基于BIM的光伏建筑一體化輔助設(shè)計(jì)平臺開發(fā).pdf

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

2、M）為基礎(chǔ)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(xué)模型，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)設(shè)計(jì)了基于BIM的光伏建筑一體化輔助設(shè)計(jì)平臺。以實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑的協(xié)同設(shè)計(jì)。
　　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(shè)計(jì)的原則和流程。光伏與建筑的結(jié)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(gòu)建了光伏建筑系統(tǒng)中涉及的相關(guān)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(shè)計(jì)人員可以在已有的BIM軟件中進(jìn)行光伏建筑設(shè)計(jì)，提供了光伏建筑設(shè)計(jì)的模型基礎(chǔ)。
　　隨后，建立了光伏系統(tǒng)的建筑電氣分析數(shù)學(xué)模型。為了提高軟件的成熟度和計(jì)算效率，本文對現(xiàn)有的Matpower電力計(jì)算工具箱進(jìn)行改進(jìn)，使其適用于含光伏電源的建筑電氣計(jì)算。構(gòu)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(xué)模型。研究了建筑內(nèi)潮流計(jì)算，短路計(jì)算，逆變器接入位置

4、優(yōu)化和直流側(cè)線路損耗的模型。
　　其次，建立了BIM中光伏發(fā)電設(shè)備的陰影遮擋分析模型。首先建立太陽的運(yùn)動模型，獲取任意時(shí)刻的太陽位置，再利用網(wǎng)格法對光伏板表面進(jìn)行劃分，最后使用射線法對各網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行遮擋分析。建立了BIM中的光伏發(fā)電設(shè)備的太陽輻射能分析模型。將陰影遮擋因素考慮其中，計(jì)算逐時(shí)的太陽輻射能。光伏系統(tǒng)的科學(xué)化，集成化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與分析數(shù)學(xué)模型，結(jié)合國內(nèi)外相