[发明专利]一种基于GF7遥感影像的光伏发电潜力与经济性评估方法

说明书

一种基于GF7卫星遥感影像的区域屋顶光伏发电潜力与经济性评估方法，包括建筑物信息提取方法、POA倾斜表面太阳辐照度计算方法、发电量计算方法以及经济性评估方法四个部分组成；使用GF7号卫星遥感图像，通过语义分割网络和归一化数字地表模型提取屋顶面积、方向和倾斜信息，并与倾斜表面太阳辐射量计算方法、光伏系统装机容量与发电量计算方法、以及光伏发电经济性评估方法相结合，建立了针对区域建筑光伏潜力的以净现值、动态回收期和内部收益率作为经济效益评估的完整评估方法，用于对不同类型屋顶的发电潜力和经济性进行评估，为今后通过遥感卫星提取光伏建筑特征并分析建筑光伏的经济性提供技术指导和理论依据。

【技术领域】

本发明属于分布式建筑光伏领域，尤其是GF7号卫星遥感图像技术在建筑物的屋顶信息提取中的应用，特别是一种基于GF7卫星遥感影像的区域屋顶光伏发电潜力与经济性评估方法。

【背景技术】

近年来，光伏发电得到迅猛发展，成本大幅降低，成为推动能源消费清洁化发展、能源供应结构转型的有效手段。根据国际能源署的估计，到2030年光伏发电占全球电力供应的份额将达到16％。中国太阳能资源丰富，近年来光伏装机容量不断上升，近年来中国光伏发电量快速增长，2019年中国光伏发电量达2243亿千瓦时，较2018年增了468亿千瓦时，同比增长26.4％，2020年1-9月中国光伏发电量已完成2005亿千瓦时。2020年，中国政府提出“碳达峰、碳中和”目标，为光伏产业的发展带来了前所未有的机遇。

集中式光伏电站适宜建设在太阳能资源较好的西部、北部地区。分布式光伏发电更加靠近用电侧，因其开发容易且接入灵活，能够就地满足东中部负荷中心用电需求。分布式光伏靠近用电侧，有利于当地光伏发电的消费。然而，在城镇中，由于建筑物和绿化的遮挡，适合安装分布式光伏的区域受到限制。屋顶已成为分布式光伏利用开发的良好载体，有效缓解了土地紧张问题。2021年，国家能源局发布《关于提交全县(区)屋顶分布式光伏发展试点方案的通知》，反映了政府对分布式光伏发展的高度重视。

在屋顶大规模部署光伏可以有效减少碳排放。然而，考虑到太阳能资源以及屋顶资源因地区而异，有必要对屋顶光伏的发电潜力和经济效率进行定量估算，从而为政府和企业制定可行的屋顶光伏发展计划提供数据支持。太阳辐射数据和屋顶信息是估算屋顶光伏发电潜力的基础。太阳辐射可以很容易地从几个气象数据库中获得。屋顶的面积、倾斜度和方向决定了屋顶光伏的装机容量和安装方法，对于评估屋顶光伏潜力是必要的。然而，由于缺乏详细和公开的屋顶数据，提取区域屋顶信息成为一个技术难题。

屋顶信息提取方法可分为三大类，即相关系数法、基于地理信息系统(GIS)数据的方法和基于卫星遥感图像的方法。在相关系数法中，利用屋顶信息与统计数据之间的关系，以较低的计算成本获取屋顶信息。有许多公开的方法利用了相关系数法求取区域的面积。然而，相关系数法更适合于具有完善统计数据的区域，以较低的精度估计大规模区域的光伏潜力。此外，使用相关系数法很难获得屋顶的倾斜和方向信息。

GIS为提取区域屋顶信息提供了更准确的手段。也有不少公开的方法中使用了GIS平台来估算城市环境中的太阳能潜能，并分析了建筑物周围环境对其太阳能潜能的影响。然而，当使用GIS方法估计屋顶光伏发电的潜力时，需要处理大量的三维数据，这是劳动密集型和耗时的。

随着图像识别技术的发展，高分辨率卫星遥感图像可以作为屋顶信息提取的数据源。目前有方法利用了高分辨率卫星遥感图像提取建筑物面积，使用深度学习方法从卫星图像中提取屋顶区域，但未考虑屋顶的差异，也没有考虑屋顶的倾斜和方向。

【发明内容】

本发明的目的在于提出一种基于GF7卫星遥感影像的区域屋顶光伏发电潜力与经济性评估方法，能够克服现有技术的不足，通过人工智能方法提取建筑物屋顶信息，结合当地的太阳辐射数据，计算得到建筑屋顶的光伏发电潜力，并分析开发区域建筑光伏的经济性，该方法简单易行容易实现。