【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光伏发电领域，特别是一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法及系统。
技术介绍
1、随着全球能源结构的转型和清洁能源的普及，光伏发电作为一种重要的可再生能源形式，其在山地地区的应用日益受到关注。山地地区通常具有较为丰富的太阳能资源，且土地成本相对较低，这使得在山地地区投入光伏发电具有显著的经济效益和环境效益。一方面，山地光伏发电能够有效利用未利用土地，提升能源供给的多样性和稳定性；另一方面，它有助于减少对传统能源的依赖，降低碳排放，促进绿色低碳发展。
2、然而，在山地上安装光伏板进行发电时，面临着诸多挑战和问题。首先，山地地形复杂多变，坡度、朝向各异，这直接影响了光伏板的倾斜角选择。不合适的倾斜角会导致光伏板无法最大程度地接收太阳辐射，从而降低发电效率。其次，山地地区通常树木众多，这些树木会在不同时间段产生阴影，遮挡光伏板，影响采光率，进一步影响发电效率。
3、详细而言，山地地形的复杂性使得光伏板的布置难以标准化，每块光伏板可能都需要进行个性化的倾斜角调整；而树木的遮挡则是一个动态变化的问题，需要考虑季节、时间等多种因素。这些问题的存在，不仅增加了光伏电站的设计和施工难度，也提高了运维成本，限制了山地光伏发电的潜力和效益。
4、为了解决上述问题，业界进行了诸多探索和尝试，但仍存在诸多难点和挑战。例如，如何准确评估山地地形对光伏板布置的影响？如何有效模拟和预测树木阴影的动态变化？如何在实际施工中实现光伏板的精准定位和倾斜角调整？这些问题的解决，需要综合运用地理信息系统、光伏仿真
5、鉴于上述背景，本专利技术旨在提供一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法及系统，以克服现有技术的不足，实现光伏板在山地地区的高效布置和运行，最大化发电效率，降低设计和运维成本，推动山地光伏发电的规模化、智能化发展。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术所要解决的问题在于：在山地地形部署光伏板时如何有效模拟和预测树木阴影的动态变化，准确评估山地地形对光伏板布置的影响。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其包括，采集地形数据与树木数据，构建三维地形模型和三维树木模型；获取光伏板所属山地地形区域内的天文数据，进行太阳轨迹模拟，基于构建的三维地形模型和三维树木模型，以及模拟出的太阳轨迹曲线进行阴影计算；对阴影计算得到阴影分布图进行评估，确定光伏板选址与倾角调整角度，将结果通过可视化系统输出。
4、作为本专利技术所述一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的一种优选方案，其中：所述三维地形模型的构建方法包括，利用无人机搭载的多传感器设备进行数据采集，并采用地面或机载激光雷达系统，进行高精度的地形扫描，获取地形高程数据、地形纹理数据、地形坡度与坡向数据、地质结构数据和水文数据；所述地形纹理数据包括土壤、岩石和植被的表面特征；所述地质结构数据包括地层的结构和岩性数据；所述水文数据包括河流、溪流和积水区的分布特征；对采集的数据进行预处理，基于预处理后的地形高程数据，生成数字高程模型，表达地形的起伏变化，将地形纹理数据映射到数字高程模型上，形成地形表面，提取数字高程模型中地形的山地特征；将山地特征与地形坡度与坡向数据结合，基于高程数据计算得出的地形坡度和坡向信息，分析相互太阳光的入射角度，将山地特征与地质结构数据结合计算，评估出地形的稳定性和施工难度，将山地特征与水文数据结合计算，评估出水患风险。
5、作为本专利技术所述一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的一种优选方案，其中：所述三维树木模型的构建方法包括，利用无人机遥感图像识别和测量树木参数，包括位置数据、高度数据、冠幅数据、树干直径数据、树种数据和生长状态数据；基于树木的参数数据，采用参数化建模方法，并考虑季节性变化构建模型包括落叶期模型和生长期模型；所述落叶期模型根据树木在落叶期的形态，构建无叶或少叶的树木模型，并调整树干、枝条的形态和分布；所述生长期模型根据树木在生长期的形态，构建充满叶子的树木模型，并调整叶子的形状、大小、分布和密度。
6、作为本专利技术所述一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的一种优选方案，其中：所述太阳轨迹模拟包括，获取山地光伏电站的精确地理坐标，包括经度、纬度和海拔高度，获取对应地理坐标的天文参数包括太阳的赤纬角和时角，确定模拟的时间范围，开始进行模型；所述赤纬角反映太阳直射点在赤道上的位置变化，所述时角反映太阳相对于当地子午线的角度；基于赤纬角、时角及当地纬度，计算太阳的高度角和方位角，以确定太阳位置；选择若干个离散时间点，计算每个时间点的太阳高度角和方位角，对计算出的离散太阳位置进行插值处理，并考虑季节导致的太阳轨迹变化，生成连续的太阳轨迹曲线，完成对太阳轨迹的模拟。
7、作为本专利技术所述一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的一种优选方案，其中：所述阴影计算包括，根据太阳轨迹曲线，确定特定时间点的太阳位置，从太阳位置向所构建的三维地形模型和三维树木模型发射光线，模拟太阳光线的照射，追踪光线在三维地形模型和三维树木模型上的传播路径，确定光线的遮挡和照射情况；对于每条光线，判断其是否被地形或树木遮挡，如果光线被完全或部分遮挡，则在照射位置产生阴影，根据遮挡情况，确定阴影的具体位置和范围，包括阴影的形状、大小和深度；计算阴影区域的强度，即光线被遮挡的程度，通过光线的衰减系数来表示；考虑太阳轨迹的动态变化，计算不同时间点阴影的位置和属性变化；考虑树木的季节性变化，由落叶期模型和生长期模型提供基础参数，调整阴影计算参数，以反映不同季节的阴影特点；对于多棵树木产生的阴影，进行叠加处理，形成整体的阴影效果，将地形阴影和树木阴影融合，形成综合的阴影分布图。
