随着科技的进步与社会的发展，能源需求巨大，非可再生能源已满足日常需求。据统计，2017年中国能源消费最大的为煤炭，紧随其后就是石油，在这种情况下，中国迫切需要改善能源消费结构，来解决新能源发展的需求危机。缓解了能源危机，以太阳能安全、范围分布广、操作清洁环保等获得各国青睐，因此，光伏发电相关技术的研究与应用具有很大的必要性。

自身，包括风能、太阳能时间的可再生能源发电的设备中国致命的减少。例如，光伏组件的成本已经有50元/瓦，下降的2/从2瓦左右。年发电数小时和个别风能单独燃烧发电的1/3/22，但发电成本已接近燃煤，正远燃气发电。同时可再生能源发电成本的计算。安装空间尺寸及成本、景点成本、消纳成本等。

现在，发展光伏等可再生能源的是安装空间和接纳能力，而首先就是安装空间的问题。到哪里去寻找自己的安装空间？建筑屋顶可以成为重要的光伏资源地下。现在，建筑屋顶和太阳光的垂直面积超过100亿平方米。如果这些建筑面积被利用了。 ，每年可发电2万亿千瓦时，大约有28％的发电量。

建设太阳能光伏系统，可以解决土地生产的生活用电问题，并将太阳能发电的能量输送到电网，会增加太阳能吸收的重要途径。当前，屋顶光伏系统作为新基建战略的一方。统一规划、统一规划、 、光伏“光伏+彩虹+智能充电桩”的一体式建筑供养系统，可灵活可未来降落下来，可支持成长发展的年轻化提供清洁能源，同时还能萌萌萌萌的产业，如光伏电池、发电设备、新型蓄电池，电动汽车、充电桩、户外供等朝阳产业。

光伏组件排布方式分为两类，分别为固定式组件排布方式及追踪式排布方式。固定式光伏排列方式制造不价低、对尺寸要求高、建设容易等优势一直以来主要的排列方式，但同时其产生的效率不高了。追踪式排布方式又分为水平单轴追踪和双轴追踪，其中水平单轴追踪通过追踪太阳的角度来提高杨轴方向上的太阳辐射量捕捉。双轴跟踪通过光伏阵列实时跟踪太阳运动，佩戴太阳光光伏射输出，从而形成照相系统产生量吸收。固定式光伏电站；但时刻追踪式光伏电站对形状要求高、造价高限制的发展，同时，一年四季中其每一天不同的阳光的直射角度随时都在变化，并且受天气环境如雨雪之中、大风等天气影响，大大影响太阳能电池板的工作效率。因此，相对屋顶太阳能电池板，一般用固定式。

城市、乡村的屋顶屋顶有广阔的空间，供光伏发电使用。但是，由于建筑除了提供遮阳棚之外还有美学的价值，而风屋顶还需要提供景观、新的通信、广告等多各种其他功能；因此，屋顶一般构架是单一的直通立体构筑物，往往有很多构筑物，如水箱、风机、冷凝系统、广告牌、照明照明装置等。布设计最佳最佳成就，现有技术往往是缩小范围而直接在屋顶规划处，例如目标区域以安置太阳能板。，申请号为20181158285.3的中国专利申请，根据太阳辐射倾角捕捉太阳能板的输入光伏板的最佳倾角、排列方式和光伏板尺寸，对圆倾屋顶的光伏组件进行数字化描述建模，其中，以平面来屋顶；而申请号为201811538965.0的中国专利申请，在平直的斜屋顶上以一个椭圆区域对光伏板进行排列。

