【正文】 ? 為光伏組件的光電轉換效率 ,? 為逆變器的逆變效率 . 單個光伏陣列年均發(fā)電量 12iiiQ Nq?? () 式中 , iN 為第 i個月 的天數(shù) ,iq 為第 i 個月的月平均日光伏陣列的發(fā)電量 . 將太陽能小屋各個面上安裝的光伏陣列在有效工作壽命年限內的發(fā)電量相加即可得到整個小屋外表面安裝太陽能電池壽命期內的發(fā)電量 . 結合 中所選取的光伏電池的鋪設方案以及相應的逆變器 ,便可以計算出太陽能小屋第一年的年輸出量 . 由此可算出太陽能小屋的頂部前斜面輸出能為表 中所示 . m 15m S㎡ 18 表 太陽能小屋的頂部前斜面各月輸出能 屋頂 月份 有效面積（㎡） Ht(kWh/㎡天 ) 電池效率（ %） 逆變器效率（ %） 天數(shù) 輸出能（ kWh） 一月 % % 31 二月 % % 28 三月 % % 31 四月 % % 30 五月 % % 31 六月 % % 30 七月 % % 31 八月 % % 31 九月 % % 30 十月 % % 31 十一月 % % 30 十二月 % % 31 總計 : 東立面 ,南立面和北立面的各月輸出能統(tǒng)計表分別見附錄中表 4,表 5和表 6. 對四個鋪設面的輸出能求和便得第一年中的小屋總輸出能 . 即 : .k W h 1 3 8 9 4 . 6 4Wh2 3 2 9 . 0 7 4 ) k 4 7 4 . 5 9 2 5 1 5 5 2 . 7 1 7( 9 5 3 8 . 2 6Q ）（????? 根據(jù) ()和 ()式便可求出 35 年壽命期內太陽能小屋的發(fā)電總量 alQ 為 : . 經濟效益分析 按當前民用市電電價 元 /kWh 計算 ,整個太陽能小屋每年可獲得多少元的產值 ,壽命期 35 年內的盈利是多少？ 每一年太陽產生的能量可獲得的總收入 : 0PQPall ? （ ） 其中 ,Q為一年里電池吸收太陽產生的能量總值 , 0P 為民用市電電價。 一年均節(jié)省的運行費（燃燒費）為 : PMA ?? () 其中 P煤的價格即 P=990 元 /噸。 因此得到 : 元1240001 ?P 元342020 ?P k W h4 3 7 6 8 1 . 2k W h 1 3 8 9 4 . 6 4)( 1 0 ）（????????a l lQ 19 元104603 ?P 元462020 ?P 小屋總的用材成本就是各個面上所用成本之和 ,所以 ,由以上各表達式得 : ???41k kPP （ ） 元192860?P 因此 ,每一年的盈利可為 : y allP P P? （ ） 即 : 元50 29 ?yP 所以 35 年來總盈利應為 : yally PP ??35 元17 60 36 ?allyP 投資的回收年限 [13] ? ? 0ln 11ln1IrdAndr????????????????? () r — 年利率； 0I — 系統(tǒng)初投資； A — 年均節(jié)省運行費（燃料費）； d — 通貨膨脹率或折現(xiàn)率 . 年利率 r 可取 5%（ ） ,通貨膨脹率或折現(xiàn)率 d 取 8%（ ）且 PI ?0 。 光伏電池安放支架 小屋頂部傾 面 斜面 ? ? 14 圖 遮陽板與窗戶的設計 tantan21??????HbabaHb?? () 解（ ）得 : a= b= H= 利用余弦定理可計算出遮陽板的寬 c 為 . 根據(jù)建筑節(jié)能要求應滿足窗墻比（開窗面積與所在朝向墻面積的比值）南墻≤ ,可以算出南面開窗的寬度最寬為 3 米 ,屋頂最佳傾角取 34 度 ,則可以算出小屋屋頂最高點距 地面高度為 ,對應屋頂寬度為 東西南北及屋頂?shù)拿娣e均確定 ,由窗墻比的條件可以確定每個面安裝窗戶的最大面積 ,東西南北四個面分別為 ㎡、 ㎡、 ㎡、 ㎡ .忽略墻的厚度 ,我們再考慮窗地比（開窗面積與房間地板面積的比值 ,可不分朝向）≥ 的要求 ,帶入相關數(shù)據(jù)計算得其比值為 ,屋頂可以不考慮安裝窗戶 .背面陽光照射量較少 ,我們考慮把門安裝在北面 ,此時的開窗面積與房間地板面積的比值為 意。 