基于BIM的光伏建筑一体化辅助设计平台开发

发布时间：2017-05-29 19:02

  本文关键词：基于BIM的光伏建筑一体化辅助设计平台开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着太阳能光伏发电技术研究的不断深入和光伏应用形式的发展,光伏建筑在世界各国的应用日趋广泛。由于光伏建筑一体化需要同时处理建筑设计、光伏设计和电气设计等多种相互依赖需求,真正的光伏建筑一体化需要设计平台同时对这些需求进行支持。然而,目前的光伏建筑在设计上并没有做到真正的一体化支持,很难实现准确和高效的光伏建筑一体化设计的支持。本文从光伏建筑一体化设计入手,通过对太阳能发电系统与建筑集成设计的深入研究,建立以建筑信息模型(BIM)为基础的含太阳能发电系统的建筑电气和光伏板的阴影辐射能数学模型,并以此为基础开发设计了基于BIM的光伏建筑一体化辅助设计平台。以实现太阳能光伏发电系统与建筑的协同设计。本文首先深入研究了光伏建筑的组成原理,并归纳了光伏建筑一体化设计的原则和流程。光伏与建筑的结合形式主要分为光伏组件附着在建筑表面和光伏组件与建筑材料相集成两种形式,既有发电功能,又有建材功能。构建了光伏建筑系统中涉及的相关BIM组件模型,包括:太阳能电池方阵、蓄电池组、直流/交流逆变器、控制器等。这些BIM组件模型使得光伏建筑设计人员可以在已有的BIM软件中进行光伏建筑设计,提供了光伏建筑设计的模型基础。随后,建立了光伏系统的建筑电气分析数学模型。为了提高软件的成熟度和计算效率,本文对现有的Matpower电力计算工具箱进行改进,使其适用于含光伏电源的建筑电气计算。构建了从BIm中自动获取建筑电气数据的算法和建筑内线路的数学模型。研究了建筑内潮流计算,短路计算,逆变器接入位置优化和直流侧线路损耗的模型。其次,建立了BIM中光伏发电设备的阴影遮挡分析模型。首先建立太阳的运动模型,获取任意时刻的太阳位置,再利用网格法对光伏板表面进行划分,最后使用射线法对各网格区域进行遮挡分析。建立了BIM中的光伏发电设备的太阳辐射能分析模型。将阴影遮挡因素考虑其中,计算逐时的太阳辐射能。光伏系统的科学化,集成化设计提供了有力的数据支撑。最后,根据本文所建立的光伏建筑一体化设计与分析数学模型,结合国内外相关技术研究和实验室已有研究成果,开发设计了基于BIM的光伏建筑一体化辅助设计平台。该平台利用Revit建筑设计软件进行二次开发,实现了光伏与建筑的协同设计。为了验证该平台的可行性和正确性,平台在嘉兴勤丰变电站中得到的应用,通过优化分析,节约光伏设备投入14%,降低线路损耗2.96%。该软件平台的开发为光伏建筑一体化领域提供工程化和专业化的计算机辅助设计支持,降低光伏建筑的设计复杂度,提高设计效率。
【关键词】：BIM 光伏建筑 集成化设计 电气 阴影辐射
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 BIM概述11-13
• 1.3 BIPV概述13
• 1.4 国内发展情况及研究现状13-16
• 1.5 国外发展情况及研究现状16-18
• 第二章 BIPV集成设计与分析18-23
• 2.1 前言18
• 2.2 光伏发电系统的组成18-19
• 2.3 BIPV设计原则19-20
• 2.4 BIPV设计流程20
• 2.5 BIM数据交换标准20-23
• 第三章 软件设计与实现23-28
• 3.1 前言23
• 3.2 Revit软件二次开发23-24
• 3.3 软件架构设计24-25
• 3.4 功能模块划分25-26
• 3.5 软件操作界面26
• 3.6 光伏组件BIM模型设计26-27
• 3.7 可视一体化展示27-28
• 第四章 光伏建筑电气分析研究28-37
• 4.1 前言28
• 4.2 Matpower算法改进28-30
• 4.3 建筑电气潮流分析30-32
• 4.4 建筑电气短路分析32-33
• 4.5 逆变器接入位置优化33-35
• 4.6 光伏直流损耗计算35-37
• 第五章 光伏建筑阴影辐射分析研究37-48
• 5.1 前言37
• 5.2 太阳运动模型37-38
• 5.3 光伏电池阴影分析模型38-40
• 5.3.1 射线法阴影分析原理38-39
• 5.3.2 光伏阵列间距数学模型39-40
• 5.4 光伏电池辐射分析模型40-48
• 5.4.1 水平面小时辐射量数学模型41-42
• 5.4.2 光伏电池表面辐射量数学模型42-43
• 5.4.3 考虑阴影遮挡的辐射量计算43-48
• 第六章 案例应用48-62
• 6.1 仿真案例48-56
• 6.1.1 屋顶光伏阵列设计48-50
• 6.1.2 光伏幕墙设计50-54
• 6.1.3 光伏建筑潮流分析54-55
• 6.1.4 逆变器接入选择55-56
• 6.2 勤丰变电站案例56-62
• 6.2.1 勤丰变电站BIM模型56-57
• 6.2.2 方案分析结果57-58
• 6.2.3 光伏布局优化58-59
• 6.2.4 逆变器接入位置选择59-62
• 第七章 结论与展望62-64
• 7.1 本文主要结论62-63
• 7.2 下一步工作与展望63-64
• 参考文献64-66
• 在读硕士期间取得的科研成果66-67
• 致谢67

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