【正文】 ，選配逆變器，計算相應(yīng)結(jié)果。 分析 問題一 分析 本題只考慮貼附安裝方式，由題目可知在選擇安裝太陽能電池板時，要考慮如何安裝才能使得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，因此在解決本題時我們需要列出 只安裝電池板時， 發(fā)電量最大而費用最少的目標(biāo)函數(shù)，并將發(fā)電量最大轉(zhuǎn)化為收益最大，從而將多目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)，建立優(yōu)化模型解決。 問題二 分析 眾所周知，地球的“自轉(zhuǎn)”形成晝夜的變化，地球的“公轉(zhuǎn)”形成四季的變化。由于在光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究中，往往利用每小時平均光強(qiáng)和每小時平均溫度等氣象數(shù)據(jù)計算光伏陣列每小時的發(fā)電量。 光伏系統(tǒng)分為固定式光伏系統(tǒng)和安裝了跟蹤裝置的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于跟蹤裝置比較復(fù)雜，初始成本和維護(hù)成本較高，目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用跟蹤裝置的相對較少。 由于本文需要全年負(fù)載符合均勻的光伏電池系統(tǒng)，因此確定光伏電池板的傾斜角是獲得安裝方案的重要環(huán)節(jié) 。運用所求傾斜角求得 本斜面上的太陽輻射量。 問題三 分析 問題三要求根據(jù)相 關(guān)要求為大同市重新設(shè)計一個小屋，并對小屋進(jìn)行光伏電池組鋪設(shè)。 工作效率，那么在重新設(shè)計小屋時，應(yīng)盡可能的將小屋的外形設(shè)計成有利于提高光伏電池組工作效率的樣式。 最后，在將小屋重新設(shè)計的基礎(chǔ)上，對小屋進(jìn)行優(yōu)化鋪設(shè)。斜面的總輻射量計算如下： 朝向赤道斜面上的太陽輻射量，通常采用 Klein 的計算方法，傾斜面上所接受到的太陽輻射總量 TH 由直接輻射量 btH 、天空散射輻射量 dtH 以及地面反射輻射量 tH? 組成，即： T bt dt tH H H H ?? ? ? （ 1） btH 與水平面上的直接輻射量 39。 水平面上的日落時角 為 ： ? ?1co s tan tanS? ? ??? ? ? (4) 東 北 南 z? 水平面 傾 斜面 太陽 S n ? A r z ? r? 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計 5 斜面上的日落時角 為 ： ? ?1m in c o s ta n ta nsST ?? ? ? ????? ? ????? ??? (5) 通過對附件 1數(shù)據(jù)的分析，并借助 matlab 軟件，首先統(tǒng)計數(shù)據(jù)并運用方差法計算得每月的典型日期，然后對 12 個月的典型日期，運用方差法同樣可以得到當(dāng)年的典型日期，以此作為 n . 太陽 赤緯角 為 ： 2 ( 2 8 4 )2 3 .4 5 sin365 n?? ???? ???? (6) 其 中 ： n 為 日期序號， n 由方差法確定。 大氣外層的水平輻射量可由下式求出： 0 24 36 01 0. 03 3 c os c os sin sin sin36 5 18 0SC S SnHI ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? (8) 其中 ： scI 為太陽常數(shù)。 其 目標(biāo) 為 全年太陽能最大 發(fā)電 總量 和建設(shè)成本最低 。因此各組件的 35 年發(fā)電時間可折合成等效發(fā)電時間為：10+15*90%+10*80%= 年。 由于小屋光伏電池板在 其 壽命時間內(nèi)不存在任何的損壞維修 ， 因此 電池板的花費成本為： 241 ()c i i iif n P W?? ? ?? （ 11） 其中， iP 為電池每峰瓦的價格， iW 為 電池組件功率。 