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摘要本文针对太阳能小屋的设计的问题，在大同市典型气象年数据还有各类电池和逆变器的参数的基础上，首先，对于以贴附安装方式安装光伏电池的问题，以年发电量最大及电池板的成本最低为目标建立了双目标规划模型，得出对仅考虑贴附安装太阳能电池板的方式下，选用A3型号的电池板43个，在选定电池板的前提下，选择性价比最高的逆变器SN12，算出35年总发电量为567179.5kw，总收入为144229.75元，收回成本需30年，并给出了相应的电池板铺设方案.其次，对于以架空方式安装光伏电池的问题，建立了关

2、于朝向与倾角的基于日照量及太阳高度角等参数的优化模型，经计算得出最佳朝向为正南，最佳倾斜角为45度；并建立了以电池板安装间距为参数的双目标规划模型，选出使用20个B3型电池板，在此基础上再选出性价比最高的SN11逆变器一个，得出总发电量为420210.3kw，总收入153105.15元，收回成本需19年.最后，在太阳能小屋的设计问题上，考虑到美观性及屋顶面积尽量大等条件，认为以架空方式安装光伏电池板较优.并在模型二的基础上计算出选用30个B3型电池板和SN11逆变器，进而算出总发电量630315.45kw

3、，总收入231907.73元，收回成本需18年.关键词：多目标规划；光伏电池；逆变器181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

4、面的优化铺设是很重要的问题.本文给出了一系列数据，要求我们解决以下问题：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.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1.3.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

5、果.2模型假设及符号约定2.1模型的假设(1)忽略太阳能电池之间的连接间隔；(2)忽略太阳能电池的厚度；(3)太阳能电池板的寿命符合预期；(4)太阳能电池和逆变器连接不发生漏电.2.2符号的约定：为阵列正向与正南向的夹角；B：分别为两地逐月数据；18H：太阳时角；H1：为日出时间对应的太阳时角；H2：为日落时间对应的太阳角；：水平面上的太阳辐射总量；：水平面上的太阳直接辐射量；：水平面上的太阳散辐射量；：直接辐射分量；：为倾斜面上的直接辐射分量与水平面上直接辐射分量的比值；：为当地纬度；：太阳赤纬；：水平

6、面上日落时角；：倾斜面上日落时角；：斜面上太阳总辐射量；：为地面反射率；：第i种型号电池板在间距d下的阴影面积比；:为第i种型号电池板在间距d下的年均阴影长度；3问题分析3.1问题一的分析问题一是要我们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.这个问题我们可以先决定好小屋外表要铺设哪种电池且其相对应的数量，再来考虑逆变器的选择，而安装的个数主要由墙的面积来决定，选择的类型则主要由发电量来决定，这

7、样我们就可以建立一个多目标规划来解决这个问题了.3.2问题二的分析因为电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，所以我们应先考虑电池板朝向与倾角的选择.选择好电池板的朝向和倾角后，根据水平面上太阳的辐射量的有关数据求出斜面上的太阳辐射量，再对采用架空方式安装的电池板进行优化铺设.3.3问题三的分析18由于小屋最终是要来居住的，所以我们要尽量建的美观以及与我们实际的大小类似，其次为了有发展前景，所以我们还要考虑收益尽量大发电量也尽量大.因此我们可以利用模型一和模型二算出的结果来参考.4模型的建立与求解

8、4.1问题一模型的建立由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长.利用太阳光发电就是一种使用太阳能的方式，可是目前建设一个太阳能发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池组件的费用大约为60～70％，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题.第一个问题我们首先讨论选取太阳能电池方阵及其平铺方式.由于太阳能电池方阵的铺设问题和