Calculating the shading reduction coefficient of photovoltaic system efficiency using the anisotropic sky scattering model

The front-row shading reduction coefficient is a key parameter used to calculate the system efficiency of a photovoltaic(PV)power station.Based on the Hay anisotropic sky scattering model,the variation rule of solar radiation intensity on the surface of the PV array during the shaded period is simulated,combined with the voltage-current characteristics of the PV modules,and the shadow occlusion operating mode of the PV array is modeled.A method for calculating the loss coefficient of front shadow occlusion based on the division of the PV cell string unit and Hay anisotropic sky scattering model is proposed.This algorithm can accurately evaluate the degree of influence of the PV array layout,wiring mode,array spacing,PV module specifications,and solar radiation on PV power station system efficiency.It provides a basis for optimizing the PV array layout,reducing system loss,and improving PV system efficiency.

基于CBDM的建筑天然光环境研究进展

天然光作为绿色能源,对建筑可持续发展有着重要意义。正确评估建筑自然采光是积极利用天然光的关键因素,而目前的天然采光研究主要以静态计算评估为基础,未考虑天然光的高度动态性以及地域不同对室内采光的影响。因此,基于气候的采光模型(Climate-Based Daylight Modeling,CBDM)对建筑天然采光的适用性应用提出了新的要求。本文回顾了近十年来国内外对CBDM的研究成果,从“量化研究”、“技术应用”、“度量标准”三个方面进行了梳理,总结了基于CBDM的建筑天然光环境研究进展,提出了天然采光的未来发展趋势和需要解决的研究问题。

基于FY-4A和机器学习的太阳辐照度超短期预测

针对中国西部地区辐射资源充沛但观测资料匮乏的特点,提出一种基于辐照度观测数据、遥感数据、McClear和随机森林算法的太阳辐照度超短期预测方法,并重点分析遥感数据对辐照度预测效果的影响。结果表明:添加遥感数据能够优化不同时间步长的辐照度预测效果,并能显著降低平均绝对百分比误差(MAPE)值高于40%的预测大误差出现概率。同时,添加遥感数据对预测效果的提升随时间步长呈线性增加关系,nRMSE的差值变化范围从2.08%变为13.81%;nMAE的差值从1.64%变化为14.52%;R2的差值随时间步长的变化最为明显,从-0.03变为-0.43。但值得注意的是,添加卫星数据会显著增加模型的建立和超参寻优时间。

基于天空检测和超像素分割的图像去雾方法

针对经典图像去雾算法在边缘区域易产生光晕效应、天空等明亮区域还原失真、色调偏移等问题,提出一种基于天空检测和超像素分割的改进暗通道图像去雾新方法(Dark Channel Prior based on Sky Detection and Super Pixel,SSPDCP).首先对雾图采用HSV变换提取亮度分量进行自适应阈值分割;然后应用图像连通分析技术识别天空域;接着利用天空域估计大气光值,针对天空和非天空区域分别建立各自的透射率计算模型,并基于构建的超像素级透射率融合模型获得融合透射率图,以促进边界区域的平滑过渡,采用多尺度引导滤波精化透射率图;最后应用大气散射模型完成图像复原并进行亮度增强处理,实现无雾图像的自然恢复.该方法识别的天空区域较为连续完整,以超像素代替方形窗口可以有效克服局部块效应的影响,大气光值和透射率图估计更为客观准确.从主观定性和客观定量评价方面来看,该方法复原的图像具有整体误差小、信噪比优良、结构相似度高等优势.本文所提出的图像去雾新方法能有效抑制边缘区域的光晕效应,且复原的天空区域明亮自然,图像去雾质量相比现有方法有进一步提升.

基于改进暗通道先验去雾的无人机目标检测研究

图像去雾是图像处理领域的一个重要研究热点。为了解决雾霾天气下图像的去雾与增强问题,提出了一种基于改进暗通道的去雾算法。首先为了使雾霾图像更接近无雾图像,提高图像的清晰度,该算法分别减少雾图像的RGB通道值,并结合每个减少的通道和其他两个先前未减少的通道,使用该图像去雾算法后再对三个新图像加权来恢复图像;为了解决图像天空区域出现颜色失真的问题,设置了一个参数K来分别计算天空区域和非天空区域的透射率;为了解决图像中亮度过暗和增加目标对比度,本文引入CLAHE的方法对图像进行增强处理。实验结果表明:本算法在5张图像的对比度值分别是MDCP和RSD算法的2倍多和3倍多,在5张图像中的信息熵均值为7.5589,均明显优于其余2种算法,并且该算法在雾霾天气下目标检测的平均精度可达73%,相比于未经处理图像前提升了15%,具有一定的可行性。

