太阳能小屋外表面电池组件优化铺设毕业论文

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1、太阳能小屋外表面电池组件优化铺设毕业论文摘要本文探讨了太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的问题，并在此基础上给出了太阳能小屋的改进方案。针对问题一，本文首先计算了屋顶的太阳能辐射总量（见表1），在考虑小屋全年光伏电池发电总量最大、单位发电量费用最小的基础上建立了贴附式电池组件安装收益规划模型，对小屋屋顶和南面进行了部分铺设，得到了小屋表面电池板铺设方案（见表3，图2，图4）和逆变器的选择方案（见表6，图3，图5），并计算出了在当前方案下小屋的发电总量为1052097.37kw·h，经济总收益为315451

2、元，回收成本年限为７年。针对问题二，本文首先分析了太阳辐射量与倾斜面的方位角和倾角的关系，并建立了相应的模型，通过计算得到了小屋顶面和南墙电池组件的最佳倾斜角为37.3°（相对于水平面），方位角为０°。在问题一模型的基础上建立了改进的架空式电池组件安装收益规划模型，进而得到了小屋表面电池组件的铺设方案（见表8，图8）和逆变器的选用方案（见表9，图9），此时小屋的发电总量为1168997，经济总收益372263元，回收年限为7年。针对问题三，本文根据小屋的建筑要求及问题一、二中的结论，制定了小屋设计原则，

3、重新构建了小屋（见图10至图14），并给出了改进后小屋的电池板铺设方案和逆变器的选择方案（图15至图18）。最后，本文对所建模型的优点和缺点进行了客观的评价，认为本文研究的结果在实际应用中有很好的参考价值。关键词：多目标规划，最佳倾斜角，太阳辐射总量，收益规划模型251.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

4、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。附件1-7提供了相关信息。请参考附件提供的数据，对下列三个问题，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。在求解每个问题时

5、，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组阵列容量及选配逆变器规格列表。在同一表面采用两种或两种以上类型的光伏电池组件时，同一型号的电池板可串联，而不同型号的电池板不可串联。在不同表面上，即使是相同型号的电池也不能进行串、并联连接。应注意分组连接方式及逆变器的选配。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

6、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，给出铺设及分组连接方式，选配逆变器，计算相应结果。2.模型假设1、假设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；2、假设只允许同型号的光伏组件进行串联，不同平面上的任何电池板不能相联；3、假设并联的光伏组件端电压相差不应超过1

7、0%；4、假设本题所研究时间段内没有阴雨天气；5、假设小屋光伏电池在35年寿命期内不会有任何损坏。3.问题分析3.1问题一分析本题只考虑贴附安装方式，由题目可知在选择安装太阳能电池板时，要考虑如何安装才能使得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，因此在解决本题时我们需要列出只安装电池板时，发电量最大而费用最少的目标函数，并将发电量最大转化为收益最大，从而将多目标函数转化为单目标函数，建立优化模型解决。25通过运用lingo11.0软件计算出只安装电池板的收益后，可将安装后亏损

8、的面剔除，对剩余的面加上逆变器进行分析最终解决安装方案。3.2问题二分析众所周知，地球的“自转”形成昼夜的变化，地球的“公转”形成四季的变化。地球的“自转”与“公转”的运动使得房屋的不同面在不同的时间分别受到相应的辐射量，而本题就是希望最大效率的吸收太阳辐射量。由于在光伏发电系统的研究中，往往利用每小时平均光强和每小时平均温度等气象数据计算光伏阵列每小时的发电量。由于电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，因此本题在问题一的基础上采