因此，目前需要根据一种屋顶屋顶上屋顶构筑物的分布排来对屋顶进行光伏板优化方法与系统。

问题拆分

初始化倾角、形状特征参数等后，根据获取的三维模型计算屋顶周界构筑物的尺寸及方向，并基于预设时间太阳绘画特征特征其遮挡范围后得到目标区域；对目标区域进行分割，以小块块为基础在目标中按L形、T形或十字形等结构特征进行类似的圆形块匹配形成各开发组合，在各部署组合中根据光伏板前后、组件组合及长度进行约束光伏板的组合组合测算；最后以各种部署组合中光伏板最大的组合排列作为排布结果，并通过输出模块输出本。发明根据物特征进行全景穹顶和光伏板的优化排布，能利用屋顶穹顶，且适用范围广。

问题解决

有鉴于此，本发明的目的是提供一种建筑物屋顶光伏排布方法，根据屋顶实际结 构并基于构筑物的阴影干涉范围，对建筑物屋顶进行区域分割与组合，以最大化的利用屋 顶空间来进行光伏发电，从而解决现有技术中仅采用屋顶一个较小内接矩形区域进行光伏 阵列排布而造成空间浪费的技术问题。

[0010] 本发明专利首先要获取建筑物或建筑物屋顶的三维模型，以主机单元中的三维计 算模块基于该模型对突出屋顶平面的各种构筑物进行三维尺寸计算，再根据各构筑物的分 布方位在干涉处理模块中进行关键时点如冬至日9时/15时的太阳照射分析，计算各构筑物 对屋顶平面的阴影遮蔽范围，从而得到可部署光伏板阵列的目标区域；受限于构筑物在屋 顶平面上的交叉干涉，往往使该目标部署区域为非规则的多矩形组合形体，因此，有必要提 出一种优化排布处理算法，通过充分利用该非规则区域，来获得最大光伏板排布发电面积。

[0011] 为此，经实地屋顶数据采集和研究分析，本发明采用先对多矩形组合形体中交叉 区域进行提取，然后分别将该交叉区域进行东西或南北方向组合比对的处理方法，其中，在 组合以后的区域分割中，还深入研究了相邻矩形区域交错即南、北向界线不一致情况下，两 相邻区域光伏板的相互阴影干涉问题。本发明基于对相邻交错光伏板阴影的投影分析，通 过三角几何建模与处理获得了两相邻区域光伏板之间东西向间距的计算式，从而可以基于 该计算式获得各组合情形下非规则区域中光伏板的优化分布。

[0012] 本发明的技术解决方案是：提供提供一种建筑物屋顶光伏板排布方法，包括以下 步骤：

[0013] S1、初始化，确定目标建筑物屋顶光伏板排布所需的预设数据，包括建筑物所在纬 度、光伏板安装倾角、太阳光投射计算时的预设时刻、三维计算换算比例等参数；

[0014] S2、获取目标建筑物屋顶三维模型，基于模型及三维计算换算比例得到屋顶各构 筑物的三维尺寸及方位数据，并根据所述预设时刻太阳光照射特点将所述构筑物在其朝向 目标屋顶的东北或西北方向上将其轮廓进行扩展，在目标屋顶平面上扣除经扩展后构筑物 的区域范围作为屋顶部署光伏板的目标区域；

[0015] S3、将屋顶所述目标区域分割为多个互不相交的可利用矩形块，所述矩形块构成 集合 从矩形块集合R中，搜索出与两个或以上可利用矩形块相邻的矩形块作为 建立待组合矩形集合 并对每个待组合矩形Zj分别建立与其相邻矩 形块构成的相邻集合 令j＝1，k＝1；

[0016] S4、判断j≤m是否成立，如果不成立，则转S8；否则，转S5；

[0017] S5、判断k≤p是否成立，如果不成立，则转S7，否则，将待组合矩形Zj与集合Nj中其 东西或南北邻接的矩形块Njk合并为一更大矩形Bjk，并令目标区域剩余可利用矩形块为Djk ＝R‑Bjk，以Bjk和Djk共同构成一种部署组合Pjk；

