【文章內(nèi)容簡介】 5 年后能獲得的利潤如下表 2 所示： 表 2 35 年后每個鋪設面的所得利潤表 鋪設面 采用的單一光伏電池型號 所得利潤 東面 墻 B3 kk dbmW ????? 9 7 西面 墻 B3 kk dbmW ????? 8 北面 墻 C6 kk dbmW ????? 南屋頂 A1 kk dbmW ???? 9 3 0 北屋頂 C1 kk dbmW ???? 4 3 8 圖 2 算法流程圖 開始 盈利 是 否 輸入電池型號 是 否 逐一增加電池數(shù)目 此時電池的選擇小于墻體面積 根據(jù)條件選擇合適的逆變器 選擇虧損最小的方案 是 否 確定光伏陣列的連接方式 輸出最佳方案 結束 9 由表 2 中的所得利潤可以看出東面、西面和北面墻的情況與南面墻相同，即只要鋪設光伏電池就會虧損；而南屋頂 和 北屋頂?shù)那闆r卻是只要逆變器選配合理就能夠盈利。所以可以總結如下： 1. 側面墻可以選擇不進行鋪設光伏電池，若要追求發(fā)電總量盡量大，則可以在盡量不虧損的前提下選用性價比高且價格低的光伏電池和逆變器進行鋪設。 2. 屋頂應盡量鋪設性價比高且高效的光伏電池，而且應該充分利用屋頂?shù)拿娣e多鋪設光伏電池。 3. 逆變器的選擇要盡可能使總費用 最小，即盡量使 kk db? 的乘積最小 。 為此可以采用如下算法實現(xiàn)光伏電池和逆變器的最優(yōu)化選擇。 表 3 電池組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格 鋪設面 電池組件型號 電池組件數(shù)量（個） 逆變器規(guī)格 逆變器數(shù)量（臺） 東面墻 C6 224 SN4 1 西面墻 C6 244 SN4 1 南面墻 C6 71 SN1 1 北面墻 C6 228 SN4 1 南屋頂 A1 40 SN17 1 北屋頂 C1 8 SN12 1 由此得到 小屋各外表面電池組件鋪設分組陣列圖形及組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖 部分 如下 （其他分組陣列及組件連接圖見附錄一） ： 南屋頂?shù)姆纸M陣列連接圖： 南屋頂?shù)墓夥嚵羞B接圖： 5 組 SN15 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 SN14 3 組 10 表 4 35 年 的發(fā)電總量 與 經(jīng)濟效益 鋪設的總費用 （元） 發(fā)電總量（ KWh） 年收入 （元） 總收入 （元） 利潤 （元） 東面墻 西面墻 11401 南面墻 北面墻 南屋頂 162950 北屋頂 10740 總計 由表中數(shù)據(jù)可知，總的鋪設費用為 元， 總發(fā)電量為 ,此時的單位發(fā)電量的費用 為 元 /KWh， 35 后可獲得的利潤為 元，開始 每 年 的收入為 元，由此可列方程求出 投資的回收年限 為 26 年。 同時可以看出為了發(fā)電總量盡可能大，東、西、南、北四個墻面均鋪設了光伏電池，但 35 年后仍沒有回收成本 。 因此， 若不追求發(fā)電數(shù)量， 為盡量減少鋪設費，可以在四面墻上少安裝或不安 裝光伏電池，而在屋頂多安裝光伏電池，以獲得更大的利潤。 如果選擇只在屋頂鋪設，則 35 年壽命期內(nèi)的 發(fā)電總量 最大為 ，單位發(fā)電量的最小費用為 元 /KMh,可獲最大利潤為 元， 投資的回收年限 是 23 年。 5． 2 問題 2 模型的建立與求解 因為 電池板的朝向與傾角均會影響到光伏電池的工作效率 ，所以若選擇架空方式安裝光伏電池，則應考慮適當調(diào)整 電池板的朝向與傾角 ，使其能夠最大限度的利用輻射能量，進而最大效率的提高發(fā)電量。 光伏 電池板 傾角 的選擇 由模型準備中的式（ 1） — （ 8） 可以得到 傾斜平面上的太陽總輻射強度 ?I ： 天窗 11 ? ? ? ? ? ?????? c o o i n ?????? HdHDN IIII （ 25） 可以看出 ?I 只是 ? 函數(shù) ? ??? fI ? ， 由下圖 3 ? ??? fI ? 