高教社杯_太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2024-09-04 19:48本頁(yè)面
【正文】 （ 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： ????????????????????????????????????????????????????274153153 in74c o s..m ax2121zxssszxszxsyxsyxzyxzabatssbazyzxS?? （ 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) x y z a b s 1s 2s 數(shù)值 15 5 由此得到小屋的外形結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 6 得到小屋的外形結(jié)構(gòu)圖后，就可以按照問題 1 的模型對(duì)小屋進(jìn)行鋪設(shè)光伏電池。包括挑檐、挑雨棚的投影面積在內(nèi)，小屋的投影面積要滿足： 74cos ??? ba ? （ 30） 74??yx （ 31） 其中 ? 為電池的傾角 ,由問題 2 知 ??? 。目標(biāo)函數(shù)為： sbazyzxS ???????m a x （ 29） 其中 , zyx 分別為小屋的長(zhǎng)、寬和凈空高度， ba, 為屋頂 外延的長(zhǎng)和寬， s 為西面墻、南面墻以及屋頂中窗戶的總面積。 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 C6 210 SN4 1 南屋頂 A1 50 SN15 2 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)。為了使光伏i ? ? 北 天頂 南 傾斜面法線 z ? A??180 南向 13 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）。 圖 5 ?? ??? co sco s s ins ins inco s ? ???A （ 26） )c os (c oss ins inc osc os ?????? ???i （ 27） 再利用 ?? ??? ?90i ，可以得到： 0180 ??? ?A? （ 28） 再上式中， ? 為光伏電池的轉(zhuǎn)向角。 12 光伏電池板 朝向 角的選擇 對(duì)于地球表面某點(diǎn)來說，太陽(yáng)的空間位置可以用太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角來確定，如圖所示： 圖 4 太陽(yáng)高度角是地球表面某點(diǎn)和太陽(yáng)的連線與地平面之間的交角， 可以根據(jù)式（ 26）求得太陽(yáng)方位角 ? 。 0 0 . 5 1 1 . 5450500550600650700750800850斜面傾角（弧度）太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（w/m2） 圖 3 太陽(yáng) 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(yáng)輻射強(qiáng)度確定的， 即 ? 取 ?I 得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度。 5． 2 問題 2 模型的建立與求解 因?yàn)?電池板的朝向與傾角均會(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。 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(rùn)。 表 3 電池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 C6 224 SN4 1 西面墻 C6 244 SN4 1 南面墻 C6 71 SN1 1 北面墻 C6 228 SN4 1 南屋頂 A1 40 SN17 1 北屋頂 C1 8 SN12 1 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： 南屋頂?shù)墓夥嚵羞B接圖： 5 組 SN15 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 C6 SN14 3 組 10 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(rùn) （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，總的鋪設(shè)費(fèi)用為 元， 總發(fā)電量為 ,此時(shí)的單位發(fā)電量的費(fèi)用 為 元 /KWh， 35 后可獲得的利潤(rùn)為 元，開始 每 年 的收入為 元，由此可列方程求出 投資的回收年限 為 26 年。 3. 逆變器的選擇要盡可能使總費(fèi)用 最小，即盡量使 kk db? 的乘積最小 。所以可以總結(jié)如下： 1. 側(cè)面墻可以選擇不進(jìn)行鋪設(shè)光伏電池，若要追求發(fā)電總量盡量大，則可以在盡量不虧損的前提下選用性價(jià)比高且價(jià)格低的光伏電池和逆變器進(jìn)行鋪設(shè)。因此可以推知，對(duì)于任何一種或幾種光伏電池鋪設(shè)在南立面都不 會(huì)在 35 年內(nèi)收回鋪設(shè)成本，即南立面只要鋪設(shè)光伏電池就會(huì)虧損。 所以可以認(rèn)為在輻射強(qiáng)度較高的南立面和頂面應(yīng)盡量采用 A A1 型號(hào)的光伏電池；在輻射強(qiáng)度較小的北面可以采用 C C7 型號(hào)的光伏電池；在輻射強(qiáng)度相對(duì)均衡的東、西兩面可以采用 B3型號(hào)的光伏電池。 對(duì)于 不同的墻面，選用光伏電池的 條件不同 ，可以認(rèn)為在輻射強(qiáng)度很大的方向 應(yīng)該采用轉(zhuǎn)化效率較高的光伏電池，反之，為保證不虧損，在輻射強(qiáng)度 較小 的方向可以采用轉(zhuǎn)化效率較 小 的光伏電池 。39。39。24,2,1%10..1000 ax24139。 （ 19） 考慮到并聯(lián)的光伏電池的短路電流要小于逆變器的額定電流，則應(yīng)有： ki ijij EYE ????241 （ 20） （ 5） 建立規(guī)劃模型 在給出了目標(biāo)函數(shù)和約束條件后 ， 可以 得到一個(gè)線性規(guī)劃模型如下 ： ? ?? ?? ?????????????????????????????????????????????????????? ??????? ?18,2,11。39。39。光伏電池的鋪設(shè)采用貼附式安裝方式，由于小屋外墻可用面積有限，鋪設(shè)面積要小于小屋外墻面積，即： ?? ??241i nii Ssm （ 15） 為了表示兩組電池之間的并聯(lián)關(guān)系，這里引入電池組關(guān)系變量 ijY ，具體表示如下： ???? 組電池不并聯(lián)組電池與第第組電池并聯(lián)組電池與第第 ji jiY ij 01 （ 16） 為了保證光伏組件正常工作，只允 許相同型號(hào)的光伏組件進(jìn)行串聯(lián)。 （ 3） 目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建 以全年最大利潤(rùn)為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化模型，即為： CFW ??? 1 0 0 a x （ 14） 6 建立了 目標(biāo)函數(shù)后，下面將分析約束條件的建立。 （ 11） 當(dāng)考慮到上述關(guān)系時(shí)， 全年的總 發(fā)電量 為： ki t iii mpIF ????? ? ?? ?2418 7 7 01 1000 （ 12） 購(gòu)買光伏電池和逆變器的 總 費(fèi)用為： ?? ?? ???? 18 1241 k kki ii dbamC （ 13） （ 2）小屋各面輻射強(qiáng)度的計(jì)算 小屋各側(cè)面
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