(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 202211109987.1 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 杨旭东　职远　孙涛　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 顾鲜红 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06K 9/62(2022.01) F24D 13/00(2006.01) F24D 18/00(2022.01) F24D 101/40(2022.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 光伏采暖系统的设计方法、 装置、 电子设备 及存储介质 (57)摘要 本申请公开了一种光伏采暖系统的设计方 法、 装置、 电子设备及存储介质， 其中， 方法包括： 基于层次聚类的方法， 将历史气象参数根据季节 和天气状况进行分类， 建立气象数据库， 以确定 目标日期的室外逐时温度以及第一逐时辐 照度； 基于坐标分析的方法， 建立太阳的位置坐标函数 以及光伏板法向向量坐标， 计算光伏板表面接收 的第二逐时辐照度； 利用预设等效电路模型， 计 算光伏板的伏 安特性曲线； 进而结合电导增量法 MPPT算法得到光伏板的逐时输出功率并作为热 扰， 结合建筑信息和供暖末端信息， 计算供暖建 筑的逐时室内温度。 由此， 解决了相关技术中， 光 伏发电性能受天气影响， 稳定性不足， 且光伏供 暖系统结构复杂， 仅凭工程经验难以预知其供暖 效果的问题。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 115495895 A 2022.12.20 CN 115495895 A 1.一种光伏采暖系统的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 基于层次聚类的方法， 将历史气象参数根据季节和天气状况进行分类， 建立气象数据 库， 以确定目标日期的室外逐时温度以及第一逐时辐照度； 基于坐标分析的方法， 建立太阳的位置坐标函数以及光伏板法向向量坐标， 以根据太 阳与光伏板的相对位置和所述第一逐时辐照度计算所述光伏板表面接 收的第二逐时辐照 度； 利用预设等效电路模型并结合所述光伏板的第二逐时辐照度、 所述室外逐时温度， 计 算所述光伏板的伏安特性曲线； 在所述伏安特性曲线的基础上， 结合电导增量法MPPT算法得到所述光伏板的逐时输出 功率； 以及 将所述光伏板的逐时输出功率作为热扰， 结合建筑信息和供暖末端信息， 计算供暖建 筑的逐时室内温度。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于层次聚类的方法， 将历史气象参 数根据季节和天气状况进行分类， 建立气象数据库， 以确定目标日期的室外逐时温度以及 第一逐时辐照度， 包括： 基于成员指标、 非成员指标和犹豫指标， 计算矩阵之间欧氏距离的表达式系数的权 重； 根据所述矩阵之间欧氏距离的表达式系数的权重将气象数据分为不同的类别， 并通过 所述目标日期所属的季节以及天气状况从所述气象数据库导出对应的逐时气象参数。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于坐标分析的方法， 建立太阳的位 置坐标函数以及光伏板法向向量坐标， 以根据太阳与光伏板的相对位置和所述第一逐时辐 照度计算所述 光伏板表面接收的第二逐时辐照度， 包括： 以垂直地面方向、 正 东方向、 正 南方向作为 三维坐标轴的方向， 建立 直角坐标系； 在直角坐标系中， 分别建立太阳位置坐标函数以及光伏板表面法向向量坐标， 通过所 述太阳与所述光伏板的相对位置关系得到所述光伏板表面接收到的太阳直射辐射的比例， 并结合所述第一逐时辐照度， 计算所述 光伏板表面接收到的太阳直 射辐射。