环境智能控制参数采光系数的建筑模型实验研究

为了丰富室内光环境智能控制参数采光系数的教研平台内容,使用建筑模型探讨模拟实验方法。仿造适用于人工天穹设备使用的多变量采光口结构的建筑模型,从中探究测量人工天穹亮度和建筑模型内照度的实验方法和原理。在建筑模型采光口上沿高度不变的情况下,测得不同窗台高与不同进深位置的采光系数。在该建筑模型及实验方法范围内,获得了一种多模态的可重复性实验的建筑模型,为室内光环境采光系数的模拟测算,以及探究光环境智能控制需求奠定了基础。

考虑太阳辐射的人字闸门温度场仿真及改善

作为露天环境中的大型钢结构,人字闸门在太阳辐射下会形成非均匀时变温度场,使结构产生复杂的温度效应,若工程中不加以重视,可能会出现焊缝开裂、结构失稳等安全问题。对此,通过改变表面涂层,利用有限元软件对比分析结构温度场分布。结果表明,太阳辐射下,闸门面板与顶梁形成多高温区域阵列式分布的温度场,梁系温度整体分布较均匀;表面涂层对闸门温度场影响较大,采用低辐射吸收率的涂层可使闸门各构件温升减小,最高温度可下降约25%;温度场分布得到较大改善,可有效防止闸门应力场与变形场中可能出现的局部应力集中或变形过大现象。

基于晴空指数的南昌地区建筑外墙的传热得热量预测模型

采用数值模拟的方法,以晴空指数为表征室外温度和太阳辐射的参数,研究了夏季不同气象条件下江西南昌地区建筑南墙的传热得热量。结果表明,南墙内表面和外表面的温度随晴空指数的增大而升高,通过单位面积南墙的最大传热得热量以及南墙日得热总量也均随晴空指数的增大而升高,但其增长速率随晴空指数的增大趋于平缓,表明南墙的传热得热量与晴空指数之间为非线性关系。研究结果还显示,用Rational函数拟合晴空指数与南墙的传热得热量之间的关系,拟合方程的决定系数R^(2)在0.99以上,表明该拟合模型可用于预测南昌地区居住建筑南外墙在不同天气状况下的传热得热量。

晴空模型在北方地区的适用性研究——以甘肃、河北部分地区为例

为了研究晴空模型在中国北方地区的适用性,采用北方地区7个站点的逐分钟太阳总辐射数据以及MERRA-2分析数据,选取Reno方法筛选晴空时段,之后选取11个统计量对7个晴空模型的性能进行评估,并采用主成分分析方法对模型进行排名。结果表明:模型综合排名由高到低依次为MAC2、REST2V5、BIRD、INEICHEN、IQBAL-C、sSOLIS、ESRA。Dong MAC2和REST2V5模型计算晴空条件下的太阳辐射准确率较高,在北方地区的适用性较好。

地表太阳辐射短期预测方法研究进展

根据太阳辐射预测使用的数据及预测方法,将目前地表太阳辐射短期预测方法归纳总结为4类:基于地面观测数据预测方法、基于卫星遥感观测预测方法、基于地基云图观测预测方法以及基于数值天气预报模式预测方法。分别阐述4类地表太阳辐射短期预测方法的研究进展,并对不同方法适用性及其优缺点进行评价,最后对未来短期地表太阳辐射预测方法进行展望。

基于无爬坡事件定义标准晴空集的短期光伏功率预测

光伏功率的输出受季节、气象条件及其他因素的影响具有随机性和不确定性,恶劣天气下功率输出具有较强的波动性也加大了预测的难度。提出了一种基于无爬坡事件定义标准晴空集的短期光伏功率预测模型。通过爬坡定义提取一天内均为无爬坡事件的样本点,将其定义为一个标准晴空集,并与历史实际功率做差,得到的差值作为输出目标变量,以数值天气预报作为输入变量,采用长短期记忆模型对差值进行建模预测,最后将标准晴空集与该预测差值做差,间接得到预测的光伏输出功率值。通过对某光伏电站进行仿真,并进行算例对比,所提模型的短期光伏功率预测精度提高了2%~4%,在恶劣天气下,该方法可以将平均绝对误差和均方根误差降低3%左右,验证了所提模型的性能和有效性。

太阳辐射下混凝土箱梁温度场研究

为研究太阳辐射作用下混凝土箱梁温度场的三维分布,基于ASHRAE晴空模型,运用ANSYS软件模拟了太阳辐射作用下某混凝土箱梁的温度场,并分析了风速、大气清洁度、桥梁方位及纬度等参数对混凝土箱梁温度场的影响。研究结果表明:混凝土箱梁的温度计算值与实测数据符合较好,偏差在3℃以内,说明ASHRAE晴空模型能有效地应用于混凝土箱梁的温度场分析;混凝土箱梁的温度梯度在竖向主要集中在梗腋区域,横向集中在底板靠近腹板的区域;当腹板受到太阳直射时,底板端部区域的横向温差较大,因此在设计验算时,对翼缘悬臂相对较短的混凝土箱梁,建议考虑底板横向温差对结构的影响;风速、大气清洁度对混凝土箱梁竖向温差影响较大,而桥梁方位和纬度的影响相对较小。

参考天空亮度分布模型下的建筑采光设计优化

结合观测研究某地区天空亮度分布的方法以及参考天空模型的构建方式,提出了华南区参考天空模型(CSRS),并通过房间内的实地测量验证了该计算模型;然后在华南区夏季光气候条件下以某侧窗采光教室为研究对象提出了基于CSRS的建筑采光优化设计方法;最后针对该案例给出了优化的采光设计方案及量化参数,并说明了其采光效果.结果表明:使用CSRS模型进行采光模拟与分析的结果较CIE标准全云天模型更准确.