[0018] S6、令k＝k+1；转S5； [0019] S7、令j＝j+1；转S4；；

[0020] S8、所有部署组合Pjk构成部署集合P，对P中的所有元素即每一部署组合Pjk，将其 对应的各矩形块Bjk及Djk，分别按矩形内部、及相邻矩形间光伏板在所述预设时刻东西、南 北方向均互不遮挡，以及板长约束下，对各矩形内的光伏板进行组合排列测算，计算各组合 排列测算的可排布面积Sjk；

[0021] S9、搜索可排布面积最大的Sjk，其对应的Bjk及Djk内的光伏板排列的组合作为排布 结果，将该排布结果输出。

[0022] 作为优选，在步骤S5中，对所述目标区域剩余可利用矩形块Djk，将其作为下一层的 矩形块集合R，递归调用步骤S3至S5，直至最后一层中R为空或不能再找到新的待组合矩形； 并在递归返回后以各层中记录的Bjk的组合、及扣除该组合范围后目标区域剩余范围对应于 最初矩形块集合R中各可利用矩形块的组合这两个组合共同构成一种部署组合。

[0023] 作为优选，初始化中所述安装倾角采用年最佳安装倾角，并通过以下处理获得，

[0024] 代入不同安装倾角β值，通过下式计算全年光伏阵列表面接受到的总辐射能：

[0026] 式子中，I0为太阳光垂直入射在大气上界时的太阳辐射强度，τb、τd分别为当地直 接辐射、散射透明度系数，h为太阳高度角，Tss和Tsr分别为每天的日出、日落时刻，n取365按 全年计算；

[0027] 根据不同倾角下单位面积光伏板上年辐射总量的比较，以所述年辐射总量最大值 对应的倾角为年最佳安装倾角。

[0028] 作为优选，所述步骤S2中，目标建筑物屋顶所述三维模型基于三维激光扫描获取， 通过扫描得到屋顶点云数据后进行分割处理，将点云分成不同的面片区域，并以点、线、多 边形的形式构建包括构筑物的屋顶三维模型。

[0029] 作为优选，步骤S2中所述三维计算换算比例取为平台上标志物的实际尺寸与其在 三维模型图片中的像素数的比例，并根据该比例对屋顶平台及各构筑物的几何尺寸进行计 算： [0030] [0031] 其中，dr、nr分别为标志物的几何长度和像素个数，dp、np分别为待测线段的几何长度和像素个数。

[0032] 作为优选，所述步骤S2中，目标建筑物屋顶所述三维模型基于立体视觉采集方式 获取，采用双目视觉或者结构光与摄像机的组合来获取屋顶深度图，还通过已知的相机参 数以及坐标变换获得深度图像中各点的空间坐标信息。

[0033] 作为优选，步骤S2中还包括：

[0034] 对屋顶周界上的构筑物轮廓进行所述扩展后，还分别在水平面和竖直面上进行矩 形外接；

[0035] 以屋顶主体平坦区域为基础，对所述区域东、西、南向周界上的构筑物进行长、宽、 高的三维尺寸计算，并在目标区域的基准坐标系下标识其方位。

[0036] 作为优选，对构筑物进行矩形外接后以地面边长沿着东西、南北方向的长方体表 示构筑物。

[0037] 作为优选，当小的构筑物长方体在大长方体的北侧时，且其阴影遮挡范围内含于 大长方体的阴影遮挡范围，则将小构筑物合并到大构筑物中。

[0038] 作为优选，当相邻长方体南北或东西的端线范围相似度超过设定阈值如95％，且 高度差在一设定范围如5％内时，以两者在屋顶截面的外接矩形作为合并后长方体的底面 矩形。

[0039] 作为优选，构筑物轮廓的所述扩展中，在屋顶平面上以预设时刻太阳光照方位进 行阴影遮蔽范围计算时，以东、西投影特点向其中一侧扩展，而以南北投影长度向北侧扩 展；在扩展完成后，从屋顶目标平面的矩形中，挖去该扩展后的区域。

