本發(fā)明涉及新能源發(fā)電，尤其涉及一種基于可開發(fā)面積識別的建筑立面光伏板布局方法、系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在建筑節(jié)能領(lǐng)域，太陽能光伏建筑一體化（bipv）技術(shù)嶄露頭角，成為研究熱點。目前，針對城市建筑屋頂光伏發(fā)電潛力的評估方法已相對成熟，主要包括采樣法、全面評估法和機器學習法。采樣法適用于空間數(shù)據(jù)匱乏或大尺度評估場景，通過分類代表性建筑并分層采樣，評估其屋頂可利用性，從而估算大尺度建筑屋頂?shù)墓夥l(fā)電潛力。

2、盡管屋頂光伏研究已取得顯著進展，但關(guān)于建筑外立面光伏的深入探索仍顯不足。太陽能發(fā)電的能量密度相對較低，需大面積鋪設(shè)方能產(chǎn)生可觀電量。在現(xiàn)代城市中，由于人口密度高、高層建筑布局緊湊，可用屋頂面積有限，僅依賴屋頂光伏發(fā)電難以滿足當?shù)啬茉葱枨?。相比之下，建筑的外立面雖受太陽輻射量較小且易受鄰近建筑陰影遮擋，但其總面積龐大。若將外墻可用面積充分利用于鋪設(shè)光伏，年度發(fā)電量有望達到屋頂光伏發(fā)電量的三倍之多。

3、因此，建筑外立面的光伏布局在新建筑設(shè)計、舊建筑改造及低碳城市更新計劃中均展示出巨大的發(fā)展?jié)摿脱芯績r值。然而，在實際應(yīng)用中，建筑外立面光伏系統(tǒng)的實施需要大量資金支持，且隨著建筑物高度的增加，安裝和維護成本也隨之上升。此外，不同種類的光伏組件的發(fā)電效率存在差異，直接影響整個系統(tǒng)的總體發(fā)電量和經(jīng)濟效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種基于可開發(fā)面積識別的建筑立面光伏板布局方法、系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺乏合理有效的建筑外立面的光伏組件的布局方案，導致建筑外立面光伏系統(tǒng)的安裝和維護成本較高的同時，發(fā)電量較低的技術(shù)問題。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于可開發(fā)面積識別的建筑立面光伏板布局方法，包括：獲取待開發(fā)布局建筑的外觀照片，輸入可開發(fā)面積識別模型之中，獲取待開發(fā)布局建筑外立面的可開發(fā)區(qū)域和相應(yīng)的陰影區(qū)域；引用可開發(fā)區(qū)域的可開發(fā)面積，結(jié)合對應(yīng)的外立面的朝向方位，計算建筑外立面接收的平均太陽輻射量，作為外立面的物理潛能值；利用陰影區(qū)域的陰影面積，以及各種類型的光伏組件的安裝比例系數(shù)，計算外立面的光伏組件面積系數(shù)；將各種類型的光伏組件的能量轉(zhuǎn)換效率，作為外立面的能量轉(zhuǎn)換系數(shù)；基于物理潛能值、光伏組件面積系數(shù)和能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，建立光伏組件的發(fā)電核算函數(shù)；建立光伏組件的初始投入成本函數(shù)、維護成本函數(shù)和退役成本函數(shù)，組合建立光伏組件的總經(jīng)濟成本計算函數(shù)；所述維護成本函數(shù)與各種類型的光伏組件的安裝高度之間有關(guān)聯(lián)關(guān)系；在約束條件，以及發(fā)電量最大化和經(jīng)濟成本最小化的目標下，對發(fā)電核算函數(shù)和總經(jīng)濟成本計算函數(shù)進行優(yōu)化求解，求解結(jié)果包括光伏組件的類型、對應(yīng)的安裝高度以及各種類型的光伏組件的面積比例，按照求解結(jié)果進行對外立面的布局。

3、具體的，所述可開發(fā)面積識別模型的建立和訓練過程包括：采用yolov8算法構(gòu)建所述可開發(fā)面積識別模型，并在其中集成動態(tài)注意力模塊；使用對建筑外立面可開發(fā)區(qū)域進行標注的照片作為訓練集，對可開發(fā)面積識別模型進行訓練；在被標注的照片中，同時標注陰影區(qū)域，陰影區(qū)域設(shè)置在建筑外立面的底部，陰影區(qū)域的寬邊與建筑外立面的寬邊一致，陰影區(qū)域的長邊，根據(jù)建筑外立面的寬邊和對應(yīng)的平均陰影面積計算得到；建筑外立面的平均陰影面積，按照如下方式進行計算得到：采用多個時間節(jié)點的太陽高度角和方位角，結(jié)合建筑外立面的朝向模擬實際的陰影區(qū)域，獲取多個時間節(jié)點時的陰影面積，計算得到相應(yīng)的平均陰影面積。

4、具體的，所述計算建筑外立面接收的平均太陽輻射量，作為外立面的物理潛能值，包括：所述物理潛能值，采用如下公式進行計算：

5、，

6、其中，ypp表示物理潛能值，aj表示建筑外立面第j方向的可開發(fā)面積，srj表示建筑外立面第j方向的月平均小時太陽輻射量，m表示朝向方向的總數(shù)量。

