太阳能小屋的设计

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1、太阳能小屋的设计摘要针对实现小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，单位发电量的费用尽可能小问题,本论文给出小屋的外表面光伏电池的铺设优化方案，然后计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。对于问题一，我们建立整数规划模型，以各自墙面上光伏电池最大发电量为目标，求解出小屋各面大约需要铺设光伏电池、逆变器的型号及个数，以及它们的连接方式，最后得出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量是460160.0037kWh、经济效益是89946.13158元、投资的回收年限为24年。对于问

2、题二，我们利用铺设光伏电池倾斜角与发电量的关系，建立最佳倾角及朝向模型，比较光伏电池不同倾斜角（变化区间00～900）的年发电总量，解出电池板的最佳倾角为及朝向为正南面。利用问题一的算法解出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量是2503800kWh、经济效益是904160元、投资的回收年限为7年。对于问题三：根据附录7中的小屋建筑要求，重新设计一个太阳能小屋及光伏电池的铺设方案，使其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。经验算，我们对原小屋的构造进行简单改变，即可达要求，并能在较

3、短时间内实现投资成本回收。关键词：最佳倾角；朝向；最大发电量；回收年限；整数规划171问题的重述我国太阳能资源丰富，开发利用的潜力非常大，所以有效利用资源至关重要。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

4、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。为了充分利用绿色资源，我们考虑以下问题：1.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，使得总电量尽可能大的同时成本低。2.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，因此考虑电池板朝向和倾角，选择架空方式安装光伏电池，重新考虑上述问题。3.根据附件给出的小屋建筑要求，为大同市重新设计一个

5、小屋，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问题的分析针对问题一：只考虑小屋贴附安装方式，选定合适的光伏电池组件对小屋部份外表进行铺设，使得小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，且单位发电量的费用尽可能小，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，然后计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。针对问题二：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，所以对于问题二，要在问题一的基

6、础上加多考虑电池板的朝向与倾角的影响因素，然后用架空安装方式，给出光伏电池的安装方案，并求出电池组件数量和容量、电池组的分组阵列，电池组件的连接方式，及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，然后计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。针对问题三：根据附件7给出的小屋建筑要求，为大同市重新设计一个小屋，画出新设计的小屋外形图，并对所设计的小屋外表面进行优化铺设光伏电池，然后给出新设计小屋光伏电池的铺设方案和光伏电池的分组连接方式、所选配的逆变器、计算出小

7、屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。3模型的假设1）假设安装后电池板之间不相互遮光，以及房屋周围没有其他障碍物遮光2）假设连接电池的电线所占的面积忽略不计3）假设全晴天4）假设光伏电池在使用过程中不出现漏电现象175）假设在给建筑物外表面铺设光伏电池时，天气不会发生很大的变化6）假设逆变器的价格在一定时间内不会有大的波动7）假设逆变器摆放在屋内，不占用屋顶面积4符号说明：表示小屋东，南，西，北，顶面的总面积：表示第个类型电池的年总发电量：表示第个类型电池的个数：表示第个类型电

8、池的面积：表示倾斜采光面上的总辐射强度：表示倾斜面上的法向辐射强度：表示地面反辐射到倾斜面上的散射辐射强度：表示地面反射率：表示水平面上的法向辐射强度5模型的建立与求解5.1问题1模型的准备针对问题一要我们只考虑小屋的贴附安装选定光伏电池组件，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，所以主要是对组件以及逆变器的选取。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