8、作为本专利技术所述一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的一种优选方案，其中：所述确定光伏板选址与倾角调整角度包括，分析阴影分布图中的阴影强度，确定对光伏板发电具有影响的区域，根据太阳轨迹和阴影动态变化，计算光伏板在不同位置受到阴影遮挡的时长，根据阴影强度和时长，为不同区域的阴影影响分配权重，量化对发电效率的影响，结合阴影分布和光伏板特性，模拟光伏板在不同位置接收到的光照强度，根据光照强度和光伏板的光电转换效率，计算不同位置光伏板的预计发电量；将预计发电量与最低发电效率阈值进行比对，高于阈值的位置作为光伏板最终安装位置，低于阈值的位置，则舍弃光伏板部署计划；分析最终安装位置不同季节的阴影变化和光伏板特性，计算出每个时期的最佳工作倾角。
9、作为本专利技术所述一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的一种优选方案，其中：所述将结果通过可视化系统输出包括，利用三维图形技术展示山地地形、树木和光伏板的立体布局，为每个光伏板预部署位置标定阴影位置、范围和强度，通过拉拽时间轴获得不同时间段的阴影数据；每个预部署位置标注是否进行最终部署，若确本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述三维地形模型的构建方法包括，利用无人机搭载的多传感器设备进行数据采集，并采用地面或机载激光雷达系统，进行高精度的地形扫描，获取地形高程数据、地形纹理数据、地形坡度与坡向数据、地质结构数据和水文数据；
3.如权利要求2所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述三维树木模型的构建方法包括，利用无人机遥感图像识别和测量树木参数，包括位置数据、高度数据、冠幅数据、树干直径数据、树种数据和生长状态数据；
4.如权利要求3所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述太阳轨迹模拟包括，获取山地光伏电站的精确地理坐标，包括经度、纬度和海拔高度，获取对应地理坐标的天文参数包括太阳的赤纬角和时角，确定模拟的时间范围，开始进行模型；
5.如权利要求4所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述阴影计算包括，根据太阳轨迹曲线，确定特
6.如权利要求5所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述确定光伏板选址与倾角调整角度包括，分析阴影分布图中的阴影强度，确定对光伏板发电具有影响的区域，根据太阳轨迹和阴影动态变化，计算光伏板在不同位置受到阴影遮挡的时长，根据阴影强度和时长，为不同区域的阴影影响分配权重，量化对发电效率的影响，结合阴影分布和光伏板特性，模拟光伏板在不同位置接收到的光照强度，根据光照强度和光伏板的光电转换效率，计算不同位置光伏板的预计发电量；
7.如权利要求6所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述将结果通过可视化系统输出包括，利用三维图形技术展示山地地形、树木和光伏板的立体布局，为每个光伏板预部署位置标定阴影位置、范围和强度，通过拉拽时间轴获得不同时间段的阴影数据；
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的系统，其特征在于：包括模型构建模块(100)、阴影计算模块(200)和阴影评估模块(300)；
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至7中任一项所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的步骤。
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至7中任一项所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述三维地形模型的构建方法包括，利用无人机搭载的多传感器设备进行数据采集，并采用地面或机载激光雷达系统，进行高精度的地形扫描，获取地形高程数据、地形纹理数据、地形坡度与坡向数据、地质结构数据和水文数据；
3.如权利要求2所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述三维树木模型的构建方法包括，利用无人机遥感图像识别和测量树木参数，包括位置数据、高度数据、冠幅数据、树干直径数据、树种数据和生长状态数据；
4.如权利要求3所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述太阳轨迹模拟包括，获取山地光伏电站的精确地理坐标，包括经度、纬度和海拔高度，获取对应地理坐标的天文参数包括太阳的赤纬角和时角，确定模拟的时间范围，开始进行模型；
5.如权利要求4所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法，其特征在于：所述阴影计算包括，根据太阳轨迹曲线，确定特定时间点的太阳位置，从太阳位置向所构建的三维地形模型和三维树木模型发射光线，模拟太阳光线的照射，追踪光线在三维地形模型和三维树木模型上的传播路径，确定光线的遮挡和照射情况；
6.如权利要求5所述的一种山地地形的光伏板选址与倾角选择的优化方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彦芝，刘涛，孟科润，杨少帅，
申请(专利权)人：华能酒泉风电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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