太阳能小屋设计论文

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1、承诺书我们仔细阅读了中国人学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在止文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如冇违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会,可将

2、我们的论文以任何形式进行公开展示(包括进行网上公示,在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等)。我们参赛选择的题号是(从A/B/C/D中选择一项填写):B我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话人所屈学校(请填写完整的全名):河南理工大学参赛队员(打卬并签名):1.2.3.指导教师或指导教师组负责人(打印并签名):日期:2012年9刀10日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):编号专用页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):赛区评阅记录(可供赛区评阅吋使用):评阅人评分rroroo

3、ro备注Oooooo全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):关于太阳能小屋的研究与设计摘要本文主要研究的是太阳能电池板在小屋表面的铺设问题,包括其位置、型号以及安置方式等。在分析问题时,我们发现:不同墙面的辐射量存在明显差别,不同类型的太阳能电池在其性能上也相差甚远。因此,分析每种电池特性变成了解决问题的关键。对于问题一,首先我们考虑了小屋四个而及顶而的辐射总量,因顶而与四个而所受辐射种类不同,故我们分组讨论,先对四个面分析,并得出从大到小的顺序为南,

4、西,东,北。对于顶面,由于受多种辐射种类的影响,我们采用经典的晴天模型进行分析计算出该面上的辐射总量;其次,我们计算出不同型号电池在各个面上的光伏特性,比较得出不同型号电池在光电转化上差异相当明显,考虑到其尺寸的特殊性,我们采取层次分析法來选择电池,根据题设我们设计出一个评价标准以其大小來衡量该选用哪类电池;再根据墙而与电池尺寸的匹配情况,最终确定电池种类及数量,由于技术条件的限制,排铺设计我们釆用人工铺排的方法,列出多种方案择优选取。根据各而电池种类和数量最终计算出总发电量438502.0493R

5、W/、经济效益61606.955元和冋报年限24年。对于问题二,考虑到斜面倾角问题,我们选取最佳倾角以使光照充分利用,即使在其面上的辐射量最大。根据问题一的求解过程,平面上所受太阳辐射量的大小由赤纬角⑵、斜面方位角了、斜面倾角0以及倾斜面上日出13落时角©,、©『有关。在分析研究问题时,我们采用简单便利的Hay模型,理论上,可从公式的转换中求岀最佳斜面倾角,但实际小公式小的数学关系I•分复朵,根据计算可知在冬半年小,太阳赤纬角为负值,即表明倾斜面上的FI岀时角与水平面上FI岀时角相等,这是就可以直接

6、导岀最佳倾角的数学表达式,求出结果。在实际操作时,考虑到公式的复杂性,以及其局限性(夏半年以及偏离赤道面的最优倾角无法直接由公式直接得到),故在实际计算中,我们Hay模型为理论指导,采用计算机逐级逼近的方法,用Matlab程序来找出其最佳倾角0。对于问题三,研究太阳能小屋的设计问题,我们从问题的结论出发,根据问题一、二的结论,先计算出能使各面太阳能辐射量得到最大利用的电池组合,再根据房屋的设计要求来局部调整电池组合,确定了电池组合后,便能得出小屋的设计方案来。最后,本文将所得出的模型结论与所查询的实

7、际情况相对比,得岀问题的结论符合实际要求,我们根据实际情况,最模型做了进一步的修改与优化。关键字:光伏特性层次分析法晴天模型Hay模型逐级逼近法一、问题重述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,光伏电池组件所产牛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,并将剩余电量输入屯网。不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别很人,且每峰瓦的实际发电效率或发屯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

8、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。请参考附件提供的数据,对下列三个问题,分别给岀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。在求解每个问题时,都要求配有图示,给出小屋各外表面电池组件铺设分组阵列图形及组件连接方式(串、并联)示意图,也要给出电池组件分

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