《自动化太阳能收集器安装设计的制作方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动化太阳能收集器安装设计的制作方法（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自动化太阳能收集器安装设计的制作方法专利名称：自动化太阳能收集器安装设计的制作方法自动化太阳能收集器安装设计背景技术：近年来，太阳能已经成为越来越重要的能源。可以通过许多方式来收集并利用太阳能，包括通过使用太阳能收集器，比如使用光伏(PV)模块以及太阳热热电收集器和转换器。这些项目(project)的规模可能变化非常大从独栋住宅房顶到超过一百万PV模块的场地。太阳能发电厂的成本、使用寿命、能量产出和经济价值很大程度上取决于许多复杂并互相关联的参数，包括但不限于i)场所，ii)气候，iii)干扰布局的物理障碍，比如天窗，iv)非物理场地特征，比如地界线缩进或者公共通行区，)会在系统上投下阴影的物
2、理障碍，Vi)设置了重量限制和防火安全保护的地方建筑法规，Vii)环境条件，比如设计风速容限，Viii)可用的安装表面，比如地面、房顶或停车场上方的框架，ix)地方法、国家法和联邦法，X)公共电互联要求，Xi)客户工作场地处已有的电力设备，和Xii)客户的电力或能量成本。设计和分析一个符合这些要求的高效系统的任务可能是复杂、耗时和容易出错的， 并且可能构成太阳能项目开发的主要成本。发明内容本发明公开了一种用于将在物理工作点处的太阳能收集器安装的设计自动化的基于计算机的用户界面。该用户界面可以包括物理工作点的至少一部分的表示。所述表示可以包括一个或多个几何对象，几何对象中的一个或多个可以对应于所
3、述物理工作点处的物理特征、非物理特征或其它特征。该界面还可以包括可操作来将几何对象分类为特定特征类别的一个实例的控件。该特征类别可以是从多个预先存在的特征类中选出的，并且任何特定特征类别可以与物理特征或非物理特征的特性的全部或部分规范(specification) 相关联。所述特性可以是关于太阳能收集器安装设计的那些特性。该界面还可以提供可操作来至少自动地生成用于在所述物理工作点进行安装的太阳能收集器安装设计的控件。可以基本上或完全按照(多个)几何对象、(多个)特征类别、和与其关联的物理特征的特性 (多个)规范中的一个或多个来生成所述设计。本发明还公开了一种用于生成在物理工作点处进行安装的太阳
4、能模块安装布局的系统。该系统可以包括归类构件，该归类构件可操作来将几何对象与属性相关联用于生成太阳能模块安装布局。几何对象可以处在计算机存储器中。几何对象的至少一个可以对应于所述物理工作点处的物理特征或非物理特征。归类构件或分类构件可操作来将一个或多个几何对象与每个几何对象内的太阳能模块布局的工作区相关联。该构件还可以将(除了前面定义的对象之外的)一个或多个几何对象与第二组一个或多个几何对象内的太阳能模块布局的禁止相关联。该系统还可以包括布局构件。该布局构件可以使用平铺，并且可以通过将太阳能模块平铺在至少一个工作区上来生成太阳能模块安装布局。该构件可以随后根据与对象关联的太阳能模块布局的任何禁
5、止来从布局中去除一个或多个平铺的太阳能模块。图1是用于包括房顶、排气扇和管道特征(feature)的太阳能收集器安装的示例工作点的示意性等距示图；图2示意性示出包含图1的安装工作点的直观表示的用户界面，包括对应于房顶、 排气扇和管道特征的几何对象；图3示出图2的用户界面，其中直观表示中的第一几何对象被分类为“房顶”，从而与第一组特征属性和相应的布局约束相关联；图4示出图3的用户界面，其中第二几何对象被分类为具有子类型“排气扇”的“障碍物”，从而与第二组特征属性和相应的布局约束相关联；图5A示出图4的用户界面，其中正在输入用于生成布局的一组示例的设计优选， 包括PV模块类型、定向和起点；图5B示