拱坝坝面太阳辐射强度计算

本文基于三维拱坝有限元模型,建立了采用ASHRAE晴空模型,利用光线追踪算法准确计算周围地形和自身遮蔽的坝面太阳辐射计算框架。该方法能够准确计算拱坝坝面太阳辐射的不均匀分布,为温度场计算提供准确的边界条件。现场实拍照片与计算瞬时坝面辐射的比较,验证了光线追踪算法的准确性。冬季和夏季日平均太阳辐射计算结果表明,坝面太阳辐射分布随季节变化明显,以某工程为例,冬季左右岸差值可达100W/m2。考虑太阳辐射以后的计算温度场与实测值符合良好,证明该方法可用于工程实际。对计算结果的分析表明,拱坝的日平均太阳辐射主要是太阳直射辐射。坝面辐射分布主要由拱坝朝向决定,辐射强度由坝址纬度和朝向共同作用。

基于ASHRAE晴空模型的日照作用下钢构件的温度场分析

分析钢结构温度效应和确定施工合拢温度关键在于确定温度场的分布。在日照下,由于钢构件的温度场分布非常复杂和不均匀,而难以确定。基于ASHRAE晴空模型,采用ANSYS的APDL语言对箱型钢构件在夏至日日间的温度场进行了数值模拟,模拟中考虑了太阳辐射强度、对流换热系数、构件表面太阳辐射吸收系数等对构件温度场的影响。结果表明:夏至日构件最高温度高达78.411℃,最大升温高达44.803℃;太阳辐射强度、对流换热系数和构件表面太阳辐射吸收系数对日照下的箱型钢构件温度场的影响起主导作用。

大气效果绘制的若干问题研究

大气退化作为户外场景的一个标志成为计算机视觉和计算机图形学领域研究的一个热点和难点.本文对天空模型、色彩的光谱表达和大气退化效果绘制等几个主要问题进行了探讨.天空模型的选取是大气效果绘制的一个重要问题.本文给出了几种典型的天空模型,包括:测量模型,解析模型和直接计算模型;本文还讨论了色彩的光谱表达和转换问题,介绍了具体的转换方法.本文最后提出了一个使用上述天空模型和色彩表达方法的扩展路径跟踪方法,用以对大气效果进行绘制.在实验部分,本文给出了基于解析模型的天空和大气介质存在的场景的绘制效果.

三种标准天空分量叠加的天空亮度模型构建

天空亮度分布是研究建筑采光的基本资料。研究建筑动态采光要求量化年周期内天空亮度动态分布,本课题提出了通过三种标准天空亮度分布模型的分量进行叠加以近似拟合某时刻天空实际亮度分布的构想,并以此为基础建立动态天空亮度模型。本文主要介绍了三种标准天空确立的研究方法、分量叠加方式及该模型校验测试方式。

国际上建筑天然采光研究的新动态

太阳光是随处可以利用的可再生能源,天然采光是建筑可持续发展的重要方面。本文回顾了近年来国际上比较关注的天然采光方面的研究及主要成果,提出了近期的主要研究热点和需要解决的问题。

真实感天空的实时渲染

提出一种实现真实感天空实时渲染的高效方法。首先利用基于分析的天空模型实现天空的光照计算，该模型充分考虑了天空的昼夜变化，并对夜空中特有的各类光源如月球、星体、黄道光和气辉等进行分析；其次通过色调重现实现天空的真实感渲染，通过对暗视效果的模拟进一步提高夜空渲染的真实感；最后给出基于观察窗口的天空几何模型和银河系、星体的渲染方法，并通过图形处理器（GPU）实现上述算法的实时渲染。该方法适用于室外场景的渲染，并已成功应用于某直升机飞行模拟器中。

国内外夜空亮度测量研究进展

对全球夜空亮度测量研究进行了概述;以夜空亮度测量方法为切入点,梳理了夜空发亮研究的发展脉络;通过对夜空亮度测量方法进行分类研究,归纳了夜空发亮研究的三种方法:"数学模型计算法"、"夜空图像利用法"和"仪器测量法";依据对三类测量研究的研究对象、研究过程、研究结论等方面进行对比分析,指出不同测量研究方法的优势与薄弱环节,及其未来发展方向。