基于遞歸算法的建筑外表面光伏電池布局優(yōu)化分析與設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)建模論文-預(yù)覽頁
【正文】 點(diǎn)可以不接觸小屋表面。而屋頂作為一 個(gè)斜面，附件中并沒有給出相應(yīng)數(shù)據(jù)，因此需要我們自己進(jìn)行一些處理。 而直接輻射等于法向直接輻射與該時(shí)刻的太陽高度角的正弦值之積。 t bt dt nH H H H? ? ? （ 2） 式中 tH 為 太陽直射輻射強(qiáng)度 為 傾斜面上總輻射強(qiáng)度 ， btH 為 傾斜面上太陽直射輻射強(qiáng)度 ， dtH 為 傾斜面上散射輻射強(qiáng)度 ， rtH 為傾斜面上地面反射輻射強(qiáng)度 。 6 3） 傾斜面上散射輻射強(qiáng)度 dtH 對(duì)于傾斜面上的直射強(qiáng)度和地面反射強(qiáng)度，大多數(shù)的模型的算法都是相同的，唯一不同的就在于散射輻射強(qiáng)度的計(jì)算。 24 ( c o s c o s s i n s i n s i n )180o s c h hH fI ?? ? ? ? ? ???? （ 8） 其中 scI 是太陽常數(shù) 【 2】 ，這里取值 1367W/ 2m ， f 為太陽常數(shù)修正系數(shù) 。這是因?yàn)樵诟郊?4所給數(shù)據(jù)中，水平面總輻射量中沒有給出天空散射的部分，因此在太陽低于地表面時(shí)，總輻射量為正，但法向直射輻射與散射輻射均為 0. 確定最優(yōu)化目標(biāo) 求 最大化總發(fā)電量，同時(shí)最小化每單位發(fā)電量的成本的 多目標(biāo)規(guī)劃 問題 ，有多種解決思路。具體過程見下式： pQY *? ， ACQTC *? 其中 Y為總收入， TC 為總 成本 ， Q 為總發(fā)電量， p為電價(jià)， AC 為每單位發(fā)電量的費(fèi)用。 隔離 篩選 由于在小屋 的 不同表面上，所有型號(hào)的電池都不能進(jìn)行串、并聯(lián)連接 ，即各表面的鋪設(shè)互相沒有影響；而且，我們的最終優(yōu)化目標(biāo)是總利潤。 利用隔離分析法，我們可以首先排除 安裝在 北面墻壁 的情況 。 而且未考慮附件 3中提及的弱光照強(qiáng)度下，光伏電池效率的降低。 因此接下來只需考慮東墻、西墻、南墻和屋頂?shù)碾姵劁佋O(shè)布局。由此，只能選擇 型號(hào)為 SN SN SN SN SN1 SN12 的逆變器，才能保證東墻的總利潤為正。 綜上所述，由于成本大于收入，在之后的優(yōu)化布局的過程中，我們可以不予考慮東墻和北墻。 下表列出 東面、西面、南面與屋頂?shù)呐判蚪Y(jié)果。 算法與編程 如果不考慮門窗等障礙物， 就可以 將光伏電池布局問題歸結(jié)為經(jīng)典的矩形毛 11 料無約束二維剪切排樣問題 【 3】 ：將 LW 切成 m種毛料，第 i 種毛料尺寸為 liw i，價(jià)值為 fi， 1≤i≤m 。 設(shè) 電池板 方向固定，建立遞歸式。 其中對(duì) 電池板 liw i的枚舉順序基于貪心原則，即單位面積的利潤越大，越優(yōu)先枚舉，優(yōu)先排樣。 Step1：令 F(x,y)=0，若 xLmin或 yLmin，則轉(zhuǎn) Step6。 Step5：基于貪心原則嘗試下一塊 電池板 ，其中包括水平放置和豎直放置兩種形態(tài)，轉(zhuǎn) Step2。因此我們需要 采取分割子區(qū)域的方法， 針對(duì)障礙物，對(duì)南墻進(jìn)行分區(qū)，分成三塊子區(qū)域（含圓形窗戶的 灰色 矩形區(qū)、門上的 綠色 矩形區(qū)和含方形窗戶的 藍(lán)色矩形區(qū)） ，再分別運(yùn)用上述算法 ： 圖 1：南墻分區(qū)示意圖 運(yùn)行上述程序。而考慮了逆變器以后，單位面積上的成本就會(huì)增加，而且某些型號(hào)由于功率過小，會(huì)導(dǎo)致逆變器的功率浪費(fèi)，從而間接地增加成本，例如 C6。 本方案的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表： 表 8： 問題一最終經(jīng)濟(jì)效益表 平面 器件型號(hào) 數(shù)量 成本（元） 年收益（元） 南立面 C1 2 C2 8 C10 10 SN11 1 4500 西立面 C1 8 C2 8 C6 4 C8 1 C10 3 SN12 1 6900 SN1 1 2900 屋頂 A3 43 C10 8 SN6 2 30000 SN3 1 4500 總成本（元） 總年收益（元） 35年總收益（元） 231365 35年總利潤 (元 ) 總發(fā)電量（千瓦時(shí)） 每單位發(fā)電量成本（元 /千瓦時(shí)） 回收年限（年） 16 3． 