研究目的
开发并验证一种高分辨率建筑光伏一体化（BIPV）建模与优化方法，该方法能应对复杂几何结构、非均匀辐照及局部阴影问题，从而在城市环境中实现能源产量的最大化与损耗的最小化。
研究成果
所提出的方法通过遗传算法和高分辨率模拟有效优化了光伏建筑一体化（BIPV）系统，将失配损耗降至最低。纵向电池排列方式比正交排列方式性能高出多达8%，而旁路二极管效益有限。该方法已在多种条件下得到验证，并应用于案例研究，显示出对城市BIPV设计的实际适用性。
研究不足
弦布局优化的简化模拟可改进以纳入更多损耗类型。遗传优化不能保证全局最优解。尚未进行建筑尺度验证。系统成本与经济性未予考虑。安装方式对温度的影响被忽略。逆变器效率被假定为恒定值，此为简化处理。
1：实验设计与方法选择：
该方法采用参数化三维建模工具（Rhino/Grasshopper），结合高分辨率光线追踪辐照度模拟（Daysim）以及基于子电池级单二极管模型的电学模型，使用遗传算法优化电气连接方式。
2：样本选择与数据来源：
通过不同遮阴和曲率条件下的薄膜CIGS组件（MiaSolé Flex01 70N和Flex-03N）进行验证，气象数据源自EPW文件和瑞士气象局（MeteoSwiss）。
3：实验设备与材料清单：
设备包括辐照度测量用的总辐射表、IV曲线测量装置，以及Rhino/Grasshopper、Daysim、Python和PV Lib工具箱等计算工具；材料为具有特定参数的CIGS组件。
4：实验流程与操作步骤：
工作流程包含几何定义、辐照度模拟、采用遗传算法的串布局优化及高分辨率电学模拟，验证环节通过测量IV曲线并与模拟结果对比。
5：数据分析方法：
采用均方根误差（RMSE）进行验证，计算性能比，并开展细分损失分析（如入射角损失、温度损失、失配损失）。
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Rhino
McNeel
Parametric 3D modeling tool for geometry definition and module placement.
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Grasshopper
McNeel
Visual programming language integrated with Rhino for parametric design.
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Daysim
NING
Radiance-based ray-tracing tool for high-resolution irradiance simulation.
-
Python
Python Software Foundation
Programming language used for process interconnection, optimization, and data analysis.
-
PV Lib toolbox
GitHub
Python module for photovoltaic performance modeling, including parameter transformation and IV-curve calculation.
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DEAP module
DEAP
Evolutionary algorithms framework used for genetic optimization in Python.
-
System Advisor Model
SAM
National Renewable Energy Laboratory (NREL)
Software for photovoltaic system performance modeling and database access for module parameters.
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MiaSolé Flex01 70N
Flex01 70N
MiaSolé
Thin-film CIGS photovoltaic module used for experimental validation under partial shading and curvature conditions.
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MiaSolé Flex-03N
Flex-03N
MiaSolé
Thin-film CIGS photovoltaic module used in case study for performance analysis.
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Sunny Boy 240
Sunny Boy 240
SMA
Microinverter used for DC to AC conversion in module-level MPPT configurations.
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Sunny Tripower 6000TL
Sunny Tripower 6000TL
SMA
String inverter used for DC to AC conversion.
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Sunny Tripower 9000TL
Sunny Tripower 9000TL
SMA
Central inverter used for DC to AC conversion in series-parallel configurations.
-
Pyranometer
Instrument for measuring solar irradiance during experimental validation.
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