高教社杯太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)(參考版)
2025-07-07 22:02本頁(yè)面
【正文】 (ss1s2)/(x*z)=。s1/(x*z)=。x*y=74。y=15。x=15。a*sin()+z=。附錄4 設(shè)計(jì)小屋尺寸的LINGLO程序max=x*z*2+y*z*2+a*bs+x*y。附錄3南面墻分組陣列連接圖：C6C6C6C6SN4137個(gè)南面墻光伏陣列連接圖：在此圖中表示了南面墻的鋪設(shè)方案，在這面墻中主要是采用了C6這種電池進(jìn)行的鋪設(shè)，在門(mén)的右側(cè)，采用355*310的方式鋪設(shè)了10個(gè)電池板，門(mén)的左側(cè)一共用了278塊C6的電池板，在鋪設(shè)時(shí)采用了310*355的方式鋪設(shè)，在鋪設(shè)到窗戶(hù)上時(shí)可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而得到鋪設(shè)的省略圖如上。北面墻的分組陣列連接圖：C6C6SN4C6C6228個(gè)C6北面墻的光伏陣列連接圖：在此圖中表示了北面墻的鋪設(shè)方案，在這面墻中主要是采用了c6這種電池進(jìn)行的鋪設(shè)，在門(mén)的左側(cè)，一355*310的方式鋪設(shè)了10個(gè)電池板，門(mén)的右側(cè)一共用了218塊c6的電池板，在鋪設(shè)時(shí)采用了355*310的方式鋪設(shè)，在鋪設(shè)到窗戶(hù)上時(shí)可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而得到鋪設(shè)的省略圖如上。參考文獻(xiàn)[1] 岺幻霞．太陽(yáng)能熱利用 [M]．北京：清華大學(xué)出版社，1996．[2] 姜啟源．?dāng)?shù)學(xué)模型（第三版）[M]．北京：高等教育出版社，1999．[3] 韓中庚．?dāng)?shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用（第二版）[M]．北京：高等教育出版社，2009．[4] CUMCM組委會(huì)．CUMCM問(wèn)題[EB/OL]．，2005917． 附 錄附錄1 東面墻的光伏陣列連接圖：C6C6C6C6SN3C6C6C6C6111組C6C6東面墻的分組陣列連接圖：在此圖中表示了東面墻的鋪設(shè)方案，在這面墻中主要是采用了C6這種電池進(jìn)行的鋪設(shè)，在下面的矩形中除了門(mén)之外，其他的地方用了190塊C6的電池板，在鋪設(shè)時(shí)采用了310*355的方式鋪設(shè)，而上面的三角形內(nèi)鋪設(shè)了34塊電池板，采用了355*310的鋪設(shè)方案，從而得到鋪設(shè)的省略圖如上。8．2 模型的缺點(diǎn)。，對(duì)問(wèn)題的結(jié)果做了合理性分析和討論。7．2 模型的改進(jìn)二在問(wèn)題假設(shè)中沒(méi)有考慮到輻射強(qiáng)度較低（低于200W/m2）時(shí)對(duì)太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化效率的影響，由此不妨建立輻射強(qiáng)度與轉(zhuǎn)化效率之間的關(guān)系，將輻射強(qiáng)度看作是轉(zhuǎn)化效率的函數(shù)，即： （41）通過(guò)建立轉(zhuǎn)化效率與輻射強(qiáng)度之間的關(guān)系，更能精確的反映輻射強(qiáng)度的高低對(duì)轉(zhuǎn)化效率的影響，進(jìn)而反映出對(duì)發(fā)電量的影響。設(shè)電池板的長(zhǎng)度為,某時(shí)刻的太陽(yáng)高度角為，電池板的陰影長(zhǎng)度為，則應(yīng)有： （40）當(dāng)太陽(yáng)高度角最小時(shí)，亦即電池板的陰影長(zhǎng)度最大時(shí)，兩面傾斜的電池板之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足：。7．1 模型的改進(jìn)一在問(wèn)題2的求解中，沒(méi)有考慮到電池板的陰影問(wèn)題，即前一塊電池板的陰影可能會(huì)覆蓋到后一塊電池板的部分有效工作區(qū)。6．3 問(wèn)題3模型的結(jié)果分析在重新設(shè)計(jì)了小屋的外形后，通過(guò)求解得到的發(fā)電總量和利潤(rùn)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)問(wèn)題1和問(wèn)題2，這說(shuō)明小屋的設(shè)計(jì)是合理的，即通過(guò)改變小屋的建筑結(jié)構(gòu)能夠增大光伏電池的效率和鋪設(shè)面積，進(jìn)而增大發(fā)電總量和利潤(rùn)。