其余各面在不考慮逆變器的情況下所需的電池板數(shù)如 下： 表 3 南、東、西、頂四面需要安裝的最大電池板數(shù)目 電池板型號 南面 東面 西面 頂面 A3 0 0 0 42 B1 0 0 0 1 B2 0 0 0 1 B4 0 0 0 1 B5 0 0 0 1 C1 11 16 18 0 C2 1 0 0 0 C3 1 0 0 0 C7 6 3 3 1 C8 0 2 0 0 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計 8 C9 1 0 1 0 C10 0 2 2 0 注：表中未顯示的電池型號均未使用 根據(jù)表 3中小屋屋頂及各面墻選擇電池板的數(shù)目從而確定各面墻輸入逆變器的功率，通過對附件 5 的數(shù)據(jù)處理得到各逆變器的標(biāo)準(zhǔn)輸入功率如 下 ： 表 4 各逆變器的標(biāo)準(zhǔn)輸入功率 逆變器 SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 SN6 SN7 SN8 SN9 輸入 功率 600 1200 1152 2304 3504 5520 3300 5610 11110 逆變器 SN10 SN11 SN12 SN13 SN14 SN15 SN16 SN17 SN18 輸入 功率 22220 1100 2200 3344 5566 8338 10648 26000 26000 根據(jù)表 4 可得到各面墻 安裝電池后 產(chǎn)生功率如 下： 表 5 各墻面 安裝電池板后 產(chǎn)生功率 屋面 南面 東面 西面 頂面 墻產(chǎn)生功率（ W） 考慮到經(jīng)濟(jì)以及安裝的復(fù)雜程度，本文優(yōu)先選擇電量接近的 1 個逆變器。 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計 9 南立面電池組件連接分組陣列及功率示意圖 如 下 ： 圖 3 南立面電池組件連接及功率示意圖 頂面電池組件安裝圖如 下 ： 圖 4 頂面電池組件安裝示意圖 注： 黃色矩形為 A3 單晶硅光伏電池組件 。 h ，屋頂 總發(fā)電量為 1019279 kw h， 模型的建立與求解 最佳傾角 的求解 [14] 朝向赤道斜面上的太陽輻射量，通常采用 Klein 的計算方法 ，傾斜面上所接受到的太陽輻射總量 TH 由直接輻射量 btH 、天空散射輻射量 dtH 以及地面反射輻射量 tH? 組成，即： tdtbtT HHHH ???? btH 與水平面上的直接輻射量 )( 39。 水平面上的日落時角 為 ： ? ?1co s tan tanS? ? ??? ? ? 太陽能小屋外表面電池組件優(yōu)化鋪設(shè)的設(shè)計 11 斜面上的日落時角 為 ： ? ?1m in c o s ta n ta nsST ?? ? ? ????? ? ????? ??? 太陽 赤緯角 為 ： 2 ( 28 4 )23 .45 si n 365 n?? ???? ???? 其中： n 為日期序號， n 由方差法確定。大氣外層的水平輻射量可由下式求出： 024 36 01 0. 03 3 c os c os sin sin sin36 5 18 0SC S SnHI ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? (14) 其中， scI 為太陽常數(shù)。如當(dāng)?shù)鼐暥葹?? ，通常總有 ???? ?? )( ，因此傾斜面上日落時角 s? 和水平面日落時角 st? 相等，這時可直接推導(dǎo)出最佳傾角的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對于夏半年，最佳傾角往往接近于 0，甚至為負(fù)值。因此，本文使用陰影轉(zhuǎn)換的方法，可以方便的計算出陣列間距及所需電池板數(shù)目。此陰影面積可以等效為問題一中貼附電池板的面積，從而將求陣列間距問題轉(zhuǎn)化為問題一中求貼附電池板的面積。 架空式 電池組件 安裝 收益 規(guī)劃 模型 本題是在問題一的基礎(chǔ)上求得最佳傾斜角建立優(yōu)化模型。 根據(jù)第一問的貼附式 電池組件安裝收益 規(guī)劃 模型 可以改進(jìn)的到 架空式電池組件安裝收益 規(guī)劃 模型如下： 24 2431 1 1m a x 2 4 .3 ( / c o s( a r c c o s( 0 .9 8 2 8 7 ) ) ) 1 0 0 .5 ( )j i i i i i iif H n S n P W?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? 2412412415112i i jii i jii i jikpin S Sn L Ln D DSN f???????????????? ????? ??????? (25) 模型求解 根據(jù)前面 公式 (25)運用 matlab（ R2020a ）求得 ?337.?? 根據(jù)建立模型運用 matlab（ R2020a ）軟件算