太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫吧資料
2025-07-09 16:46本頁面
【正文】 圖 6 電池陣列安裝示意圖 一般在水平面垂直豎立的高為 L 的木桿，其南北方向的角度為 h ，方位角為? ，那么影子倍率 R 可由下式 表示： cot cossLRhL ?? ? ? (19) 其中： R —— 影子倍率 L —— 陣列高度 sL —— 影子長(zhǎng)度 h —— 太陽高度角 ? —— 太陽方位角 由圖 6以及公式 cot cossLRhL ?? ? ?可以得出： cot cossL L h ?? ? ? 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計(jì) 13 由于本文研究的房屋是正南方向，因此太陽方位角為 0. cotsL L h?? 根據(jù)球面三角函數(shù)分析認(rèn)為太陽高度與觀測(cè)者的地理緯度、太陽赤緯和方位角有著一定的關(guān)系，他們之間的關(guān)系式為： s in h s in s in c o s c o s c o s ,? ? ? ? ?? ? ? ? ? (20) 其中 h 為 太陽高度角， ? 為 時(shí)角， ? 為 當(dāng)時(shí)的 太陽赤緯， ? 為 當(dāng)?shù)氐木暥?(大同的緯度為 )，根據(jù)最佳傾斜角的求解公式可知： 斜面上的日落時(shí)角為： ? ?1m in c o s ta n ta ns?? ? ? ????? ?????? ??? (21) 太陽 赤緯角 為 ： 2 (2 8 4 )2 3 .4 5 s in365 n?? ???? ???? (22) 由于本文研究的太陽方位角為 0，則 1??cos ，太陽高度角公式變?yōu)椋? sin h sin sin c o s c o s c o s( ) sin [ 9 0 ( ) ]? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? (23) 得出計(jì)算太陽高度角的基本公式： 90 ( )h ??? ? ? (24) 通過以上模型及附件給出的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出電池板間的陣列間距，但是由于電池板的數(shù)量級(jí)規(guī)格較多，使用 此模型計(jì)算大小不同電池板的陣列間距極為困難，且經(jīng)過復(fù)雜計(jì)算后，準(zhǔn)確度也有很大偏差。 此時(shí)，水平面上的總輻射量 TH 為： 000 1( ) ( ) (1 c o s ) (1 c o s )22d b dT b b bH H HH H R H HHH ? ? ?? ? ? ? ? ? ? (17) 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計(jì) 12 對(duì)于確定的地點(diǎn)，其太陽輻射量及地面反射率等均為常數(shù)，將 TH 對(duì) ? 求導(dǎo)，并令 0TdHd? ?，得： ? ?22 2 1 ta n ta n180a r c ta nta n ta n11 180b b bSSb b bSSH H HH H HH H HH H H?? ? ?? ?? ? ???????? ????????? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ?????? (18) 當(dāng)直接輻射量為 0時(shí)，最佳傾角不等于 0，這正是天空散射輻射量各向異性模型所需的結(jié)果。 地面反射輻射常量的表達(dá)式為： ? ?1 1 cos2 H??? ? ? (15) 其中： ? 為地面反射率，一般情況下 ?? ，傾斜面上太陽輻射總量的表達(dá)式為： ? ? ? ?00111 c o s 1 1 c o s22ddT b b d bH H H HH H R H R HHH ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??????(16) 由上式直接求出最大太陽輻射傾斜角的數(shù)學(xué)表達(dá)式有些困難，在冬半年，太陽赤緯角為負(fù)值。 Hay 模型認(rèn)為傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量?jī)刹糠纸M成，可表達(dá)為： ? ?001 1 c os 12dddt d bH H H HH H RHH ??? ????? ? ? ??? ?????? 其中： bH 和 dH 分別為水平面上直接和散射輻射量； bR 為傾斜面與水平面上直接輻射量 之比， 0H 為大氣外層水平面上太陽輻射量； ? 為傾角。SHH bbt ? 之間又如下關(guān)系： bbbt RHH ?? 對(duì)于朝向赤道的傾斜面， bR 可以由下式確定： ? ? ? ?c o s c o s s in s in s in180c o s c o s s in s in s in180S T S TbSSR?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? 其中： ? 是當(dāng)?shù)鼐S度， ? 是傾斜角， ? 是太陽赤緯角。 h， kw 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計(jì) 10 頂面電池組件連接分組陣列及功率示意圖 如下： 圖 5 頂面電池組件連接分組陣列及功率示意圖 在以上方案下，計(jì)算得 35 年的南 墻總發(fā)電量 通過表 3 及表 4 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可得小屋屋頂及各面墻應(yīng)選擇的逆變器如 下 ： 表 6 屋頂及各墻面選擇的逆變器 屋面 南面 東面 西面 頂面 所選逆變器 SN12 SN7 SN7 SN17 南面安裝電池示意圖 如下 ： 圖 2 南面墻電池安裝示意圖 注 ： 綠色矩形為 C1 單晶硅光伏電池組件 ， 藍(lán)色矩形為 C9非晶硅薄膜光伏電池組件 。 由公式（ 1）、（ 2）可列出最大收益 模型 為： 2 4 2 431 1 1m a x 2 4 . 3 ( ) 1 0 0 . 5 ( )j i i i i i iif H n S n P W????? ? ? ? ? ? ? ? ??? （ 12） 約束條件 （ 1） 對(duì)電池板鋪設(shè)總面積的限制： 241241i i jii i jin S Sn S S??? ?????? ?????? （ 2）電池板尺寸的限制： 241241i i jii i jin L Ln D D??? ?????? ?????? （ 3）逆變器成本限制： 5112kpi SN f? ?? 貼附式 電池組件 安裝 收益 規(guī)劃 模型 綜合上述目標(biāo)函數(shù)及約束條件，可列出 貼附式 電池組件安裝收益 規(guī)劃 模型 如下： 2 4 2 431 1 1m a x 2 4 . 3 ( ) 1 0 0 . 5 ( )j i i i i i iif H n S n P W????? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計(jì) 7 2412412415112i i jii i jii i jikpin S Sn L Ln D DSN f???????????????? ????? ??????? (13) 模型 求解 太陽輻射總量的計(jì)算 根據(jù)模型準(zhǔn)備數(shù)據(jù)以及題目所給資料，運(yùn)用 matlab（ R20xxa ）軟件求得小屋房頂及各面的太陽輻射總量如下： 表 1 小屋房頂及各面太陽輻射總量 墻面 東 南 西 北 頂 輻射量 578700 1043400 872800 243200 3767900 安裝方案 的確定 根據(jù)屋頂及房屋各面的輻射總量以及目標(biāo)函數(shù)： 2 4 2 431 1 1m a x 2 4 . 3 ( ) 1 0 0 . 5 ( )j i i i i i iif H n u m S n u m P M????? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 運(yùn)用 matlab（ R20xxa ）軟件可求得小屋屋頂及房屋各面安裝電池板后收益如下： 表 2 房屋各面收益一覽表 屋面 北面 南面 東面 西面 頂面 收益（元） 由表 1中的數(shù)據(jù)可看出北面
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