太陽能小屋的設(shè)計(jì)(數(shù)學(xué)建模論文)-wenkub.com
2024-08-21 19:55 本頁面
【正文】 [4] 申政，太陽輻射接受面 最佳傾角的計(jì)算與分析， 天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，第 15卷，第 1 期： 6164,2020。 設(shè)計(jì)追求了利潤最大化，使小屋時(shí)只有一個(gè)斜面，實(shí)際中不利于屋頂?shù)呐潘?。使模型既簡易又合理? 綜上所述： 設(shè)計(jì)的太陽小屋的為直角，長度為 15m，傾角為 40176。此時(shí)： AIIVVV , 3131 ???? ， 南面：將 42塊 C2 分為三組，每組進(jìn)行并聯(lián)，組之間進(jìn)行串聯(lián)連接。由此可得： 南窗面積≤ *15*=21，東西窗面積≤ **=，北窗面積≤ *15*=。 設(shè)前屋頂?shù)拈L度為 長l ，寬度長度為 寬l ，為了使得整體利潤最大，以前屋頂?shù)拿娣e最大化為目標(biāo)函數(shù)，以尺寸為約束條件，建立優(yōu)化模型，即： 寬長 lls ??max ， 根據(jù)小屋建筑要求， 建筑平面體型長邊≤ 15m， 即： 15?長l ， 建筑 的 屋頂最高點(diǎn)距地面 高度≤ , 室內(nèi)使用空間最低凈空高度距地面高度為≥，建筑總投影面積≤ 74m2， 即： ， 空頂 ?? hh 74?? 總ss ， 解得： 15?長l 。 當(dāng) CR? 時(shí)， ?t 年，即 18年后可收回投資 根據(jù)電池組件的數(shù)量以及容量可以得出南面用 11 塊 C2，元件全部并聯(lián)連接，并選用 SN3 逆變器，圖示如下： 圖 5 前屋頂鋪設(shè)圖 圖 6 南面墻鋪設(shè)圖 14 前屋頂用 60塊 A3，將其分為 3組： 20，組內(nèi)元件進(jìn)行并聯(lián)，組與組之間運(yùn)用串聯(lián)連接，并且選擇 SN10 逆變器，圖示如下： 電池分組 I： 11 個(gè)并聯(lián) 輸出電壓 =V1 輸出功率 =11W1 選逆變器 SN3 電池組件 I： 20 并聯(lián)， 3個(gè)串聯(lián) 輸出電壓 =3V 輸出功率 =60P 選擇逆變器 SN10 圖 7 南面墻 電池組件連接分組陣列示意圖 圖 8 前屋頂電池組件連接分組陣列示意圖 15 問題三：根據(jù)小屋的要求，設(shè)計(jì)小屋，優(yōu)化鋪設(shè) 光伏電池 根據(jù)問題一、問題二的分析討論可以得知：只有前屋頂與南面鋪放光伏電池時(shí)可以在 35 年內(nèi)回收成本，其中在前屋頂鋪設(shè)所獲的利潤最大，因此在設(shè)計(jì)小屋時(shí)應(yīng)保證前屋頂?shù)拿娣e在滿足要求的條件下最大化。hkw ?? ???????? 1 3 1 2 5 83 收取的電費(fèi)： 6 7 3 3 4 7 63131 ????? LQC 0 1 32323 ????? LQC ， 一年的總收取費(fèi)用為： 7 0 4 6 7 3 82331 ????? CCC 元， 光伏電池以及逆變器的總成本： 317233311 xxPlnPlnR ???????? 元。 架空鋪設(shè)時(shí)如果單獨(dú)鋪設(shè)，會帶來遮擋問題，此時(shí)光照利用率較低，于是我們采取平面式鋪設(shè)。 在此選擇架空方式安裝光伏電池，為了達(dá)到最大利潤，即使得發(fā)電量盡可能地大，前屋頂在鋪設(shè) A3時(shí)應(yīng)按照最佳傾角鋪設(shè)。太陽高度角為 176。 176。 赤緯角 ? 由 Cooper 公式計(jì)算： ? ??????? ?? 3652842s n?? ， 式中： n 為日期序號 ，從 1月 1日開始計(jì)時(shí)， 例如， 1月 1日為 1?n ， 3月 22日為 81?n 。