太陽能小屋的優(yōu)化設計-文庫吧資料
2025-07-05 23:48本頁面
【正文】 如圖十所示，頂端朝南面是用了44塊A1型號的太陽能電池板鋪設的，其中頂部有小部分未鋪設。 圖七 鋪設A3型號太陽能電池的南墻 如圖八所示，南墻是用了10塊A3型號的太陽能電池板鋪設的，其中兩個窗戶和門還有小部分未鋪設。如下所示：圖一 東墻電池組件連接圖（18個A1電池）圖二 西墻相電池組件連接圖（20個A1電池）圖三 南墻電池組件連接圖（10個A3電池）圖四 頂部朝北面電池組件連接圖（6個A4電池）圖五 頂部朝南面電池組件連接圖（44個A1電池）在僅考慮貼附安裝方式前提下，本文通過上面得出的數(shù)據(jù)用計算機模擬出合適的光伏電池組件，并對小屋的部分外表面進行鋪設。回收年限： 由于題目要求計算出小屋光伏電池35年壽命期內(nèi)投資的回收年限，為第年光伏電組發(fā)電總量，則可得：又由于 故解得 ，所以使用太陽能發(fā)電，建造太陽能小屋最少在19年的時候就能收回成本。是年總花費的兩倍多。除此之外，本文還將北向之外的五個面總花費進行了求和。因此，在后面分析和計算中均可不考慮小屋北向的數(shù)據(jù)。由于所有光伏組件在0~35年內(nèi)的效率不同，故假設為一年的發(fā)電總量，表示1,2，......，35年，則在第年光伏電組發(fā)電總量為公式求解程序見附錄（一），由此公式可以算出35年內(nèi)的發(fā)電總量。并且光伏分組陣列的端電壓應滿足逆變器直流輸入電壓范圍，當電壓低于其范圍下限時，逆變器將停止運行。根據(jù)每個型號的面積以及轉化效率利用Excel求出了每個型號的電池在每個面上的發(fā)電總量。對于，東、西、南、北面的輻射強度即為附件四中相對應的東向總輻射強度、西向總輻射強度、南向總輻射強度、北向總輻射強度。因此，首先采用一個型號的太陽能電池去鋪同一個面。 本文考慮到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)，而不同型號的電池板不可串聯(lián)。則其表達式如下： （4）目標二：使小屋全年太陽能光伏電池單位發(fā)電量的費用盡可能小假設第個型號電池的價錢，第個面用第個逆變器的個數(shù)，第個逆變器的價錢，則太陽能電池和逆變器的總價錢為： （5） 第個逆變器的轉換效率，則第個面總發(fā)電量的轉換效率為： （6） 由（5）、（6）可求得逆變器的單個價格為： （7）由（1）到（7）式可建立模型一：目標函數(shù)： 約束條件為：其中，為輻照強度，大于等于時，每年輻照強度總和；為輻照強度符合要求下，小于時，每年輻照強度總和。其中表示第實際能被鋪的面積，則其表達式如下： （3）在目標一中，由于本文是先用同種型號的太陽能電池板去鋪每一個面。假設表示在第面是否用型號的電池，則可得： （1） 由于太陽光輻照強度低于時，電池轉換效率轉換效率的5%。因此，在僅考慮貼附安裝方式下，本文先用同種型號的太陽能電池去鋪東面墻、西面墻、南面墻、北面墻、頂面朝南和頂面朝北六個面。為了使小屋的全年太陽能光伏發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量的費用盡可能小，本文使用多目標規(guī)劃建立了兩個目標：目標一：使小屋的全年太陽能光伏發(fā)電總量盡可能的大考慮到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)，而不同型號的電池板不可串聯(lián)。在不同表面上，即使是相同型號的電池也不能進行串、并聯(lián)連接。對于小屋形狀的設計，我們采用屋身形狀為梯形，正面朝向東南方向。在滿足一定約束條件的基礎上，設計一個符合要求的太陽能小屋，并對小屋外表面優(yōu)化鋪設光伏電池，使小屋得全能太陽能光伏電池發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量的費用盡可能小。并根據(jù)電池組件分組數(shù)量和容量，選配相應的逆變器的容量和數(shù)量。在本問題中，難以通過一個指標來衡量所建模型的好壞，因此本文考慮到多個因素對其發(fā)電量的影響。對于問題一，本文根據(jù)山西省大同市的氣象數(shù)據(jù)，在僅考慮貼附安裝的方式下，選定了合適的光伏電池組件，對小屋的部分外表面進行鋪設。據(jù)統(tǒng)計，截止到2005年底，中國大約還有270萬無電戶，1150萬無電人口，計劃要在2015年前解決無電地區(qū)的用電問題，其中一部分可采用光伏發(fā)電來解決。（3） 電使用現(xiàn)狀資料顯示，目前全球還有將近20億人口沒有用上電，其中相當大部分生活在經(jīng)濟不發(fā)達的邊遠地區(qū)，由于居住分散，交通不便，很難通過延伸常規(guī)電網(wǎng)的方法來解決用電問題，沒有電力供應嚴重制約了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。（2） 環(huán)境污染日益嚴重人類在日常生活中會產(chǎn)生能源消費，其中主要以化石燃料為主，造成環(huán)境污染，導致全球氣候變暖，從而致使冰山融化，海平面上升，沙漠化日益擴大等現(xiàn)象的出現(xiàn)，自然災害頻繁發(fā)生。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，到2060年全球人口將達到100億110億，如果到時所有人的能源消費量都打到今天發(fā)達國家的人均水平，則地球上主要的35種礦物質(zhì)中，將有1/3在40年內(nèi)消耗殆盡。 問題分析（1） 化石燃料正在面臨枯竭隨著世界人口的持續(xù)增長和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對于能源供應的需求量日益增加，而在目前的能源消費結構中，主要還是依賴煤炭、石油和天然氣等化石燃料。問題2：電池板的朝向與傾角均會影響到光伏電池的工作效率，請選擇架空方式安裝光伏電池，重新考慮問題1。在求解每個問題時，都要求配有圖示，給出小屋各外表面電池組件鋪設分組陣列圖形及組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，也要給出電池組件分組陣列容量及選配逆變器規(guī)格列表。
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