【正文】 ?? ??????? ? ? ??? ? ??? （ ） 式中 ,dr 、 hr 、 a 、 b 為輔助變量 ,z? 為天頂角 ,st 為太陽時(shí) . 太陽時(shí) st 與北京時(shí)間 t 的換算 [1]關(guān)系為 lo c4 (1 2 0 )st t E L? ? ? ? () 轉(zhuǎn)換時(shí)考慮了兩項(xiàng)修正 ,第一項(xiàng) E 是地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)動和轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生的修正 ,時(shí)差 E 以分為單位 ,可按下式計(jì)算 9 . 8 7 s i n 2 7 . 5 3 c o s 1 . 5 s i nE x x x? ? ? () 其中 ( 81)360 364nx ?? () 式中 ,n 為所求日期在一年中的日子數(shù) . （ 2）任意傾斜面上日均太陽能輻射量的計(jì)算模型 根據(jù)天空散射輻射各向異性模型 ,任意傾斜面上日均 得熱量可按下式計(jì)算[1][4][5]. T b b d b d g r( 2 c o s ) / 3 ( ) ( 1 c o s ) / 2H R H H H H? ? ?? ? ? ? ? ? () 式中 , dbT , HHH 分別為傾斜面和水平面上直射、散射日均得熱量； ? 為傾斜面傾角； gr?為地面反射率 . 傾斜面上直射光入射角按下式計(jì)算 [1][7]: c os si n si n c os si n c os si n c osc os c os c os c os c os si n c os c os si nc os si n si n si n? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?????? () 修正因子 bR 理論上可由下式計(jì)算 [1][7]: 1srsssrsssrssb )2)](c o s( c o s)s in( s in)([ ??????? DABCR ?????? （ ） 其中 ??????????????00 s inc o sc o ss ins ins in)c o ss inc o sc o s( s inc o s)c o ss ins inc o s( c o sc o ss ins in?????????????????????DCBA （ ） 式中 ? 為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?； ? 為傾斜面方位角 ； ? 為太陽的赤緯角； ss? 和 sr? 分 別為傾斜面上的日落和日出時(shí)角 ； 0? 為水平面上的日落時(shí)角 . 水平面上的日落時(shí)角和太陽赤緯角分別由下式?jīng)Q定 ??? tantanco s 0 ?? （ ） 11 2842 3 .4 5 sin 2 365 n?? ???? ???? （ ） n 為日序 ,其 取法見 表 . 表 各月 代表日的日序 [1][8] 月 份 各月第 i 天日序的計(jì)算式 各月平均日* 月的日序 年的日序 ** 1 月 i 17 17 2 月 31+i 16 47 3 月 59+i 16 75 4 月 90+i 15 105 5 月 120+i 15 135 6 月 151+i 11 162 7 月 181+i 17 198 8 月 212+i 16 228 9 月 243+i 15 253 10 月 273+i 15 288 11 月 304+i 14 318 12 月 334+i 10 344 注 :* 按某日算出大氣層外的太陽輻射量和該月的日平均值最為接近 ,則將該日定為該月的平均日； **表中的日序沒有考慮閏年 ,對于閏年 3月份之前的 n要加 1. 修正因子 bR 的簡化和傾斜面上時(shí)角的計(jì)算 （ 1）傾斜面處于正南方向 對于傾斜面朝向正南方向放置時(shí) ,方位角 0?? , bR 可簡化為下式 [9]: ?????? ???????? s ins ins inc osc os s in)s in (s inc os)c os ( 00 ssb ? ??????R （ ） 其中 )]t a n)t a n ((c o s,m in [ 10 ????? ???? ?s （ ） （ 2）傾斜面處于非正南方向 對于非正南方向放置的 PV面板 , 0?? ,傾斜面上的日出、日落時(shí)角視具體情況加以討論 [7][9]. (a) 當(dāng) 0?? 時(shí) ,傾斜面上的日出、日落時(shí)角可表述為 ??????????????????)]}1/()1[(c o s,m in {)]}1/()1[(c o s,m in {2122212110ss2122212110srEEEEEEEEEE???? （ ） (b) 當(dāng) 0?? 