本文關(guān)鍵詞：基于BIM的光伏建筑一體化輔助設(shè)計平臺開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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處理建筑設(shè)計、光伏設(shè)計和電氣設(shè)計等多種相互依賴需求,真正的光伏建筑一體化需要設(shè)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(shè)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(shè)計的支持。本文從光伏建筑一體化設(shè)計入手,通過對太陽能發(fā)電系統(tǒng)與建筑集成設(shè)計的深入研究,建立以建筑信息模型(BIM)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)計了基于BIM的光伏建筑一體化輔助設(shè)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(shè)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(shè)計的原則和流程。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)計人員可以在已有的BIM軟件中進行光伏建筑設(shè)計,提供了光伏建筑設(shè)計的模型基礎(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(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)潮流計算,短路計算,逆變器接入位置優(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(shè)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(xué)化,集成化設(shè)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(shè)計與分析數(shù)學(xué)模型,結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究和實驗室已有研究成果,開發(fā)設(shè)計了基于BIM的光伏建筑一體化輔助設(shè)計平臺。該平臺利用Revit建筑設(shè)計軟件進行二次開發(fā),實現(xiàn)了光伏與建筑的協(xié)同設(shè)計。為了驗證該平臺的可行性和正確性,平臺在嘉興勤豐變電站中得到的應(yīng)用,通過優(yōu)化分析,節(jié)約光伏設(shè)備投入14%,降低線路損耗2.96%。該軟件平臺的開發(fā)為光伏建筑一體化領(lǐng)域提供工程化和專業(yè)化的計算機輔助設(shè)計支持,降低光伏建筑的設(shè)計復(fù)雜度,提高設(shè)計效率。
【關(guān)鍵詞】：BIM 光伏建筑 集成化設(shè)計 電氣 陰影輻射
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 BIM概述11-13
• 1.3 BIPV概述13
• 1.4 國內(nèi)發(fā)展情況及研究現(xiàn)狀13-16
• 1.5 國外發(fā)展情況及研究現(xiàn)狀16-18
• 第二章 BIPV集成設(shè)計與分析18-23
• 2.1 前言18
• 2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成18-19
• 2.3 BIPV設(shè)計原則19-20
• 2.4 BIPV設(shè)計流程20
• 2.5 BIM數(shù)據(jù)交換標準20-23
• 第三章 軟件設(shè)計與實現(xiàn)23-28
• 3.1 前言23
• 3.2 Revit軟件二次開發(fā)23-24
• 3.3 軟件架構(gòu)設(shè)計24-25
• 3.4 功能模塊劃分25-26
• 3.5 軟件操作界面26
• 3.6 光伏組件BIM模型設(shè)計26-27
• 3.7 可視一體化展示27-28
• 第四章 光伏建筑電氣分析研究28-37
• 4.1 前言28
• 4.2 Matpower算法改進28-30
• 4.3 建筑電氣潮流分析30-32
• 4.4 建筑電氣短路分析32-33
• 4.5 逆變器接入位置優(yōu)化33-35
• 4.6 光伏直流損耗計算35-37
• 第五章 光伏建筑陰影輻射分析研究37-48
• 5.1 前言37
• 5.2 太陽運動模型37-38
• 5.3 光伏電池陰影分析模型38-40
• 5.3.1 射線法陰影分析原理38-39
• 5.3.2 光伏陣列間距數(shù)學(xué)模型39-40
• 5.4 光伏電池輻射分析模型40-48
• 5.4.1 水平面小時輻射量數(shù)學(xué)模型41-42
• 5.4.2 光伏電池表面輻射量數(shù)學(xué)模型42-43
• 5.4.3 考慮陰影遮擋的輻射量計算43-48
• 第六章 案例應(yīng)用48-62
• 6.1 仿真案例48-56
• 6.1.1 屋頂光伏陣列設(shè)計48-50
• 6.1.2 光伏幕墻設(shè)計50-54
• 6.1.3 光伏建筑潮流分析54-55
• 6.1.4 逆變器接入選擇55-56
• 6.2 勤豐變電站案例56-62
• 6.2.1 勤豐變電站BIM模型56-57
• 6.2.2 方案分析結(jié)果57-58
• 6.2.3 光伏布局優(yōu)化58-59
• 6.2.4 逆變器接入位置選擇59-62
• 第七章 結(jié)論與展望62-64
• 7.1 本文主要結(jié)論62-63
• 7.2 下一步工作與展望63-64
• 參考文獻64-66
• 在讀碩士期間取得的科研成果66-67
• 致謝67

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