太阳能小屋的优化设计

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1、太阳能小屋的优化设计模型摘要本文首先对所给数据进行初始筛选，计算出电池板的价格，然后将适合每种电池版的有效辐射强度进行年度求和，最后判别出各个墙面的铺设方案。问题一，根据约束条件建立了双目标规划模型，即使小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，并使用Lingo软件进行求解。考虑到逆变器的价格，额定电流以及输入电压范围，选择合适的电池组，得到35年的投入产出比为，回收年限为=8.67年。问题二，参考附录4山西大同典型气象年逐时参数及各方向辐射强度计算出太阳高度角，将顶棚的电池板竖起一个角度，是电池板在辐射强度最大的时候与太阳光垂直，屋

2、顶南面倾角为10.6度，电池板需与水平面的角度为37.5度，则在屋顶上的角度为26.9度，此时顶棚收益为回收年限为8.23年。问题三，设计小屋仍然为长方形小屋，根据第二问的答案，设计屋顶的角度为37.5度，空间最低净空高度距地面高度为2.8m，则屋顶最高处与房檐高度为2.6m，以采光加权面积最大没目标函数，求取最大值，因为不是线性规划采用c++程序进行求解，解得小屋的长为12.872m，宽为5.7489m，此时根据线性规划对铺设方案进行求解，得由此35年的投入产出比为2.1223，回收年限为7.98年。关键词：多目标规划加权平均投入产出比19一、问题重述21

3、世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。由于传统能源(如煤、石油、天然气等)的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构已成为人们关注的焦点。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。因此需要设计太阳能小屋，在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面（屋顶及外墙）铺设光伏电池，光伏电池组件所产生的直流电需要经过逆变器转换成220V交流电才能供家庭使用，并将剩余电量输入电网。不

4、同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别很大，且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受诸多因素的影响，如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安装部位及方式（贴附或架空）等。因此，在太阳能小屋的设计中，研究光伏电池在小屋外表面的优化铺设是很重要的问题。在设计过程中需要解决以下问题：问题1：请根据山西省大同市的气象数据，仅考虑贴附安装方式，选定光伏电池组件，对小屋（见附件2）的部分外表面进行铺设，并根据电池组件分组数量和容量，选配相应的逆变器的容量和数量。问题2：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，请选择架空方式安装光伏电池

5、，重新考虑问题1。问题3：根据附件7给出的小屋建筑要求，请为大同市重新设计一个小屋，要求画出小屋的外形图，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，给出铺设及分组连接方式，选配逆变器，计算相应结果。这三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，使小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，并计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益（当前民用电价按0.5元/kWh计算）及投资的回收年限。19二、模型假设1.假在未来35内，气象情况没有显著变化；2.假设太阳能小屋没有大的破损；3.经济未来35年内经济增长变化不大，可忽略不计；

6、4.不考虑太阳能小房的维护电量；三、问题分析附件3给出了三种类型的光伏电池的组件参数和市场峰瓦价格，因此首先需要求出每种电池的价格和单位价格，峰瓦的单位表示：1瓦/每平方米日照强度下电池所产生的功率因此每块电池的价格为1000*面积/组建功率由此公式计算出各种型号电池的价格和单位价格见表1表1各个太阳能电池板的价格和单位价格产品型号A1A2A3A4A5A6B1B2价格（元）88.4732695.1190.3899.4497.9177.1375.72单位价格（元/㎡）69.3045.8574.5055.1960.8250.5147.1739.06接上表B3B4

7、B5B6B7C1C2C387.5184.7386.6282.2283.4068.6477.7375.6159.5252.0844.6442.3750.0048.0082.7648接上表C4C5C6C7C8C9C10C1182.1373.92132.06132.84131.00130.64116.16112.4453481200120060040040096因为光伏电池组件启动发电时其表面所应接受到的最低辐射量限值，单晶硅和多晶硅电池启动发电的表面总辐射量≥80W/m2、薄膜电池表面总辐射量≥30W/m2，因为辐射强度低于200W/m219时电池转换效率小于转

8、化率的5%，因此对光照强度数据进行以30W，80W，