜角度和最佳安装倾角对光伏组件倾斜面接收太阳辐射量，如果辐射量差异小于设定值，则接受该调整角度，否则采取消除影响措施，或将对应安装位置标注为不合适；

S7、对各观察路径所有观察点完成炫光影响分析评价，给出不产生炫光危害影响的推荐安装位置。

2.根据权利要求1所述的考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，其特征在于，所述的观察路径，为任意一条行驶方向上可以观察到光伏方阵的车道，或为路侧服务区的建筑群。

3.根据权利要求1所述的考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，其特征在于，所述的观察点遵循以下原则设置：沿着道路行驶方向，视点高度1.2米或2.4米，判断驾驶员视野范围内是否观察到光伏方阵，如果可以，则标记为观察点并编号；视野范围内因障碍物遮挡光伏方阵不可见，则无需设置观察点。

4.根据权利要求1所述的考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，其特征在于，所述的光伏方阵安装方式为固定式布置时，根据月均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度，计算最佳倾角和方位角，包括年度最佳倾角和方位角、季度最佳倾角和方位角、月度最佳倾角和方位角；

对于并网光伏发电系统，最佳倾角应使得光伏方阵倾斜面上的全年辐射量最大；对于独立光伏发电系统，最佳倾角应使得光伏方阵的最低辐照度月份倾斜面上受到辐射量较大；

根据光伏方阵的最佳安装方位角和高度角，计算不同月份不同时刻光伏阵列的反射光线的方位角和高度角。

5.根据权利要求1所述的考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，其特征在于，所述的光伏方阵安装方式为固定式布置时，假设在曲线路段支架倾斜角度与光伏组件倾斜角β采用的月度最佳倾斜角β_opt相等，光伏组件方位角Φ和支架采用的方位角相等，均与曲线路段坡面或路面中心线的方位角一致；已知太阳高度角为α，方位角为θ，光伏组件面板的倾斜角为β，方位角为Φ，阳光经光伏组件反射后的反射光线方向的单位向量按方程式(15)计算：

其中，M^T是M的转置矩阵，矩阵M和表达式如下：

表示光伏组件倾斜面外法向单位向量，/>表示入射光线方向的单位向量，/>和/>分量表达式为：

n_x＝sinβsinΦ

n_y＝sinβcosΦ

n_z＝cosβ

k_x＝cos(-α)cos(270°-θ)

k_y＝cos(-α)sin(270°-θ)

k_z＝sin(-α)

求出反射光线方向的单位向量后，将其从笛卡尔向量转换到水平坐标系，得到反射光线的高度角η和方位角ψ：

η＝arcsin(q_z)(16)

ψ＝arctan(q_x/q_y)(17)

计算出反射光线的方向后，确定太阳光经光伏方阵反射后的影响范围。