在上述的求解中 ,已經得出當方位角 ?0?? 時的最佳傾角 o34?? ,而 n 1 ??? . 故 : ??? 即 :光伏電池安放支架與小屋頂部傾斜面之間的夾角為 : . 據(jù)此 ,將光伏電池安放的支架設計如下圖 所示 . 13 圖 架空安放光伏電池的支架面 問題 3 的解決方案設計 在太陽能小屋的設計中 ,研究光伏電池在小屋外表面的優(yōu)化鋪設是很重要的問題 .在問題二中我們得出小屋屋頂?shù)淖罴褍A角為 34 度 ,在重新設計小屋時 ,我們把小屋的頂部傾角設計為 34 度 . 據(jù)太陽高度角計算公式 [11] ?????? c o sc o sc o ss ins ins in ????? 其中 , ? ? ? ?度1215 ?? st? [12] ? ? ? ?度?????? ?? 3652842s n?? [12] 式子中 ? 為太陽高度角 ,? 為時角 ,? 為當時的太陽赤緯角 ,? 為當?shù)氐木暥?(大同的緯度為 ),st 為太陽時（單位 :小時） [12],n 為日期序號。 表 光伏電池和逆變器的型號 ,數(shù)量和光伏電池的 ba? 串并方式 頂部前斜面 東立面 南 立面 西立面 光伏電池 型號 B2 B2 A3 B2 數(shù)量 20 6 2 9 聯(lián)接方式 5? 4 3? 2 1? 2 3? 3 逆變器 型號 SN15 SN7 SN3 SN7 數(shù)量 1 1 1 1 根據(jù)上述的分析得到的太陽能小屋各個鋪設面上的最優(yōu)化的光伏電池和逆變器的型號 ,以及光伏電池的數(shù)量和 ba? 串并方式 ,將太陽能小屋各個鋪設面上的光伏電池鋪設布局設計如下 : 8 圖 小屋頂部（前斜面） B2光伏電池鋪設及聯(lián)接圖 圖 小屋東立面 B2光伏電池鋪設及聯(lián)接圖 圖 小屋南立面 A3 光伏電池鋪設及聯(lián)接圖 SN3 A3 SN15 B2 SN7 B2 9 圖 小屋西立面 B2光伏電池鋪設及聯(lián)接圖 問題（ 2）的模型及解決方案 電池板的朝向與傾角均會影響到光伏電池的工作效率 ,基于這兩個因素 ,本文在此提出相應的改進措施 . 不同方位傾斜面太陽輻射量的計算模型 （ 1） 時均太陽輻射模型 水平面上月平均日散射輻射 dH 可由 水平面上月平均日總輻射 hH 折算得出 [1][2]: ? ?0 . 7 5 5 0 . 3 4 7 0 . 5 0 5 0 . 2 6 1 c o s 2 0 . 922d s s thH KH ??????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ???? ? ? ??? ??? ? ? ??? （ ） 其中 , ? ?? ?0000/c o s c o s s in c o s1 3 7 3 1 0 . 0 3 3 c o s 2 / 3 6 5 . 2 5thdays s sK H HHIIn? ? ? ? ? ???????????????? ??? （ ） co s tan tans? ? ??? （ ） 2842 3 .4 5 sin 2365 n?? ???? ???? （ ） 式中 , tK 為大氣透明指數(shù) , 0H 為月平均日地外太陽總輻射 , 0I 為地外太陽輻照度 , day? 為日長 ,? 為地理緯度 , s? 為日落時角 ,n 為日序 . 時均太陽直射 bI 、地面散射輻射 dI 和總輻射 hI 存在下列關系 [2][3]: ? ? / c osd d dh h hb h d zI r HI r HI I I ??????? ??? （ ） 其中 , SN7 B2 10 c o s c o s c o s c o s s i n s i nz? ? ? ? ? ??? （ ） 15( 12)st??? （ ） c os c os24 sin c os( c os )0. 40 9 0. 50 16 sin( / 3 )0. 66 09 0. 47 67 sin( / 3 )sds s shdssrr a b rab???? ? ???????? ?