太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-25 15:07 本頁面
【文章內容簡介】 件連接分組陣列及功率示意圖 在以上方案下，h ，屋頂總發(fā)電量為 1019279 kwh， kwh，[14] 朝向赤道斜面上的太陽輻射量，通常采用Klein的計算方法，傾斜面上所接受到的太陽輻射總量由直接輻射量、天空散射輻射量以及地面反射輻射量組成，即： 與水平面上的直接輻射量之間又如下關系： 對于朝向赤道的傾斜面，可以由下式確定：其中：是當?shù)鼐S度，是傾斜角，是太陽赤緯角。水平面上的日落時角為：斜面上的日落時角為：太陽赤緯角為：其中：為日期序號，由方差法確定。Hay模型認為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成，可表達為： 其中：和分別為水平面上直接和散射輻射量；為傾斜面與水平面上直接輻射量之比，為大氣外層水平面上太陽輻射量；為傾角。大氣外層的水平輻射量可由下式求出： (14)其中，為太陽常數(shù)。 地面反射輻射常量的表達式為： (15) 其中：為地面反射率，一般情況下，傾斜面上太陽輻射總量的表達式為：(16) 由上式直接求出最大太陽輻射傾斜角的數(shù)學表達式有些困難，在冬半年，太陽赤緯角為負值。如當?shù)鼐暥葹椋ǔ？傆?，因此傾斜面上日落時角和水平面日落時角相等，這時可直接推導出最佳傾角的數(shù)學表達式。 此時，水平面上的總輻射量為： (17) 對于確定的地點，其太陽輻射量及地面反射率等均為常數(shù)，將對求導，并令，得： (18) 當直接輻射量為0時，最佳傾角不等于0，這正是天空散射輻射量各向異性模型所需的結果。對于夏半年，最佳傾角往往接近于0，甚至為負值。影子倍率法計算太陽高度角并計算間距[5]圖6 電池陣列安裝示意圖 一般在水平面垂直豎立的高為的木桿，其南北方向的角度為，方位角為，那么影子倍率可由下式表示： (19)其中： ——影子倍率 ——陣列高度 ——影子長度 ——太陽高度角 ——太陽方位角由圖6以及公式可以得出： 由于本文研究的房屋是正南方向，因此太陽方位角為0. 根據(jù)球面三角函數(shù)分析認為太陽高度與觀測者的地理緯度、太陽赤緯和方位角有著一定的關系，他們之間的關系式為： (20)其中為太陽高度角，為時角，為當時的太陽赤緯，為當?shù)氐木暥?大同的緯度為)，根據(jù)最佳傾斜角的求解公式可知： 斜面上的日落時角為： (21)太陽赤緯角為： (22) 由于本文研究的太陽方位角為0，則，太陽高度角公式變?yōu)椋? (23)得出計算太陽高度角的基本公式： (24) 通過以上模型及附件給出的數(shù)據(jù)可以計算出電池板間的陣列間距，但是由于電池板的數(shù)量級規(guī)格較多，使用此模型計算大小不同電池板的陣列間距極為困難，且經過復雜計算后，準確度也有很大偏差。因此，本文使用陰影轉換的方法，可以方便的計算出陣列間距及所需電池板數(shù)目。 方法示意圖如下：圖7 陰影面及間距求法 在本題中已經得到最佳傾斜角，通過傾斜角及電池板面積可以求得電池板在屋頂平面上產生的陰影，進而可以將電池板的面積等效為電池板在屋頂平面上產生的陰影的面積。此陰影面積可以等效為問題一中貼附電池板的面積，從而將求陣列間距問題轉化為問題一中求貼附電池板的面積。運用此方法可建立模型求得在屋頂及房屋各面上所需的電池板數(shù)目。 本題是在問題一的基礎上求得最佳傾斜角建立優(yōu)化模型。本題同樣是多目標優(yōu)化模型，其目標為全年太陽能最大發(fā)電總量和建設成本最低。根據(jù)第一問的貼附式電池組件安裝收益規(guī)劃模型可以改進的到架空式電池組件安裝收益規(guī)劃模型如下： (25)根據(jù)前面公式(25)運用matlab（R2012a ）求得根據(jù)建立模型運用matlab（R2012a ）軟件算出架空后各面安裝電池板收益如下：表7 將電池組件架空安裝后房頂及各面的收益屋面北面南面東面西面頂面收益（元）12021530975 同問題一，經計算分析北墻虧損，因此北墻不考慮安裝電池組件，根據(jù)房屋屋頂及除去背面的其他面吸收的輻射量，可確定在架空安裝方式下選擇的電池型號及數(shù)目如下：表8 選擇的電池板數(shù)量及型號南面東面西面頂面A300055B10001B30002C11816180C73331C80200C91010C102220 房頂及各面安裝電池板后產生功率以及相應逆變器選擇情況如下：表9 房頂及各面安裝電池板后產生功率屋面南面東面西面頂面墻產生功率（W）表10 房頂及各面選擇的逆變器屋面南面東面西面頂面所選逆變器SN12SN5SN5SN17 屋頂安裝電池板的架構圖如下：圖8 問題二屋頂架空排列圖 屋頂安裝逆變器后組件連接圖如下：圖中：省略號為16個電池組圖9 屋頂安裝逆變器后組件連接圖 在以上鋪設方式下計算可得發(fā)電總量為 1168997，經濟總收益372263元，回收年限為7年。7．問題三模型的分析與建立 小屋改進原則分析1 整體最大設計原則根據(jù)第三問的要求，重新設計的小屋在滿足一定建筑要求的情況下應盡量增加受光面積，這里我們考慮在滿足條件的前提下盡可能的增大房屋體積。2 增進電池板功效設計原則根據(jù)問題二的相關結論，可以將小屋的外形設計為有利于增加電池板功效形式，176。3 墻面尺寸合適設計原則 考慮墻面大小和門窗大小設計時，應考慮到實際鋪設光伏電池板時墻面的利用問題，這里我們設計的墻面大小應使得鋪
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