7、具體的，所述計算外立面的光伏組件面積系數(shù)，包括：所述外立面的光伏組件面積系數(shù)，采用如下公式進行計算：

8、，

9、其中，ki表示第i種類型的光伏組件面積系數(shù)，zi表示第i種類型的光伏組件的可行安裝比例系數(shù)，sj表示第j方向的陰影區(qū)域的陰影面積。

10、具體的，所述將各種類型的光伏組件的能量轉(zhuǎn)換效率，作為外立面的能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，包括：采用如下公式計算能量轉(zhuǎn)換系數(shù)：

11、，

12、其中，γi表示第i種類型的光伏組件的能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，ηi,module表示第i種光伏組件的效率，ηi,inverter表示第i種光伏組件對應(yīng)的逆變器效率。

13、具體的，所述光伏組件的初始投入成本函數(shù)，如下：

14、，

15、其中，cinitial表示光伏組件的初始投入成本，cpi表示第i種光伏組件的單位成本，ri表示第i種光伏組件占建筑外立面的總安裝面積的比例，at表示建筑外立面的總安裝面積，通過可開發(fā)區(qū)域扣除相應(yīng)的陰影區(qū)域得到；ρi表示第i種光伏組件的鋪設(shè)密度，ki表示第i種類型的光伏組件面積系數(shù)，cii表示第i種光伏組件對應(yīng)的逆變器的單位成本，cci表示第i種光伏組件對應(yīng)的電纜的單位成本，lci表示第i種光伏組件對應(yīng)的電纜的長度，n表示光伏組件的類型總數(shù)。

16、具體的，所述光伏組件的維護成本函數(shù)，如下：

17、，

18、其中，cmaintenance表示光伏組件的維護成本，obase,i表示第i種光伏組件在基準安裝高度下的單位面積維護成本，αi表示第i種光伏組件安裝高度對維護成本的增量系數(shù)，havg,j表示建筑外立面的第j個高度區(qū)間的平均安裝高度，tj表示第j個高度區(qū)間的安裝面積，l表示建筑外立面劃分的高度區(qū)間總數(shù)。

19、具體的，所述光伏組件的退役成本函數(shù)，如下：

20、，

21、其中，cdecommission表示光伏組件的退役成本，cdecom,i表示第i種光伏組件的單塊退役成本。

22、具體的，所述約束條件包括：

23、；

24、，

25、其中，ni表示第i種光伏組件的數(shù)量，nii表示第i種光伏組件對應(yīng)的逆變器的數(shù)量，pinrate,i表示第i種光伏組件對應(yīng)的逆變器額定功率，hstart,j和hend,j分別表示建筑外立面的第j個高度區(qū)間的起始高度和結(jié)束高度，htotal表示外立面的總高度；

26、目標函數(shù)如下：

27、，

28、其中，maxyp和minctotal分別表示最大發(fā)電量和最小經(jīng)濟成本；利用灰狼算法對目標函數(shù)進行多次迭代的多目標求解。

29、本發(fā)明還提供一種基于可開發(fā)面積識別的建筑立面光伏板布局系統(tǒng)，包括：識別單元、發(fā)電核算單元、成本核算單元和布局單元，其中：所述識別單元，用于獲取待開發(fā)布局建筑的外觀照片，輸入可開發(fā)面積識別模型之中，獲取待開發(fā)布局建筑外立面的可開發(fā)區(qū)域和相應(yīng)的陰影區(qū)域；所述發(fā)電核算單元，用于引用可開發(fā)區(qū)域的可開發(fā)面積，結(jié)合對應(yīng)的外立面的朝向方位，計算建筑外立面接收的平均太陽輻射量，作為外立面的物理潛能值；利用陰影區(qū)域的陰影面積，以及各種類型的光伏組件的安裝比例系數(shù)，計算外立面的光伏組件面積系數(shù)；將各種類型的光伏組件的能量轉(zhuǎn)換效率，作為外立面的能量轉(zhuǎn)換系數(shù)；基于物理潛能值、光伏組件面積系數(shù)和能量轉(zhuǎn)換系數(shù)，建立光伏組件的發(fā)電核算函數(shù)；所述成本核算單元，用于建立光伏組件的初始投入成本函數(shù)、維護成本函數(shù)和退役成本函數(shù)，組合建立光伏組件的總經(jīng)濟成本計算函數(shù)；所述維護成本函數(shù)與各種類型的光伏組件的安裝高度之間有關(guān)聯(lián)關(guān)系，光伏組件的安裝區(qū)域不包括建筑外立面對應(yīng)的陰影區(qū)域；所述布局單元，用于在約束條件，以及發(fā)電量最大化和經(jīng)濟成本最小化的目標下，對發(fā)電核算函數(shù)和總經(jīng)濟成本計算函數(shù)進行優(yōu)化求解，求解結(jié)果包括光伏組件的類型、對應(yīng)的安裝高度以及各種類型的光伏組件的面積比例，按照求解結(jié)果進行對外立面的布局。

30、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：提升建筑外立面光伏系統(tǒng)的發(fā)電量的同時，降低光伏系統(tǒng)的安裝和維護成本。