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述基于坐标分析的方法， 建立太阳的位 置坐标函数以及光伏板法向向量坐标， 以根据太阳与光伏板的相对位置和所述第一逐时辐 照度计算所述 光伏板表面接收的第二逐时辐照度， 还 包括： 根据所述光伏板的安装倾角与所述第一逐时辐照度计算所述光伏板表面接收的天空 散射辐射和地 面反射辐射； 根据所述太阳直射辐射、 所述天空散射辐射和所述地面反射辐射得到实际太阳辐照 度。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述利用预设等效电路模型并结合所述光 伏板的第二逐时辐照度、 所述室外逐时温度， 计算所述 光伏板的伏安特性曲线， 包括： 根据所述室外逐时温度和所述实际太阳辐照度生成光伏板的功率 ‑电压曲线。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述将所述光伏板的逐时输出功率作为热 扰， 结合建筑信息和供暖末端信息， 计算供暖建筑的逐时室内温度， 包括： 利用差分法， 结合所述建筑信息以及所述供暖末端信息进行建筑负荷计算的同时， 将 所述逐时输出功率作为所述热扰进行 供暖建筑的室内温度计算。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495895 A 27.一种光伏采暖系统的设计装置， 其特 征在于， 包括： 确定模块， 用于基于层次聚类的方法， 将历史气象参数根据季节和天气状况进行分类， 建立气象数据库， 以确定目标日期的室外逐时温度以及第一逐时辐照度； 第一计算模块， 用于基于坐标分析的方法， 建立太阳的位置坐标函数以及光伏板法向 向量坐标， 以根据太阳与光伏板的相对位置和所述第一逐时辐照度计算所述光伏板表面接 收的第二逐时辐照度； 第二计算模块， 用于利用预设等效电路模型并结合所述光伏板的第二逐时辐照度、 所 述室外逐时温度， 计算所述 光伏板的伏安特性曲线； 第三计算模块， 用于在所述伏安特性曲线 的基础上， 结合电导增量法MPPT算法得到所 述光伏板的逐时输出功率； 以及 第四计算模块， 用于将所述光伏板的逐时输出功率作为热扰， 结合建筑信息和供暖末 端信息， 计算供暖建筑的逐时室内温度。 8.根据权利要求7 所述的装置， 其特 征在于， 所述确定模块包括： 第一计算单元， 用于基于成员指标、 非成员指标和犹豫指标， 计算矩阵之间欧氏距离的 表达式系数的权 重； 导出单元， 用于根据 所述矩阵之间欧氏距离的表达 式系数的权重将气象数据分为不同 的类别， 并通过所述目标日期所属的季节以及天气 状况从所述气象数据库导出对应的逐时 气象参数。 9.根据权利要求7 所述的装置， 其特 征在于， 所述第一计算模块包括： 坐标系建立单元， 用于以垂直地面方向、 正东方向、 正南方向作为三维坐标轴的方向， 建立直角坐标系； 第二计算单元， 用于在直角坐标系中， 分别建立太阳位置坐标函数以及光伏板表面法 向向量坐标， 通过所述太阳与所述光伏板的相对位置关系得到所述光伏板表面接收到的太 阳直射辐 射的比例， 并结合所述第一逐时辐照度， 计算所述光伏板表面接 收到的太阳直射 辐射。 10.根据权利要求9所述的装置， 其特 征在于， 所述第一计算模块还 包括： 第三计算单元， 用于根据所述光伏板的安装倾角与所述第 一逐时辐照度计算所述光伏 板表面接收的天空散射辐射和地 面反射辐射； 第四计算单元， 用于根据所述太阳直射辐射、 所述天空散射辐射和所述地面反射辐射 得到实际太阳辐照度。 11.根据权利要求10所述的装置， 其特 征在于， 所述第二计算模块包括： 生成单元， 用于根据所述室外逐时温度和所述实 际太阳辐照度生成光伏板的功率 ‑电 压曲线。 12.根据权利要求7 所述的装置， 其特 征在于， 所述第四计算模块包括： 第五计算单元， 用于利用差分法， 结合所述建筑信息以及所述供暖末端信息进行建筑 负荷计算的同时， 将所述逐时输出功率作为所述热扰进行 供暖建筑的室内温度计算。 13.一种电子设备， 其特征在于， 包括： 存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所 述处理器上运行的计算机程序， 所述处理器执行所述程序， 以实现如权利要求 1‑6任一项所 述的光伏采暖系统的设计方法。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495895 A 3