高教社杯太陽能小屋的設(shè)計-在線瀏覽
2024-08-14 22:02本頁面
【正文】 A42704023B32102625B42403000C1100480C64C74C1012由可表1看出可以看出，在A單晶硅電池中，A3性價比比較高；在B多晶硅電池中，B3性價比比較高；在C薄膜電池中，CC7的性價比比較高。因此，不妨以小屋的南立面為例，設(shè)選擇A3型號的電池的個數(shù)為，選用逆變器的總費用為，若忽略逆變器的逆變效率，則一年后的發(fā)電量為： （22）35年后的總發(fā)電量為： （23）鋪設(shè)光伏電池的費用為： （24）則經(jīng)計算得到35年后能獲得的利潤為： （25）由于，則恒成立，即小屋南立面選用性價比最高的光伏電池也不能在35年內(nèi)收回建設(shè)成本。同理，可以得到小屋的其他側(cè)面以及屋頂采用性價比高的單一光伏電池在35年后能獲得的利潤如下表2所示：表 2 35年后每個鋪設(shè)面的所得利潤表鋪設(shè)面采用的單一光伏電池型號所得利潤東面墻B3西面墻B3北面墻C6南屋頂A1北屋頂C1開始輸入電池型號盈利否是逐一增加電池數(shù)目選擇虧損最小的方案此時電池的選擇小于墻體面積否是根據(jù)條件選擇合適的逆變器否是確定光伏陣列的連接方式輸出最佳方案結(jié)束圖 2 算法流程圖由表2中的所得利潤可以看出東面、西面和北面墻的情況與南面墻相同，即只要鋪設(shè)光伏電池就會虧損；而南屋頂和北屋頂?shù)那闆r卻是只要逆變器選配合理就能夠盈利。2. 屋頂應(yīng)盡量鋪設(shè)性價比高且高效的光伏電池，而且應(yīng)該充分利用屋頂?shù)拿娣e多鋪設(shè)光伏電池。為此可以采用如下算法實現(xiàn)光伏電池和逆變器的最優(yōu)化選擇。同時可以看出為了發(fā)電總量盡可能大，東、西、南、北四個墻面均鋪設(shè)了光伏電池，但35年后仍沒有回收成本。如果選擇只在屋頂鋪設(shè)，,，投資的回收年限是23年。 光伏電池板傾角的選擇由模型準(zhǔn)備中的式（1）—（8）可以得到傾斜平面上的太陽總輻射強度： （25）可以看出只是函數(shù)，由下圖3的曲線關(guān)系圖可以看出是關(guān)于傾角的單峰值函數(shù)。因此可以在12個月份里的同一天中取太陽高度角的所有時刻在斜面太陽輻射強度的均值，分別求出12個月對應(yīng)太陽輻射強度的斜面傾角（如表所示）：表5 太陽輻射強度的斜面傾角月份對應(yīng)傾角（弧度）對應(yīng)斜面的太陽輻射強度123456789874101155012再對這12個傾角取均值，即為兼顧全年斜面獲取最大太陽輻射強度最佳傾角，求得結(jié)果為。太陽方位角是太陽至地面上給定點連線在地面上的投影與北向的夾角，對于傾斜角為的斜面，陽光入射角為，這三個角的空間關(guān)系可以從圖（5）得到，如式（5）所示。由于陽光照射到光伏電池的角度隨日照時間的不同而變化，因此太陽輻射強度也隨著光伏電池板朝向的不同而有所差別。再選取該日太陽輻射強度最大時對應(yīng)的時角、赤緯角和太陽高度角，求得相應(yīng)的光伏電池的轉(zhuǎn)向角：表 6 光伏電池的轉(zhuǎn)向參數(shù)表日期日照開始時刻日照結(jié)束時刻最大輻射強度916091715817157181571915619071915718157181581715916159160再對這12個傾角取均值，即為兼顧全年光伏電池獲取最大太陽輻射強度的最佳傾角，求得結(jié)果為。表 8 35年內(nèi)的發(fā)電總量與經(jīng)濟效益鋪設(shè)的總費用（元）發(fā)電總量（KWh）年收入（元）總收入（元）利潤（元）西面墻861626965428134824866南屋頂204175總計215191由表中數(shù)據(jù)可知，西面墻和南屋頂均盈利，且南屋頂盈利更多?？偟匿佋O(shè)費用為203791元， KWh，投資的回收年限為22年，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)）示意圖如下：南屋頂?shù)姆纸M陣列連接圖：5組SN15A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1C6A1A1A15組SN15A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1A1C6A1A1A1南屋頂?shù)墓夥嚵羞B接圖：5．3 問題3模型的建立與求解如果重新設(shè)計一個小屋，那么可以根據(jù)問題2求解出的光伏電池的傾角和朝向來解決小屋的朝向和屋頂?shù)膬A角問題，即設(shè)計的結(jié)果是光伏電池既可以貼附也可以架空安裝在小屋的表面，同時又可以最大程度的利用太陽能輻射能量，并且此時的光伏電池可以延伸出屋頂。 模型的建立（1）目標(biāo)函數(shù)的確定根據(jù)問題1和問題2的求解結(jié)果可以知道，在光伏電池架空后，隨著傾角和轉(zhuǎn)角的重新確立，小屋的北墻面、東墻面和北屋頂均不再考慮鋪設(shè)光伏電池，由于可以架空，為了能夠獲得更大的利潤，可以把北面屋頂上方的空間按照南面屋頂?shù)姆绞竭M行鋪設(shè)，此時可以以光伏電池總的鋪設(shè)面積作為目標(biāo)函數(shù)，即以西墻面、南墻面和整個屋頂?shù)牡目偯娣e為目標(biāo)函數(shù)建立優(yōu)化模型。（2）約束條件的構(gòu)造建筑縱投影面積的約束。為保證電池在屋頂?shù)匿佋O(shè)面積盡量大，建筑屋頂最高點應(yīng)盡量高，建筑屋頂最高點則距地面高度要滿足： （32）由于建筑平面體型約束長邊應(yīng)≤15m，最短邊應(yīng)≥3m，則： （33）最低凈空高度距地面高度約束為： （34）建筑采光應(yīng)滿足窗地比約束，即： （35）建筑節(jié)能要求應(yīng)滿足窗墻比約束。東南天頂。由于做法相同，在此不再贅述。與問題1和問題2中的鋪設(shè)方案相比，總利潤有較大幅度提高，并且充分利用了屋頂?shù)目臻g，鋪設(shè)的費用都能夠收回，投入資金的回收年限為22年。屋頂?shù)姆纸M陣列連接圖：A1A1SN6A1A1A1A1A1A1SN6A1A1A1A1S
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