(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210710001.X (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 常州工程职业 技术学院 地址 213000 江苏省常州市武进区滆湖中 路33号 (72)发明人 徐进　魏建军　姚文驰　俞鑫　 牛杰　徐桂明　刘承先　 (74)专利代理 机构 常州西创专利代理事务所 (普通合伙) 32472 专利代理师 王一源 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种参数化建筑屋顶太阳能 电池板布置优 化方法 (57)摘要 本发明公开了一种参数化的建筑屋顶太阳 能电池板布置优化方法， 提取主建筑屋顶三维几 何特征， 绘制屋顶太阳能电池板放置区域的轮 廓。 根据区域轮廓， 构建太阳能电池板阵列初始 值。 建立太阳能电池板倾斜角和方位角参数， 确 定电池板倾斜角和方位角的初始值。 基于当地的 气象信息和主建筑附近其他建筑三维几何特征， 计算时间区间内电池板日照辐射量。 基于模拟退 火算法， 对多因素单目标进行优化计算， 获得布 置最优解。 本发 明可有效提高屋顶太阳能电池板 的发电效率。 同时， 用户可以依托已有的建筑BIM 模型对屋顶太阳能电池板进行快速布置， 也可以 通过手动修改参数来修改布置， 推动了建筑节能 减排发展。 权利要求书4页 说明书8页 附图4页 CN 115098915 A 2022.09.23 CN 115098915 A 1.一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特 征在于步骤 包括： S100： 提取主建筑屋顶三维几何特 征， 绘制屋顶太阳能电池板放置区域的轮廓； S200： 根据区域轮廓， 构建太阳能电池板阵列并设置阵列初始值； S300： 建立太阳能电池板倾 斜角和方位角参数， 确定电池板倾 斜角和方位角的初始值； S400： 基于当地的气象信息和主建筑附近其他建筑三维几何特征， 计算时间区间内电 池板日照辐射 量； S500： 基于模拟退火算法， 对多因素 单目标进行优化计算， 获得布置最优解。 2.根据权利要求1所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述步骤S100具体包括以下步骤： S110： 从主建筑的三维几何特征模型中提取屋顶平面的区域模型， 包括轮廓线、 排水口 与排水槽及其 他屋顶部件； S120： 对所述 步骤S110的屋顶区域模型进行功能划分， 确定电池板放置区域； S130： 对所述步骤S120的电池板放置区域绘制屋顶轮廓线， 轮廓线为一段曲线， 或多段 曲线。 3.根据权利要求2所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述主建筑为太阳能电池板放置其屋顶的建筑， 所述主建筑的三 维几何特征模型为建筑 的BIM模型， 模型可以仅为建筑体量， 但屋顶区域轮廓需明确， 所述电池板放置区域为屋顶 的太阳能电池板布置位置， 区域可以分块。 4.根据权利要求1所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述步骤S200具体包括以下步骤： S210： 对所述步骤S130的轮廓线填充成面， 使用四边形网格对面进行划分， 网格的x方 向和y方向数量设为可调整的控制参数， 作为太阳能电池板的定位 点； S220： 对所述步骤S210的网格， 选取轮廓线内所有网格点， 以网格点为中心生成矩形， 矩形长x， 宽y设为可调整的控制参数， 作为太阳能电池板的尺寸； S230： 对所述步骤S220的所有矩形选取 四个顶点， 选择所有轮廓线外顶点， 确定这些轮 廓线外顶点所属的矩形， 排除这些矩形。 5.根据权利要求4所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述步骤所述太阳能电池板阵列包括电池板的大小和数量、 电池板在区域轮廓内的位 置， 所述阵列初始 值为用户初步确定的太阳能电池板阵列数值， 用户可手动修正， 利用算法 确保电池板大小不会重 叠， 电池板位置不会 超出轮廓。 6.根据权利要求1所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述步骤S300具体包括以下步骤： S310： 根据所述步骤S200的矩形进行倾斜角旋转， 电池板平面与屋顶XY面的夹角设为 可调整的控制参数， 作为太阳能电池板的倾 斜角度 θ， 设定初始值； S320： 根据所述步骤S200的矩形进行方位角旋转， 电池板平面与正南向矢量的夹角设 为可调整的控制参数， 作为太阳能电池板的方位角γ， 设定初始值。 7.根据权利要求6所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述步骤所述倾斜角角度为电池板平面与屋顶XY面的夹角， 同时电池板底 边约束在屋顶 XY面上， 所述方位角角度为电池板平面与正南向矢量的夹角， 同时电池板底边约束在屋顶权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115098915 A 2XY面上。 8.根据权利要求1所述的一种参数化建筑屋顶太阳能电池板布置优化方法， 其特征在 于所述步骤S400具体包括以下步骤： S410： 确定主建筑位置， 获得主建筑当地气象信息； S420： 确定日照的初始时间和结束时间， 设为可调整的控制参数， 作为太阳辐射强度计 算的时间区间， 设定初始值； S430： 根据所述步骤S410 的当地气 象信息和步骤S420 的日照时间区间， 计算太阳高度 角h和太阳 方位角 α 其中： h为太阳高度角， 单位 为度； 为地区地理纬度， 单位 为度； δ 为地球赤纬， 单位 为度； ω为太阳时角， 单位 为度； 其中： α 为太阳方位角， 单位 为度； h为太阳高度角， 单位 为度； δ 为地球赤纬， 单位 为度； ω为太阳时角， 单位 为度； S440： 确定主建筑附近的其 他建筑三维几何特 征， 获得附近建筑模型整体 轮廓； S450： 根据所述步骤S300的所有电池板模型， 所述步骤S430的太阳高度角， 所述步骤 S440的所有 主建筑附近建筑整体 轮廓， 导入Ladybug， 获取 水平面太阳日照辐射强度IH； IH＝IDH+Idh 其中： IH为水平面总体日照辐射强度， 单位 kwh/m2； IDH为水平面 直射日照辐射强度， 单位 kwh/m2； Idh为散射日照辐射强度， 单位 kwh/m2； S460： 根据所述步骤S430的太阳高度角h和太阳方位角α， 所述步骤S310电池板的倾斜 角度 θ， 所述 步骤S320电池板的方位角γ， 计算太阳入射角 β cosβ ＝cosθ si nh+sinθ coshcos( α‑γ) 其中： β 为太阳入射角， 单位 为度； h为太阳高度角， 单位 为度； θ 为电池板倾 斜角， 单位 为度； γ为电池板方位角， 单位 为度； 根据太阳入射角 β， 计算太阳能电池板平面的总体日照辐射强度Iθ， 设为分析初始值， 不 考虑反射辐射强度权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115098915 A 3