太陽能小屋的設(shè)計(數(shù)學(xué)建模論文)-文庫吧資料
2024-09-02 19:55本頁面
【正文】 ， 10年到 25 年的收費為： 元3 7 4 3 1 5 ?????? CC ? ， 這 15 年內(nèi)的總收費為： 59 01515 ???? CC ， 25年后的收費為： 7 2 1 5 ??????? CC ? ， 25年到 35 年的總收費為： 7 2 3 81025 ?????? CC ， 由此可知，成本彌補回來需要時間： CRttt ?????? 21 年， 7 2 3 ) 6 5 9 1 5 4 8( 7 9 4 5 21510 ?????? 總盈利： 5 9 2 7 9 4 5 2) 7 2 3 6 5 9 1 5 4 8( ??????? RCW 。 一年的總收取費用為： 1 5 8 4 82331 ????? CCC 元。對前頂面和南面進行分析，其中由于前頂面有一定的夾角，于是年發(fā)電量為： 23131 c os ? ?????? ntscQ hkw ????????? ? 3 6 9 109 7 0 7 6 1 3， 2323 c ?????? ntsQ hkw ????????? ? 8 3。 考慮到逆變器的規(guī)格，對前頂面和南面的電池組件分別進行串并聯(lián)，根據(jù)電壓的要求，以及電流的要求，安排如下： 前頂面：將 43 塊光伏電池分為四組： 1 1 1 10，每組內(nèi)部進行串聯(lián)，組與組之間進行并聯(lián)接入 SN17，此時： AIIVVV ,4 6 110 3131 ???? ， 8 南面： 將 11塊 C2 全部并聯(lián)，此時： AIIVVV , 2323 ???? 。 通過第一步的分析，可以發(fā)現(xiàn)：東面、西面、北面和后頂面雖然發(fā)電量達(dá)到優(yōu)化，但是成本很高，且 35 年內(nèi)一直處于虧本狀態(tài)，于是不再在東面、西面、北面以及后頂面進行鋪設(shè)，僅對前頂面和南面進行優(yōu)化鋪設(shè)。 南面： 8 2 1313131 ?????? RLQW ， 0210032 32383 ????? RLQW ， 西面： 2 9 9 2222222 ?????? RLQW ， 同東面不再進 行考慮。 A3的成本為： mxPlnR ????? 431131 6 9 0 012 0 ????? 24780? 元， 盈利： 1 2 2 22 4 7 8 7 1 1 5313131 ????????? RLQW ， 同 A3 可求出 C C10的盈利情況： 04 4 1737373 ?????? RLQW ， ?????? RLQW 。 模型分析及求解 由于還要考慮逆變器的價格以及電池的成本，可以在得到的優(yōu)化模型基礎(chǔ)上進行分歩分析。由于受到尺寸限制，安排一種類型電池時，會留下一定的空隙，此時再考慮使空隙面積最小 ， 安排選擇同種類其他型號的滿足尺寸的電池，或根據(jù)每一面墻選擇各型號電池中滿足尺寸要求的電池型號。 因此在確定各個面適合電池類型的時候， A 類型中可以用 A3 型號的轉(zhuǎn)換率為參考值， B類型用 B2型號的轉(zhuǎn)換率為參考值， C類型選擇 C1。 由此，可以將上表中的數(shù)據(jù)按照三種類型電池發(fā)電 光強度 范圍進行進行篩選，得出各類型電池的有效發(fā)電范圍。 對于 B類電池，轉(zhuǎn)化率基本在 %— %之間，其轉(zhuǎn)化率略小于 A 類電池，大于 C 類電池，同時 B 類電池的轉(zhuǎn)化率在光照強度大于 80 時保 持穩(wěn)定 ， 在光照強度小于80時，不 能進行 發(fā)電。當(dāng)光照強度小于 200 且大于 80 時， A 類電池的轉(zhuǎn)化率只有原轉(zhuǎn)化率的5%，即轉(zhuǎn)化率在 %— %之間。 利用 MATLAB[1]將附表四中每一季度早上八時到下午五時的光 照平均值求出。 模型建立 根據(jù)大同的氣象數(shù)據(jù) 得出： 對于一年而言，有效光照時間 基本上是 從早上八時到下午五時 。合 理安排門和窗戶的位置，使南面可以安裝電池板的面積最大，同時考慮電池板的最優(yōu)傾角，建立適當(dāng)小屋模型，可以使該小屋在滿足舒適性的要求下，可以獲得的效益也最大。 對于問題三，在一、二討論的基礎(chǔ)上，首先設(shè)計好傾角以及轉(zhuǎn)角，再根據(jù)頂面和南面面積優(yōu)先最大化進行設(shè)計尺寸。 