基于BIM的光伏建筑一體化輔助設計平臺開發(fā).pdf

1、隨著太陽能光伏發(fā)電技術研究的不斷深入和光伏應用形式的發(fā)展，光伏建筑在世界各國的應用日趨廣泛。由于光伏建筑一體化需要同時處理建筑設計、光伏設計和電氣設計等多種相互依賴需求，真正的光伏建筑一體化需要設計平臺同時對這些需求進行支持。然而，目前的光伏建筑在設計上并沒有做到真正的一體化支持，很難實現(xiàn)準確和高效的光伏建筑一體化設計的支持。
　　本文從光伏建筑一體化設計入手，通過對太陽能發(fā)電系統(tǒng)與建筑集成設計的深入研究，建立以建筑信息模型（BI

2、M）為基礎的含太陽能發(fā)電系統(tǒng)的建筑電氣和光伏板的陰影輻射能數(shù)學模型，并以此為基礎開發(fā)設計了基于BIM的光伏建筑一體化輔助設計平臺。以實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑的協(xié)同設計。
　　本文首先深入研究了光伏建筑的組成原理，并歸納了光伏建筑一體化設計的原則和流程。光伏與建筑的結合形式主要分為光伏組件附著在建筑表面和光伏組件與建筑材料相集成兩種形式，既有發(fā)電功能，又有建材功能。構建了光伏建筑系統(tǒng)中涉及的相關BIM組件模型,包括：太陽能電池方

3、陣、蓄電池組、直流/交流逆變器、控制器等。這些BIM組件模型使得光伏建筑設計人員可以在已有的BIM軟件中進行光伏建筑設計，提供了光伏建筑設計的模型基礎。
　　隨后，建立了光伏系統(tǒng)的建筑電氣分析數(shù)學模型。為了提高軟件的成熟度和計算效率，本文對現(xiàn)有的Matpower電力計算工具箱進行改進，使其適用于含光伏電源的建筑電氣計算。構建了從BIm中自動獲取建筑電氣數(shù)據(jù)的算法和建筑內(nèi)線路的數(shù)學模型。研究了建筑內(nèi)潮流計算，短路計算，逆變器接入位置

4、優(yōu)化和直流側線路損耗的模型。
　　其次，建立了BIM中光伏發(fā)電設備的陰影遮擋分析模型。首先建立太陽的運動模型，獲取任意時刻的太陽位置，再利用網(wǎng)格法對光伏板表面進行劃分，最后使用射線法對各網(wǎng)格區(qū)域進行遮擋分析。建立了BIM中的光伏發(fā)電設備的太陽輻射能分析模型。將陰影遮擋因素考慮其中，計算逐時的太陽輻射能。光伏系統(tǒng)的科學化，集成化設計提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
　　最后，根據(jù)本文所建立的光伏建筑一體化設計與分析數(shù)學模型，結合國內(nèi)外相