時(shí) ,傾斜面 上的日出、日落時(shí)角可表述為 ??????????????????)]}1/()1[(c o s,m in {)]}1/()1[(c o s,m in {2122212110ss2122212110srEEEEEEEEEE???? （ ） 其中 12 ?????????????])t a n( s ins in)( t a n[ c o st a n)( t a ns in)t a n( s inc o s112111???????????EE （ ） 然而 ,對于 ?0?? 或 ?0?? 時(shí) , 1E 和 2E 均為無窮大 ,出現(xiàn)奇點(diǎn) ,無法根據(jù)式 ()求出日出、日落時(shí)角 .而且方位角 ? 無論正負(fù)值 ,代入的結(jié)果的是一樣的 ,不必分別加以計(jì)算 .后來 Bushell 提出了解決此問題的方法 ,計(jì)算傾斜面上日出、日落時(shí)角公式改寫為[10]: ???????????????????22110110|])/(s in)/(c o s|,m in [)]/(s in)/(c o s,m in [BAEEAECEAECsrss???? （ ） 根據(jù)以上的不同方位傾斜面太陽輻射量的計(jì)算模型可以通過 0??ddHT 求解出當(dāng)方位角 ?0?? 時(shí)的最佳傾角 o34?? . 太陽能小屋所安裝光伏電池的各面的月平均輻射量 TH 的計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表 表 太陽能小屋所安裝光伏電池的各面的月平均輻射量 TH 月份 屋頂 TH (kWh/㎡天 ) 東立面 TH (kWh/㎡天 ) 南立面 TH (kWh/㎡天 ) 西立面 TH (kWh/㎡天 ) 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 對小屋頂部前傾面架空式布局光伏電池的傾角計(jì)算下 : 太陽能小屋的頂部前傾面相對于水平面的傾角 ? ,? 為小屋的最佳傾角 , ?? 即為光伏電池安放支架與小屋頂部傾斜面之間的夾角。冬天天氣冷 ,除考慮采光條件外 ,還應(yīng)使陽光全部照到室內(nèi) ,如圖 ,假設(shè)小屋前沿高度取 3米。 每個(gè)面的電池和逆變器的價(jià)格分別為 : ii NPP 0i? （ ） jj NPP 0j? （ ） 每個(gè)面上用的成本為 : jik PPP ?? （ ） k=1,2,3,4 分別對應(yīng)頂部前斜面 ,東立面 ,南立面和西立面。 由以上 ()、 ()、 ()聯(lián)立求解得 :n=16（年） 改進(jìn) 模型的評價(jià) （ 1）模型的優(yōu)點(diǎn) 本論文中最大的優(yōu)點(diǎn)是引進(jìn)了一個(gè)用于度量性價(jià)比的新的數(shù)學(xué)量 —— 峰功率密度單價(jià) ,通過這個(gè)量建立了一個(gè)簡單的用于優(yōu)選太陽能小屋各個(gè)鋪設(shè)面上最佳的光伏電池型號及其數(shù)量 .省去了繁瑣的計(jì)算機(jī)編程求解過程 .除此之外 ,還利用了太陽能小屋所安 20 裝光伏電池的各面的月平均輻射量 TH . （ 2）模型的缺點(diǎn) 在本文中不足之處主要有以下幾個(gè)方面 :一是沒有考慮太陽能小屋北立的面鋪設(shè)問題 ,這可能對實(shí)際的能量 產(chǎn)值和投資有一定的偏差；二是對于光伏電池架空式鋪設(shè)的情況 ,本文主要考慮的是太陽能小屋頂部前斜面的情況 ,其它幾面都沒有考慮 ,這與實(shí)際應(yīng)用可能還有一定的距離；三是對于太陽能小屋的建筑設(shè)計(jì)還不夠精細(xì)有待改進(jìn) . 模型的改進(jìn) （ 1）考慮太陽能小屋的各個(gè)面光伏電池的架空式鋪設(shè) 為了能使已經(jīng)建成的太陽能小屋利用光能的效率進(jìn)一步提高 ,重新建立數(shù)學(xué)模型求解更優(yōu)化的在每個(gè)面上的架空式鋪設(shè)方案以及光伏電池和逆變器的搭配方案 . （ 2）考慮地區(qū)氣候與氣象條件 為了使設(shè)計(jì)出來的小屋能更多的利用太陽能 ,考慮地區(qū)氣候與氣象條件對光 伏電池的實(shí)際影響 ,重新建立數(shù)學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)出更接近實(shí)際的太陽能小屋建筑結(jié)構(gòu)圖和光伏電池的鋪設(shè)方案 . 7 參考文獻(xiàn) [1] 張鶴飛 ,俞金娣 ,趙承龍 等 ,太陽能熱利用原理與計(jì)算機(jī)模擬 ,西安 :西北工業(yè)大學(xué)出版社 ,－ 20. [2] Tang RS,Gao WF,Yu YM etc,Optimal tiltangles of allglass evacuated tube solar c