的曲線關系圖可以看出 ?I 是 關于傾角 ? 的 單峰值函數(shù) 。 0 0 . 5 1 1 . 5450500550600650700750800850斜面傾角（弧度）太陽輻射強度（w/m2） 圖 3 太陽 輻射強度與斜面傾角關系圖 而電池板傾角是根據(jù)電池板在傾斜水平面上所能得到的最大的太陽輻射強度確定的， 即 ? 取 ?I 得最大值時所對應的角度。因此可以在 12 個月份里的同一天中取太陽高度角 0?? 的所有時刻在斜面太陽輻射強度的均值，分別求出 12 個月對應太陽輻射強度的斜面傾角（如表所示）： 表 5 太陽輻射強度的斜面傾角 月份 對應傾角（弧度） 對應斜面的太陽輻射強度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 874 10 11 550 12 再 對這 12 個傾角取均值，即為 兼顧全年斜面獲取最大太陽輻射強度 最佳傾角 ，求得結果為 ?2 6 1 ?? ??i i??。 12 光伏電池板 朝向 角的選擇 對于地球表面某點來說，太陽的空間位置可以用太陽高度角和太陽方位角來確定，如圖所示： 圖 4 太陽高度角是地球表面某點和太陽的連線與地平面之間的交角， 可以根據(jù)式（ 26）求得太陽方位角 ? 。 太陽方位角 A 是太陽至地面上給定點連線在地面上的投影與北向的夾角，對于傾斜角為 ? 的斜面，陽光入射 角為 i ，這三個角的空間關系可以從圖（ 5）得到，如式（ 5）所示。 圖 5 ?? ??? co sco s s ins ins inco s ? ???A （ 26） )c os (c oss ins inc osc os ?????? ???i （ 27） 再利用 ?? ??? ?90i ，可以得到： 0180 ??? ?A? （ 28） 再上式中， ? 為光伏電池的轉向角。由于陽光照射到光伏電池的角度隨日照時間的不同而變化，因此太陽輻射強度也隨著光伏電池板朝向的不同而有所差別。為了使光伏i ? ? 北 天頂 南 傾斜面法線 z ? A??180 南向 13 電池板正對全年太陽輻射量最大時的方向，可以選取 12 個月的同一天代表該月的太陽輻射情況（如可以同時選取每月的 15 日，若該日太陽輻射強度明顯異常，可選取與其相鄰的一天代表該月的太陽輻射情況）。再選取該日太陽輻射強度最大時對應的時角、赤緯角和太陽高度角，求得相應的光伏電池的轉向角： 表 6 光伏電池的轉向 參數(shù)表 日期 日照開始時刻 日照結束時刻 最大輻射強度 ? ? ? ? 9 16 0 9 17 15 8 17 15 7 18 15 7 19 15 6 19 0 7 19 15 7 18 15 7 18 15 8 17 15 9 16 15 9 16 0 再對這 12 個傾角取均值，即為兼顧全年 光伏電池 獲取最大太陽輻 射強度 的 最佳傾角，求得結果為 ?1 ?? ??i i??。 發(fā)電量及回收年限的 求解 當光伏電池的傾角和轉角改變時，問題 1 的求解模型仍然成立，即目標函數(shù)不變，所有的約束條件都應滿足，由此得到光伏電池的鋪設方案如下表所示： 表 7 電池組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格 電池組件型號 電池組件數(shù)量（個） 逆變器規(guī)格 逆變器數(shù)量（臺） 西面墻 C6 210 SN4 1 南屋頂 A1 50 SN15 2 由表中數(shù)據(jù)可以看出，當光伏電池的傾角和轉角改變時，南屋頂所能鋪設的的電 池數(shù)量有所增加，這符合屋頂鋪設越多的性價比高的電池獲利越多這一特點。 表 8 35 年內(nèi)的發(fā)電總量與經(jīng)濟效益 鋪設的總費用 （元） 發(fā)電總量（ KWh） 年收入 （元） 總收入 （元） 利潤 （元） 西面墻 8616 26965 428 13482 4866 南屋頂 204175 總計 215191 14 由表中數(shù)據(jù)可知， 西面墻和南屋頂均盈利，且南屋頂盈利更多。與問題 1 相比較，南屋頂?shù)挠?，且西面墻已?jīng)不再虧損?？偟匿佋O費用為 20