2 問題二 問題 2考慮的是在架空處理下的最優(yōu)化鋪設(shè)問題，此時(shí)我們需要先考慮最優(yōu)傾角和最佳朝向。因此，我們的目標(biāo)就是以傾斜角 s 作為自變量，最大化傾斜面總輻射強(qiáng)度 tH ，然后求出使之達(dá)到最大值時(shí)的 s 的值。 雖然這個(gè)函數(shù)是求最小值的，但是我們可以先將 tH 的表達(dá)式兩邊取負(fù)， 則 此時(shí)它的最小值就是 tH 的最大值 。然后調(diào)用 fminbnd 函數(shù)： x = fminbnd(CUMCM_Q2_bestangle,0,90) 然后得到問題的解： x = 最后即可得到 三種情況的 計(jì)算結(jié)果。 表 9： 三種約束情況下的最佳傾角 PV電池類型 最低輻射強(qiáng)度限值（ W/ 2m ） 最佳傾角（ 176。）時(shí)，光伏電池方陣發(fā)電量最大。 +（當(dāng)?shù)亟?jīng)度 116176。 +(113176。 48′。 但是第二種方式就可以避免這種問題，所有的電池板可以鋪成一個(gè)平面，則在一天中的任何時(shí)候都不會(huì)有陰影產(chǎn)生，同時(shí)，這種架空方式也可以保證每塊板達(dá)到最優(yōu)傾角和最佳朝向 ，而且受光照面積也較大 。 48′，所以電池板陣列東面的支撐桿要稍長于西面的支撐桿，但是由于偏離的角度很小，因此屋頂仍可以看做是一個(gè)矩形，按問題一 中 的遞歸算法進(jìn)行求解。如何既滿足設(shè)計(jì)要求，又能有利于電池板最優(yōu)鋪設(shè)問題的求解，是 十分值得 考慮的問題。 21 具體信息如下： 建筑屋頂最高點(diǎn)距地面高度為 ，滿足 小于 的建筑要求 ，而其傾斜角為 176。對(duì)于一般的矩形毛料無約束二維剪切排樣問題，若毛料的長寬存在適當(dāng)?shù)墓s數(shù)，可以作為邊長對(duì)矩形板材進(jìn)行網(wǎng)格化處理，從而減小數(shù)據(jù)規(guī)模。因此，可引進(jìn)人工智能的思想，使計(jì)算機(jī)程序可根據(jù)板材上障礙物的性質(zhì)模擬人工分區(qū)實(shí)時(shí)更新策略，盡可 能滿足障礙物的約束。內(nèi)部收益率指的是使未來的現(xiàn)金流入的現(xiàn)值等于目前現(xiàn)金流出的折現(xiàn)率，若內(nèi)部收益率大于現(xiàn)行銀行存款利率，則說明該投資的回收期限較短，反之，則說明該投資回收較慢，收益率甚至不 如銀行存款。 【 1】李榮玲， 個(gè)性化的平面太陽能接收器件最優(yōu)安裝角度研究 [D]，東華大學(xué)， 20xx， 14 頁 21 頁 【 2】 禹秉熙，方偉，姚海順等，神舟 3號(hào)飛船上太陽輻射測(cè)量 [J]，空間科學(xué)學(xué)報(bào)， 24（ 2）： . 【 3】 崔耀東，黃健民，張顯全，矩形毛料無約束二維剪切排樣的遞歸算法[J]，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)， 07:948951,20xx 【 4】蘇金明，劉波，張蓮花等， Matlab 工具箱應(yīng)用 [M]，北京：電 子工業(yè)出版社， 20xx， 199 頁 201 頁 【 5】道客巴巴，太陽能板的安裝角度計(jì)算方式， 20xx0909 【 6】百度百科，三次樣條插值， 20xx99 【 7】百度文庫， 數(shù)學(xué)建模競賽中應(yīng)當(dāng)掌握的十類算法 ， 20xx0910 【 8】 David ,Investment Science[M]，北京，中國人民大學(xué)出版社， 20xx， 29 頁 31頁 25 附錄 附錄一：各型號(hào)電池板單位面積利潤 型號(hào) 單位價(jià)格 （元） 南面 利潤（ 元 / 2m ） 北面利潤（ 元 / 2m ） 東面 利潤（ 元 / 2m ） 西面 利潤（ 元 / 2m ） 屋頂利潤 （ 元 / 2m ） A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 附錄三：問題 3 的結(jié)果 26 27
研究報(bào)告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1