6、出图5A的用户界面，其中已经通过布局引擎按照输入(例如特征属性、项目属性和设计优选)和布局规则(例如布局约束、环境因素、地方建筑法规等)生成了 PV 模块布局；图6A是示出可以使用实施例的软件创建出PV模块布局(比如图5B所示的布局) 所采用的处理的流程图；图6B示出图5A的用户界面，其中按照图6A的第一轮处理的实施例已经在房顶上平铺了 PV模块布局；图7A示出图5A的用户界面，其中用户已经创建了“工作区”，即工作点内的一个或多个毗邻的子区，图形表示指示了所有者最希望将模块放置在工作点上的哪个地方。该情况例如可能发生在当工作点包含未开发的地区和建筑物然而所有者仅希望将模块放置在该建筑物上的时候
7、；图7B示出图7A的用户界面，其中按照工作区属性、特征属性、布局约束、设计优选和其它布局规则已经生成了 PV模块布局；图8A示出图5A的用户界面，其中已经定义了两个用户创建的靶框(aperture)和相应的用户定义的靶框设计优选；图8B示出图8A的用户界面，其中按照针对每个靶框的靶框设计优选和按照项目属性、特征属性、布局约束和其它布局规则已经生成了 PV模块布局；图9A和图9B是示出可以通过布局引擎按照多用个户定义的靶框(每一个靶框可以包含不同的靶框设计优选)来创建PV模块布局所采用的处理的流程图；图IOA和图IOB示意性示出按照本文的指教在软件应用程序中表示工作点特征和要布置的太阳能收集器的
8、数据的部分分级结构；图11示意性示出包含了异常事件(exception)以及设计者应对这些异常事件会采取的各种机制的列表的用户界面，异常事件包括警告、错误和合约排除项(contract exclusion)；图12是示出用户进行输入以及验证所得布局和生成异常事件可以采用的处理的流程图；图13示出图IOA的项目元素的分级结构，扩展来包括响应于用户对可替代特征属性、设计优选、项目属性等的选择而可能创建的由软件生成的多个版本的布局的部分描绘；图14示意性示出包括了项目设计的版本列表以及用于对版本进行操作的控件的用户界面；图15示意性示出版本概要的一部分；图16A提供了另一个示意性用户界面的屏幕截图，
9、其中用户可以对几何对象分类，并且其中显示可以按照特征属性、项目属性、布局规则和设计优选来生成的PV模块布局；图16B提供了示意性用户界面的一个屏幕截图，其中提供了涉及PV模块的分类和布局的一些功能的工具栏控件；图16C提供了示意性用户界面的一个屏幕截图，其中提供了涉及PV模块的分类和布局的一些功能的菜单控件；图16D提供了示意性用户界面的一个屏幕截图，其中提供了用于访问和修改特征属性、设计优选、和其它用户输入的选项板(palette)控件；和图16E提供了图IOA的示意性用户界面的一个屏幕截图，其中按照用户输入(例如特征属性、项目属性、设计优选)和布局规则(例如布局约束、环境因素、地方建筑法规
10、等)已经生成了 PV模块布局。具体实施例方式计算机辅助设计系统(CAD)已经商业应用了数十年。CAD系统提供了高效的方法来使设计信息的创建、编辑、呈现和检索自动化。已经通过使用“基于知识的”编程技术增强了 CAD系统的能力，从而能够对工程和/或设计规则进行形式化、编码、和执行，来使设计处理的各部分自动化或者检测出潜在的设计错误。基于知识的系统的一个普通示例是建立于大多数商业文字处理器中的语法检查功能，其中英语语法的许多规则已被编码并被自动应用于文本文档来突出显示潜在错误并建议纠正措施。本文描述的系统和方法涉及基于知识的CAD技术在太阳能系统设计的符合大量设计约束(比如本地场所条件、工程规则和建
11、筑法规)的自动化布局、评价和优化方面的应用。优选实施例被实施为对已有CAD系统(比如AutoCAD )的软件定制的集成设置。作为替代，本文描述的系统和方法还可以被实施为全新的独立软件程序。本文描述的本发明的优选实施例提供了用于设计适合安装在给定工作点处的太阳能收集器布局的系统和方法。本实施例可以包括创建和编辑各种数据“对象”以及将这些对象分类成具有伴随属性和布局约束的各种类型的预定义“特征”的系统和方法。特征类或种类可以包括(i)物理工作点特征，比如墙壁、房顶和排气扇，(ii)无形的、非物理工作点特征，比如属性边界、区界、公共通行区、洪泛区(flood plains)、环境敏感区、特殊地震带、
