高教社杯太陽能小屋的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-31 22:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格鋪設(shè)面電池組件型號(hào)電池組件數(shù)量（個(gè)）逆變器規(guī)格逆變器數(shù)量（臺(tái)）東面墻C6224SN41西面墻C6244SN41南面墻C671SN11北面墻C6228SN41南屋頂A140SN171北屋頂C18SN121由此得到小屋各外表面電池組件鋪設(shè)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：5組SN15C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6C6SN143組南屋頂?shù)墓夥嚵羞B接圖：天窗表 4 35年的發(fā)電總量與經(jīng)濟(jì)效益鋪設(shè)的總費(fèi)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(jì)由表中數(shù)據(jù)可知，,，，由此可列方程求出投資的回收年限為26年。同時(shí)可以看出為了發(fā)電總量盡可能大，東、西、南、北四個(gè)墻面均鋪設(shè)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(shè)費(fèi)，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(shè)，,，投資的回收年限是23年。5．2 問題2模型的建立與求解因?yàn)殡姵匕宓某蚺c傾角均會(huì)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(yīng)考慮適當(dāng)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(jìn)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(zhǔn)備中的式（1）—（8）可以得到傾斜平面上的太陽總輻射強(qiáng)度： （25）可以看出只是函數(shù)，由下圖3的曲線關(guān)系圖可以看出是關(guān)于傾角的單峰值函數(shù)。圖 3 太陽輻射強(qiáng)度與斜面傾角關(guān)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(qiáng)度確定的，即取得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度。因此可以在12個(gè)月份里的同一天中取太陽高度角的所有時(shí)刻在斜面太陽輻射強(qiáng)度的均值，分別求出12個(gè)月對(duì)應(yīng)太陽輻射強(qiáng)度的斜面傾角（如表所示）：表5 太陽輻射強(qiáng)度的斜面傾角月份對(duì)應(yīng)傾角（弧度）對(duì)應(yīng)斜面的太陽輻射強(qiáng)度123456789874101155012再對(duì)這12個(gè)傾角取均值，即為兼顧全年斜面獲取最大太陽輻射強(qiáng)度最佳傾角，求得結(jié)果為?！」夥姵匕宄蚪堑倪x擇對(duì)于地球表面某點(diǎn)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：南向圖4太陽高度角是地球表面某點(diǎn)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。太陽方位角是太陽至地面上給定點(diǎn)連線在地面上的投影與北向的夾角，對(duì)于傾斜角為的斜面，陽光入射角為，這三個(gè)角的空間關(guān)系可以從圖（5）得到，如式（5）所示。北天頂南傾斜面法線圖 5 （26） （27）再利用，可以得到： （28）再上式中，為光伏電池的轉(zhuǎn)向角。由于陽光照射到光伏電池的角度隨日照時(shí)間的不同而變化，因此太陽輻射強(qiáng)度也隨著光伏電池板朝向的不同而有所差別。為了使光伏電池板正對(duì)全年太陽輻射量最大時(shí)的方向，可以選取12個(gè)月的同一天代表該月的太陽輻射情況（如可以同時(shí)選取每月的15日，若該日太陽輻射強(qiáng)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(qiáng)度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)角、赤緯角和太陽高度角，求得相應(yīng)的光伏電池的轉(zhuǎn)向角：表 6 光伏電池的轉(zhuǎn)向參數(shù)表日期日照開始時(shí)刻日照結(jié)束時(shí)刻最大輻射強(qiáng)度916091715817157181571915619071915718157181581715916159160再對(duì)這12個(gè)傾角取均值，即為兼顧全年光伏電池獲取最大太陽輻射強(qiáng)度的最佳傾角，求得結(jié)果為?！“l(fā)電量及回收年限的求解當(dāng)光伏電池的傾角和轉(zhuǎn)角改變時(shí)，問題1的求解模型仍然成立，即目標(biāo)函數(shù)不變，所有的約束條件都應(yīng)滿足，由此得到光伏電池的鋪設(shè)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(hào)電池組件數(shù)量（個(gè)）逆變器規(guī)格逆變器數(shù)量（臺(tái)）西面墻C6210SN41南屋頂A150SN152由表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)光伏電池的傾角和轉(zhuǎn)角改變時(shí)，南屋頂所能鋪設(shè)的的電池?cái)?shù)量有所增加，這符合屋頂鋪設(shè)越多的性價(jià)比高的電池獲利越多這一特點(diǎn)。表 8 35年內(nèi)的發(fā)電總量與經(jīng)濟(jì)效益鋪設(shè)的總費(fèi)用（元）發(fā)電總量（KWh）年收入（元）總收入（元）利潤（元）西面墻861626965428134824866南屋頂204175總計(jì)215191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(shè)費(fèi)用為203791元， KWh，投資的回收年限為22年，由此得到小屋各外表面電池組件鋪設(shè)分組陣列圖形及組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖如下：南屋頂?shù)姆纸M陣列連接圖：5組SN15A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1C6A1A1A15組SN15A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1C6A1A1A1南屋頂?shù)墓夥嚵羞B接圖：5．3 問題3模型的建立與求解如果重新設(shè)計(jì)一個(gè)小屋，那么可以根據(jù)問題2求解出的光伏電池的傾角和朝向來解決小屋的朝向和屋頂?shù)膬A角問題，即設(shè)計(jì)的結(jié)果是光伏電池既可以貼附也可以架空安裝在小屋的表面，同時(shí)又可以最大程度的利用太陽能輻射能量，并且此時(shí)的光伏電池可以延伸
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