太阳能小屋优化设计

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1、太阳能小屋优化设计摘要随着人类对自然探索的不断深入，对能源的需求不断增加，太阳能以其安全、节能、环保、经济的优点博得研究者的青睐。本文对不同情况下小屋屋顶及外墙表面铺设光伏电池的方案进行讨论。针对问题1---贴附铺设，考虑到吸收阳光辐射时直射辐射以及散射辐射的不同状态，因希望使小屋全年发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，此模型可直接表示为双目标规划模型。由于双目标规划复杂难解，因而根据成本—收入—利润模型，将其转化为使利润最大化的单目标规划模型。对于每个墙面和屋顶，通过启发式算法进行电池性能的评价，按优劣排序，采用模糊规划，作出铺设电池的初步判断

2、。其次，以光伏电池每平方米利润最大为目标采用贪心算法选择需要铺设的电池，并配合矩形排样中最低轮廓线法对光伏电池的安放进行优化，从而得到利润最大的组合。最后利用多维线性规划对逆变器进行选择，根据逆变器情况进行分组，通过成本—收入—利润模型对选配逆变器之后的最终利润进行进一步优化。结果发现对于东立面、北立面和北屋顶，利润为负值，无法回收成本，故只铺设南立面、西立面和南面屋顶。计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量为432462.6，经济效益（利润）为50973.7元，26年可以收回成本。针对问题2---架空铺设，对于东、西、南、北四个立面而言，当对光伏电池

3、进行倾斜架空时，电池之间会产生相互遮挡，利润提高不明显，故不对四个立面铺设，只对南面屋顶进行架空铺设。通过分析计算可知，正南面阳光辐射所得利润最高，所以对于南面顶不考虑改变朝向的问题，只考虑最佳倾角。根据极值定理可求得最佳倾角为，并对其进行误差分析，发现计算结果与2009年实际统计结果相比误差约为7.5%，所以最佳倾角数值可信。计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量为589136.37，经济效益（利润）为77942.6元，24年可以收回成本。针对问题3---太阳能小屋的设计，综合问题1与问题2的讨论结果，将南面屋顶最大化，并将窗户和门都安装于北立面和东

4、立面。由此可算小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量为556943.8，经济效益（利润）为89809.9元，23年可以收回成本。本文全面地分析了影响电池发电量的各种因素，根据不同目标，建立了规划模型，使得小屋的全年太阳能光伏电池发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，得到了较好的太阳能小屋外表面光伏电池的铺设方案。关键字：多目标规划；单目标规划；矩形排样；优化模型281.问题重述在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面铺设光伏电池，光伏电池组件所发电能需经过逆变器转换以供自用并将剩余量输入电网。各种光伏电池的每峰瓦价格差别很大，且每峰瓦的实际发电效率受太阳

5、辐射强度、光线入射角、安装部位及方式（贴附或架空）等许多因素影响。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，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

6、接方式，选配逆变器，计算相应结果。请参考附件提供的信息，对上述三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，使：(一)小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大；(二)单位发电量的费用尽可能小；并且，(三)计算小屋光伏电池寿命期内的1)发电总量、2)经济效益及3)投资回收年限。2.模型假设与符号说明2.1模型的假设假设：1.来自天空各个方向的光辐射强度是相等的；2.小屋各个表面都能够铺设太阳能电池；3.逆变器放置于房屋内部，不占用房顶空间；4.处于空旷的平地表面，不考虑周围建筑物的反射；5.不考虑光伏电池之间厚度的差距，只考虑其长度和宽度；6.未来35年电价保

7、持不变；7.电池组件可以保证系统正常运转35年。此假设非常重要，因为根据市场调查知，附件3中C组（薄膜）电池稳定性差，实际使用寿命非常短，如缺少这个不合实际的假设，按照题意，C组的所有电池都无法选用；8.小屋发的电全部被以市场电价卖出成为收益。2.2符号说明28：某一时刻斜面的散射辐射强度；：一年内斜面的散射辐射强度；：某一时刻斜面的直射辐射强度；：一年内斜面的直射辐射强度；：某一时刻斜面的总辐射强度；：某一时刻法向直射辐射强度；：某一时刻水平面散射辐射强度；：阳高度角；：太阳入射角；：当地地理纬度；：赤纬角；：时角；：斜面倾角；：每种电池板的价格；：每峰

8、瓦价格；：电池板组件功率；：35年内每块电池板的产值；：35年内一