18113o ，根據(jù)附表知，大同每天的峰值時(shí)刻為 13 時(shí)，此時(shí)最佳方位角為 : 12)(15)1213( ??????? 。1 1 11，組內(nèi)元件進(jìn)行串聯(lián)，組與組之間進(jìn)行并聯(lián)，并且選擇 SN17 逆變器，圖示如下： 圖 1 前屋頂鋪設(shè)圖 圖 2 南面墻鋪設(shè)圖 10 南面用 11 塊 C2，原件全部并聯(lián)連接，并且選用 SN3 逆變器，圖示如下 : 電池分組 I： 3個(gè) 11個(gè)串聯(lián)，1 個(gè) 10 串聯(lián)，彼此之間并聯(lián) 輸出電壓 =10V 輸出功率 =43W 選逆變器 SN17 電池分組 II： 11 個(gè)并聯(lián) 輸出電壓 =V1 輸出功率 =11W1 選逆變器 SN3 圖 3 前屋頂電池組件連接分組陣列示意圖 圖 4 南墻 面電池組件連接分組陣列示意圖 11 問題二：現(xiàn)考 慮朝向于傾角的因素，用架空式安裝光伏電池，對小屋的部分表面進(jìn)行鋪設(shè) 在太陽能應(yīng)用中，為了收集到盡可能多的太陽輻射能，選著最佳的采光面是太陽能工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。 按此鋪設(shè)，根據(jù)光強(qiáng)以及設(shè)備的技術(shù)參數(shù)可以求得： 35年的總發(fā)電量為： hQ ???? w4 5 0 7 5 6 .2 2 k2331 。 光伏電池以及逆變器的總成本： 317233311 xxPlnPlnR ???????? 元。 計(jì)算出一年的電費(fèi)收入，進(jìn)而可求出收回成本的時(shí)間。 北面： 1 6 4 9 3222222 ?????? RLQW ， 前頂面： 8 8 6 3222222 ????? RLQW 。 在前面所求最優(yōu)基礎(chǔ)上，排列為： 表 4各墻面最合適的鋪設(shè) 前頂面 43 塊 A 22塊 C 25塊 C6 1臺 SN1 2臺 SN1 后頂面 6 塊 A 20 塊 C 12 塊 C10 1臺 SN 2臺 SN1 東面 8 塊 B 2 塊 C 42 塊 C7 SN SN1 1C 2B 3A 東向墻面的發(fā)電量 南向墻面的發(fā)電量 西向墻面的發(fā)電量 北向墻面的發(fā)電量 0 屋頂?shù)陌l(fā)電量 7 南面 7 塊 A 11 塊 C2 SN SN3 西面 11 塊 B 1塊 B 25 塊 C7 SN SN1 北面 11 塊 B 7塊 C 19 塊 C7 SN SN1 單獨(dú)對后頂面考慮盈利問題，由于后頂面有一定的角度 ? ，根據(jù)數(shù)據(jù)可以求出 A3電池板 35 年的發(fā)電總量 [3]： ???? c o s)( 313322131 ??????????? nttttscQ )(918 0 7 6 1 3 ????????????? ? hkw?? ， 式中 1t 表示轉(zhuǎn)化率不降低的時(shí)間長度即為 10 年， 3? 表示后 10 年降低的轉(zhuǎn)化率， n 表示鋪設(shè)的 A3 的數(shù)量。 根據(jù)表中數(shù)據(jù)整理分別得出東、南、西、北方向的輻射強(qiáng)度分類（見附錄），據(jù)此 求出每一面 墻 分別用 A、 B、 C三種類型的電池時(shí)的發(fā)電量，對其發(fā)電總量進(jìn)行比較，對某一面墻而言優(yōu)先選擇發(fā)電量大的電池類型。 對于 C類電池，轉(zhuǎn)化率在 %— %之間，低于 A、 B 類電池，但其在光照強(qiáng)度小于 30時(shí)才停止發(fā)電 ，并且隨光強(qiáng)度變化不大，穩(wěn)定性強(qiáng) 。 整理得出 表格 ：（編程見附錄） 表 1：各季度每時(shí)段平均輻射
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