12、公共设施用地(utility easements)，以及(iii)太阳能系统构件和布置。作为分类的一部分，或者除了分类以外，本实施例可以包括用于创建、分配和编辑这些对象的固有和外在属性的系统和方法。固有特征属性包括对象本身固有的属性，比如高度、重量和成本。 外在属性包括对该对象如何与其它对象相互作用的定义。外在属性的一个示例包括“缩进” 规定，其建立了一个对象与任何相邻对象之间的最小距离(缩进量)。例如，在一个特定的法定管辖范围内，不允许将构件布置在属性边界的30英尺以内。使用根据一个实施例的系统，用户可以首先如下创建“属性边界”特征类型用户可以 (i)创建名为“属性边界”的新类型的特征类，(
13、 )将属性边界特征类的直观表示设置为黑色虚线；(iii)定义一个被称为“缩进”的属性并将其分配给“属性边界”特征类，(iv)对该特征类型分配一个默认值，比如30英尺；以及()将该特征类定义存储在特征类数据库中以在特定设计中使用或者用于任何项目设计的一般使用中。接着，设计者可以如下使用预定义的特征类型“属性边界”设计者可以(i)将安装工作点的一个表示创建或导入到一个实施例中，( )将预定义的类型“属性边界”分配给该工作点表示中的一个或多个几何元素(比如一条线)，(iii)接下来按照需要将对象的“缩进”属性的值改变为例如20英尺，以及(iv)命令该实施例生成一个与被标记为“属性边界” 的对象的缩进
14、规定相符合的包括了太阳能收集器布局太阳能系统设计。作为生成太阳能收集器布局的处理的一部分，本发明的一个优选实施例可以提供如下方法和系统，用于(i)创建设计规则，(ii)将这些设计规则应用于上述对象以生成一个或多个太阳能系统设计备选方案，(iii)生成所述一个或多个设计备选方案的物理布局或布置的屏幕表示和/或纸件表示，(iv)生成一个或多个设计的一个或多个版本的概要， 比如零件计数、容量、成本和能量产出，()跟踪异常事件以针对用户顺应性来对设计规则进行软件编码，或者将这样的设计规则手动修改或重载(override)为一种机制以提供对用户的适应性并确保满足客户、工程、法律法规、和制造者的要求，以及
15、(vi)为设计者生成直观信息以使得他们能够实时评估设计备选方案和设计修改方案的相关优点以帮助设计优化。根据一个优选实施例的操作方法包括将描述工作点的信息导入到基于知识的太阳能CAD系统中，或者使用CAD系统来创建该几何描述，(ii)如通过分类或归类那样， 将描述了工作点的相关图形元素的每一个关联成预定义数据对象类型的一个或多个实例 (instance)，并调整它们各自的属性，(iii)指定“工作区”，例如，工作点中可能打算用于项目布局的区域，(iv)选择设计优选，比如太阳能收集器类型和安装尺寸，()根据在工作点的数据表示中定义的特征类别和它们的伴随属性来自动生成设计，(vi)根据一个或多个衡量
16、标准来评价该设计，(vii)生成并比较设计备选方案，(viii)通过设计修改和对备选方案的选择来优化设计，以及(ix)生成设计异常事件(比如合约排除项)的列表。可以通过将工作点表示中的(多个)特定几何对象分类为一个特征类型的实例 (比如“房顶”或“排气扇”)来执行关联。这样的分类可以操作来将几何对象与用于执行自动太阳能系统设计的特定属性和布局约束相关联。也可以定义与工作点属性以及布局约束、设计优选、模块属性和约束、性能目标等有关的附加设计规则和属性。所有这些编码信息都可以被工具用来自动生成符合设计者偏好、项目约束、工程实践、建筑法规等的太阳能模块安装设计，并产生关联的信息，比如布线方案、材料清单、呈现、合约、概要、审计报告、 根据表I的其它可传送信息或输出等。如上所述，通过向设计者提供定义一个或多个特定边界以生成布局的能力，工具还可以提供关于布局生成的控件。用户可以定义一个或多个工作区，工作区可以对应于其范围内可能放置太阳能收集器的边界(其符合其它属性和规则，例如被分类对象的属性)。 通过这种方式，用户例如可以使用工作区来将太阳能收集器模块