[0040] 作为优选，构筑物阴影遮挡范围的计算，其高度以构筑物与光伏板的起点高度的 高度差为基础进行计算。

[0041] 作为优选，所述步骤S3中，目标区域为T形、L形或十字形体状的原始形态或经旋 转、翻转后的形态，以T形、L形或十字形横竖相交部分为待组合矩形；

[0042] 所述步骤S5中，所述横竖相交部分的矩形分别在东西方向、或南北方向与相邻一 块矩形块进行组合，而另一块未组合的矩形块为剩余可利用矩形块。

[0043] 作为优选，当目标区域为多个L形、T形或十字形组合时，从其中一个方向如南侧开 始，依次从去除已找到构形后的剩余空间中搜索上述三种构形，并对各构形分别进行待组 合矩形及部署组合的设定。

[0044] 作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，预设时刻设为冬至日9时或15时，光伏板 南北方向均互不遮挡的约束条件为，前后间距要大于等于下式计算值：

[0046] 式中，L为南侧光伏板的斜置长度，β为安装倾角， 为当地纬度。

[0047] 作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，光伏板东西方向均互不遮挡的约束条件 为，东西间距要大于等于下式计算值：

[0049] 式中，Lmax为东西相邻两块光伏板中较长一块、或其北端距目标区域南端最远一块 的斜置长度，太阳方位角 而太阳高度角 [0050] 作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，光伏板东西方向均互不遮挡的约束条件 为，东西间距要大于等于下式计算值：

[0053] 式中，Lmax为东西相邻两块光伏板中其北端距目标区域南端最远一块的斜置长 度，太阳方位角 而太阳高度角

[0054] 作为优选，当两个矩形块东西相邻时，以光伏板本身的垂直投影加上其以预设时 刻太阳光照射时的北向投影作为该光伏板的覆盖范围，若两相邻矩形块内光伏板的覆盖范 围存在交集的才进行东西间距的计算。

[0055] 作为优选，两相邻矩形块内覆盖范围相交的东西相邻光伏板，通过上述公式计算 单次东西间距；之后，以相邻两列的所有相邻光伏板的所述单次东西间距为基础，以其中最 大值作为该两相邻矩形块的相邻两列之间的东西间距。

[0056] 作为优选，步骤S8所述组合排列测算中，对每一个矩形块，按整数块数进行光伏板 长度的计算，令矩形块内南北并列排列光伏板的排数为N，则：

[0057] 若所述矩形块处于整个目标区域的最北端，要求，

[0058] (N‑1)·总D+L·cosβ≤DNS，

[0059] 否则，若所述矩形块非整个目标区域的最北端，要求，

[0060] N·总D≤DNS，

[0061] 其中，DNS为所述待排矩形块的南北方向长度。

[0062] 采用本发明方案，与现有技术相比，具有以下优点：本发明针对建筑物屋顶的光伏 发电应用，发现了普遍存在屋顶构筑物对光伏板的排布存在影响的问题，为了尽量利用屋 顶面积，基于所获取的建筑物屋顶三维模型以外接长方体对其简化，并计算构筑物的尺寸 及方位，以预设时刻如冬至日9时或15时的日照作为依据，计算构筑物在东西及北向的遮蔽 范围、以及光伏板间的前后间距、东西间距计算式；又从屋顶三维模型中的主体平坦区域提 取出屋顶平面，并从该平面中扣除构筑物及其遮蔽区域后作为部署光伏板的多矩形组合形 不规则目标区域；针对该目标区域，以边界为基础将其划分为多个相互交叉的矩形，然后按 邻接关系将交叉区域分别组合到不同矩形块中形成一种部署组合；基于光伏板间的前后间 距、东西间距计算式，并在光伏板通用长度约束条件下对部署组合中的每个矩形块分别进 行光伏板的组合排列测算，最后以各种部署组合中光伏板面积最大的一种组合排列作为排 布结果输出。本发明根据屋顶构筑物实际参数进行目标区域提取和排布优化，从而最大化地利用了屋顶面积进行光伏发电，且能用于多构筑物屋顶的光伏板排列设计，适用性强。