針對 問題二， 在第一問的基礎(chǔ)上， 考慮到 電池板的朝向與傾角均會影響到光伏電池的工作效率，需要選擇架空方式安裝光伏電池，對于小屋四周的太陽能電板，由于考慮 3 到實際其情況，四周的電池板不能進行架空安裝，而小屋 屋頂有一定 的安裝角度，可以結(jié)合赤緯角與太陽高度角合理選擇屋頂?shù)奶柲茈姲灏惭b角度。在此基礎(chǔ)上 對各個面 進行電池排放 ， 最后在 所剩的空缺面積 上 考慮電池尺寸大小，選擇 合適的電池，使得空間利用率最高 。 在對小屋每個表面選定電池組鋪設(shè)的時候， 應(yīng) 使小屋的全年太陽能光伏發(fā)電總量盡可能大， 在暫時不考慮逆變器成本 的情況下，建立單位面積上發(fā)電收益最大模型 ，進而初步得出每個表面應(yīng)優(yōu)先用的電池類型。 二、 問題分析 對于問題一， 根據(jù) 大同的氣象數(shù)據(jù)， 可以得知 每天早上八點到下午五點的光照可以用 于 太陽能電板發(fā)電 ； 對于全年而言，由于太陽的輻射 強度 隨季節(jié)周期性變化比較明顯，于是 可以將全年的數(shù)據(jù)按照季節(jié)分為四組，對每一個季節(jié)的每一時刻的數(shù)據(jù)求平均值，得到 各個季節(jié) 早上八時到下午五時每時刻陽光照射的平均值。 電池板的朝向與傾角均會影響到光伏電池的工作效率，選擇架空方式安裝光伏電池，重新討論問題 1。給出小屋各外表面電池組件鋪設(shè)圖形及連接方式示意圖，給出電池組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格列表。應(yīng)注意分組連接方式及逆變器的選配 。 在同一表面采用兩種或兩種以上類型的光伏電池組件時，同一型號的電池板可串聯(lián)，而不同型號的電池不可串聯(lián)。不同種類的光伏電池每峰瓦的價格差別很大，且每峰瓦的實際發(fā)電效率或發(fā)電量還受諸多因素的影響，如太陽輻射強度、光線入射角、環(huán)境、建筑物所處的地理緯度、地區(qū)的氣候與氣象條件、安裝部位及方式等。在所建的小屋模型中，成本回年限 為 年， 35 年的凈收益為 元。由于前頂面發(fā)電量最大，在建立小屋尺寸模型時，應(yīng)在滿足小屋的設(shè)計要求的前提下，使前頂面面積最大。用架空的方式鋪設(shè)屋頂?shù)碾姵匕迨蛊涑蚪呛蛢A角滿足最佳角度，同時考慮到前屋頂加上傾角后面積增加進而可以增加電池板的數(shù)量，利用 經(jīng)驗公式得出此時的輻射強度并重新計算，得到成本回年限為 年， 35 年的凈收益為 元。解決此問題的關(guān)鍵是找出大同市的最佳電池板朝向角和傾角。由所建 模型可知僅對前頂面鋪設(shè) A3型號，南面鋪設(shè) C2型號電池，其他面不鋪設(shè)，成本回收年限為 年，在 35 年的凈收益為 元。然后根據(jù)尺寸限制對各面進行初步鋪設(shè)并選擇最佳的逆變器。電池有三種類型，各類之間的差別比較大，由于光照強度以一年為循環(huán)周期，對于不同的光照強度類型，可以根據(jù)產(chǎn)電量將三類電池進行優(yōu)先選擇順序排序。在考慮大同氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對所提供的電池型號和逆變器型號進行選擇和安排鋪設(shè)。 我們授權(quán)全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽組委會，可將我們的論文以任何形式進行公開展示（包括進行網(wǎng)上公示，在書籍、期刊和其他媒體進行正式或非正式發(fā)表等）。 我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競賽規(guī)則，以保證競賽的公正、公平性。 2020 高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽 承 諾 書 我們仔細(xì)閱讀了中國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的競賽規(guī)則 . 我們完全明白，在競賽開始后參賽隊員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與隊外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問題。 我們知道，抄襲別人的
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