因此可以說(shuō)明架空電池板不僅可以提高太陽(yáng)能的利用率，還能夠獲得更大的利潤(rùn)。6．2 問(wèn)題2模型的結(jié)果分析在問(wèn)題2的結(jié)果中，西面墻和屋頂都是盈利的，這說(shuō)明電池板的架空措施得當(dāng)，由于南立面可用空間較小，沒(méi)有鋪設(shè)電池板。西墻面相對(duì)來(lái)說(shuō)虧損較少，這是由于夕陽(yáng)的輻射強(qiáng)度很高，而西墻面正好被照射到，但由于大部分輻射強(qiáng)度不足以使太陽(yáng)能電池板在額定功率下工作，因此還是會(huì)有虧損。其他墻面均虧損，可能是由于墻面豎直，太陽(yáng)能輻射量常年較少，尤其是北墻面，基本上常年日照較少；東墻面由于方位關(guān)系的限制，太陽(yáng)在升起時(shí)一般光照不是很強(qiáng)，輻射量較小，只有到了中午以后輻射量才會(huì)很大，此時(shí)，東側(cè)面已經(jīng)接受不到光照。下面列出了光伏電池的連接方式。通過(guò)對(duì)問(wèn)題的求解得出最佳的電池鋪設(shè)方案見(jiàn)下表所示：表 10 電池組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格墻面電池組件型號(hào)電池組件數(shù)量（個(gè)）逆變器規(guī)格逆變器數(shù)量（臺(tái)）屋頂A160SN63南面墻C6274SN41西面墻C6126SN21表 11 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(rùn)（元）西面墻287南面墻屋頂237210739110總計(jì)25405012632由表中數(shù)據(jù)可知，重新設(shè)計(jì)的小屋在能源利用上更高效，并且選用的光伏電池均為同一種型號(hào)，性能更穩(wěn)定。圖 6得到小屋的外形結(jié)構(gòu)圖后，就可以按照問(wèn)題1的模型對(duì)小屋進(jìn)行鋪設(shè)光伏電池。即： （36） （37） （38）（3）建立規(guī)劃模型根據(jù)上述目標(biāo)函數(shù)和約束條件建立如下數(shù)學(xué)模型： （39）求解得到房屋各參數(shù)如下表：表 9 小屋外形參數(shù)表參數(shù)數(shù)值155由此得到小屋的外形結(jié)構(gòu)圖如下：。包括挑檐、挑雨棚的投影面積在內(nèi)，小屋的投影面積要滿(mǎn)足： （30） （31）其中為電池的傾角,由問(wèn)題2知。目標(biāo)函數(shù)為： （29）其中分別為小屋的長(zhǎng)、寬和凈空高度，為屋頂外延的長(zhǎng)和寬，為西面墻、南面墻以及屋頂中窗戶(hù)的總面積。為此可以建立優(yōu)化模型求解小屋的具體設(shè)計(jì)參數(shù)。與問(wèn)題1相比較，南屋頂?shù)挠?，且西面墻已?jīng)不再虧損。 發(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(wèn)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(mǎn)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?xún)r(jià)比高的電池獲利越多這一特點(diǎn)。為了使光伏電池板正對(duì)全年太陽(yáng)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(yáng)輻射情況（如可以同時(shí)選取每月的15日，若該日太陽(yáng)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(yáng)輻射情況）。北天頂南傾斜面法線(xiàn)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。 光伏電池板朝向角的選擇對(duì)于地球表面某點(diǎn)來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)的空間位置可以用太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角來(lái)確定，如圖所示：南向圖4太陽(yáng)高度角是地球表面某點(diǎn)和太陽(yáng)的連線(xiàn)與地平面之間的交角，可以根據(jù)式（26
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