一种提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法及系统与流程

本发明涉及拓扑结构设计领域，特别是一种提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法及系统。

背景技术：

1、太阳能作为新能源的重要组成部分，有着获取便捷、取之不尽、清洁无污染等优点。光伏发电技术是太阳能应用的主要技术之一，近年来取得了飞速发展，但在实际应用中，由于光照强度、温度、光伏组件效率、遮挡情况等因素，对系统整体的发电量造成影响。其中光照遮挡所形成的局部阴影，将导致光伏发电系统受到的光照分布不均匀，这不但会降低光伏发电系统的性能和效率，严重时甚至会对系统的安全、可靠运行造成威胁。

2、当单个光伏电池受到遮挡时，整个光伏组串的输出功率并非仅仅减去单个光伏电池损失功率，其输出功率受光照条件最差的组件制约十分明显，“木桶效应”十分突出。根据测算，光伏系统在运行时存在的局部遮挡，其发电量会降低20％-30％左右，同时还可导致光伏组件的工作寿命减少10％以上。

技术实现思路

1、鉴于上述由于光照遮挡所形成的局部阴影，将导致光伏发电系统受到的光照分布不均匀的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种最大程度减少“木桶效应”所带来的发电影响的方法及系统。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其包括，拍摄白天n个时刻的照片，并将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分；记录白天n个时刻的光照强度，根据光照强度大小设定每个时刻的光照强度权重系数；生成所属区域范围内的光伏组件分布图，并计算出所有光伏组串拓扑连接方式；将每种连接方式与全天阴影变化图重叠比较，确定每个时刻受阴影遮挡的组串数；计算出每种连接方式的光伏发电阴影遮挡影响权重值w，将w值最小的拓扑连接方式作为最优拓扑进行输出。

5、作为本发明所述提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的一种优选方案，其中：所述将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分包括以下步骤：

6、将拍摄的照片分解为若干像素点，则每一像素点都有rgb色素相关的三维数据(x，y，z)；设置判断条件(x0，y0，z0)，即为阴影灰度对应像素点三维数据的临界值；比较每一像素点三维数据与判断条件，小于等于则输出白色像素点，大于则输出黑色像素点；通过像素点组合，则能输出包含白底和黑色阴影的图片；对阴影部分涂黑，作为阴影遮挡部分，记为阴影图；其余部分涂白，作为非阴影遮挡部分，记为非阴影图。

7、作为本发明所述提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的一种优选方案，其中：所述将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分还包括：采用高处定点安放摄像头时，应根据安装位置及角度将图片转换为在区域中心时垂直俯看的视角图，后进行阴影绘制。

8、作为本发明所述提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的一种优选方案，其中：所述光伏组件分布图的生成包括以下步骤：根据输入的建设区域形状面积绘制建设区域范围；根据所需光伏组串数量和每个光伏组串组件数量计算总计光伏组件数；根据单块光伏组件长和宽绘制单块光伏组件图，所述单块光伏组件图为矩形；约束条件包括：所有光伏组件朝向一致；所有光伏组件之间不得有重叠部分；所有光伏组件均应位于所绘制的建设区域范围内；所有矩形总个数应等于计算的光伏组件数。

9、作为本发明所述提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的一种优选方案，其中：所述光伏组串拓扑连接方式包括：每个光伏组串的组件数根据用户输入确定，即连线时须有确定数量的矩形相连；组件之间只可串联，即连线时有且仅有一条线，不可有分支；所有组件必须都被使用，只能参与一条组串，且只被连接过一次；只可进行水平或垂直连线，不可斜连。

10、作为本发明所述提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的一种优选方案，其中：所述重叠比较包括：将所述阴影图与生成的所述光伏组件分布图缩放或扩大至同一比例下，进行重叠比较，得出每一种拓扑下时刻ti受阴影遮挡的光伏组串数sti；根据木桶效应，组串中有任意一个组件受阴影遮挡，则整个光伏组串都认定为受阴影遮挡。

11、作为本发明所述提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的一种优选方案，其中：所述光伏发电阴影遮挡影响权重值w的计算过程如下：设一天中拍摄n次，则会有n个时刻的阴影图，每种连接拓扑会有n次阴影比对，则每种连接拓扑得到n个sti；结合每时刻ti的光照强度权重系数kti，建立光伏发电阴影遮挡影响权重w的公式：

12、

13、其中，w为光伏发电阴影遮挡影响权重值，sti为时刻ti下受阴影遮挡的光伏组串数，kti为时刻ti下的光照强度权重系数。

14、第二方面，本发明为进一步解决由于光照遮挡所形成的局部阴影，将导致光伏发电系统受到的光照分布不均匀的问题，实施例提供了提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计系统，其包括：

15、图像处理模块，用于拍摄白天n个时刻的照片，并将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分；光照强度记录模块：用于记录白天n个时刻的光照强度，并根据光照强度大小设定每个时刻的光照强度权重系数；光伏组件分布生成模块：用于生成所属区域范围内的光伏组件分布图，并计算出所有光伏组串拓扑连接方式；阴影分析模块：用于将每种连接方式与全天阴影变化图重叠比较，确定每个时刻受阴影遮挡的组串数；权重计算模块：用于计算每种连接方式的阴影遮挡影响权重值；优化输出模块：用于将阴影遮挡影响权重值最小的拓扑连接方式作为最优拓扑进行输出。

16、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的任一步骤。

17、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的任一步骤。

18、本发明有益效果为，本发明可以在光伏项目设计阶段就对规划区域内的阴影遮挡进行数据化考量，为用户设计出发电效率最高的光伏组件布局及拓扑连接方式，增加发电收益，同样也可用在已有光伏项目的改造。

技术特征：

1.一种提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：所述将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：所述将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分还包括：

4.如权利要求3所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：所述光伏组件分布图的生成包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：所述光伏组串拓扑连接方式包括：

6.如权利要求5所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：所述重叠比较包括：

7.如权利要求6所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：所述光伏发电阴影遮挡影响权重值w的计算过程如下：

8.一种提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计系统，基于权利要求1～7任一所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法，其特征在于：包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种提升光伏发电效率的光伏组串拓扑设计方法及系统，涉及拓扑结构设计领域，包括拍摄白天n个时刻的照片，并将照片转换为阴影遮挡部分和非阴影遮挡部分；记录白天n个时刻的光照强度，根据光照强度大小设定每个时刻的光照强度权重系数；生成所属区域范围内的光伏组件分布图，并计算出所有光伏组串拓扑连接方式；将每种连接方式与全天阴影变化图重叠比较，确定每个时刻受阴影遮挡的组串数；计算出每种连接方式的光伏发电阴影遮挡影响权重值W，将W值最小的拓扑连接方式作为最优拓扑进行输出。本发明为用户设计出发电效率最高的光伏组件布局及拓扑连接方式，增加发电收益。技术研发人员：曹睿,吴灵华,陈晓霞,周雨奇,陈飞翔,徐静,陈挺,叶浚石,牛晨晖,曹庆伟,杨正中受保护的技术使用者：华能国际电力江苏能源开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18