【正文】 墻體上安裝的光伏電池的安裝傾斜角改變比較受限制，而且墻體上安裝的光伏電池改變其傾斜角和方位角后，考慮到在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)占用較大的空間，造成一定的不方便，所以墻體上的光伏電池安裝鋪設(shè)方法仍然沿用貼附式安裝的設(shè)計(jì)方案。而只有屋頂?shù)匿佋O(shè)有所改變，即鋪設(shè)方式不變，而只是將光伏電池組件的傾斜角和方位角做出一定的改變。 表 10 架空式鋪設(shè)結(jié)果 指標(biāo) 設(shè)備成本 總發(fā)電量 回收年限 總盈利 單位發(fā)電量層本 （元） 17 （元） （千瓦時(shí)） （年） （元） 南墻 15057 — 798 西墻 13620 37989 — 5375 屋頂 137275 — 95332 總體 101505 由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)采用架空式鋪設(shè)方法時(shí)，在 35 年內(nèi)，總發(fā)電為 534939 千瓦時(shí)，總盈利為 101505 元，單位發(fā)電量成本為 元。所以從兩種鋪設(shè)方式的結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，架空式鋪設(shè)方式比貼附式的鋪設(shè)方式有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)于一個(gè)確定的地理位置，其接受太陽(yáng)輻射最大值所對(duì)應(yīng)的最佳傾斜角和方位角也會(huì)隨 之改變。不同季節(jié)中，最佳傾斜角及最佳方位角的取值是均不相同。 因此，若安裝后的光伏電池組件陣列的安裝角度仍可以改變，則為了獲得更大的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，可以根據(jù)上每個(gè)季度對(duì)應(yīng)的最佳傾斜角和方位角對(duì)電池組件陣列進(jìn)行調(diào)整，使其以最佳角度接受太陽(yáng)輻射。通過(guò)計(jì)算得到不同月份中的最佳傾斜角和最佳方位角數(shù)據(jù)列入下表： 表 11 各月最佳角度表 月份 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一 月 十二 月 最佳傾斜角(度 ) 62 56 39 21 12 9 9 17 30 45 58 61 最佳方位角(度 ) 16 31 27 24 39 35 42 27 18 2 8 7 通過(guò)對(duì)每個(gè)月的最佳傾斜角和最佳方位角的確定，可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)月的取值都不同。 當(dāng)然，太陽(yáng)的輻射角度時(shí)刻都在變化，如果可以實(shí)現(xiàn)電池角度對(duì)光線的實(shí)時(shí)跟蹤，即電池陣列的傾斜角和方位角時(shí)刻都對(duì)應(yīng)與接受最大太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，那么就可以在這方面實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的最大限度的利用。所以南面墻體的太陽(yáng)能利用率并不高。 自建太陽(yáng)屋的設(shè)計(jì)的原則是： 18 1. 優(yōu)先考慮太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較強(qiáng)的房屋表面設(shè)置 2. 著重考慮設(shè)備的優(yōu)選和鋪設(shè)方式的優(yōu)化設(shè)計(jì) 自建太陽(yáng)屋的設(shè)計(jì)思路如下： 首先，通過(guò)前兩問(wèn)的分析可以發(fā)現(xiàn)，屋頂受到的太陽(yáng)輻射最強(qiáng)烈也最持久。由于在大同當(dāng)?shù)氐娜晏?yáng)輻射強(qiáng)度最大值對(duì)應(yīng)的 最佳傾斜角為 ?32 ，最佳方位角為 ?20 ，所以屋頂?shù)膬A斜角設(shè)定為 ?32 ，方位角為?20 以接受最大的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度值。在此，為簡(jiǎn)化模型的建立，先假設(shè)電池陣列的面積是可連續(xù)變化的。 在設(shè)計(jì)房屋的過(guò)程中，房屋的尺寸除了要使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最大值，還會(huì)受到 一些約束。 所以在優(yōu)化房屋尺寸設(shè)計(jì)過(guò)程中的約束條件為： . ????????????????15315374212134xxxxxx 52 其中， 1x 為南墻的寬度； 2x 為東墻的寬度； 3x 為南墻的高度， 4x 為北墻的高度而各個(gè)外表面的面積可由下列計(jì)算公 式求得： 416432543421334123112)()ta n(s in)(xxSxxxSSxxxxSxxxSxxS???????????? 53 在優(yōu)化房屋尺寸的模型中，各個(gè)外表面的面積均按其連續(xù)值計(jì)算，而在實(shí)際 光伏電池鋪設(shè)的過(guò)程中，由于電池組件是有確定的尺寸的，所以在一面墻體上能產(chǎn)生電能的面積通常不等于其實(shí)際面積。最終得到太陽(yáng)屋的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸規(guī)格如下圖所示 圖 9 自建太陽(yáng)屋立體圖 關(guān)于太陽(yáng)屋的各個(gè)外表面的光伏電 池組件陣列設(shè)計(jì)的確定，本問(wèn)題仍沿用前兩問(wèn)的組合排布規(guī)律，由此得到各表面的最優(yōu)電池組件聯(lián)接方式和各表面的最優(yōu)鋪設(shè)方式。（相應(yīng)的電池組件及逆變器規(guī)格表見附錄二） 由于篇幅有限，因此其他表面的光伏電池組件的聯(lián)接方式和 鋪設(shè)方式記錄于附表中。 表 12 自建房屋鋪設(shè)結(jié)果 指標(biāo) 設(shè)備成本 （元） 總發(fā)電量（千瓦時(shí)） 回收年限 總盈利 （元） 單位發(fā)電量成本 （元） 南墻 21820 90153 — 23261 西墻 8820 23373 — 2868 東墻 8820 23373 — 2888 南向屋頂 187750 603603 — 114066 水平屋頂 21672 — 3834 總體 762218 146917 由上表所示的數(shù)據(jù)可知，自建太陽(yáng)小屋在 35 年之內(nèi)的總發(fā)電量為 762218 千瓦時(shí)，總盈利為 146917 元，單位發(fā)電量成本為 元。所以從兩種設(shè)計(jì)的結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，自建太陽(yáng)小屋的各項(xiàng)性能較優(yōu)。 2. 在確定傾斜面的最佳方位角時(shí)，由于求導(dǎo)方式的難解性，運(yùn)用步進(jìn)搜索算法將其值較為簡(jiǎn)便精確地求出。 缺點(diǎn) 21 ，最佳傾斜角和最佳方位角的確定都是獨(dú)立的，并沒(méi)有考慮兩者之間的相互影響，可能會(huì)對(duì)其值的精確度有一定影響?？梢园涯厦婵沼蛎娣e與收益偏低的電池板撤下該加一面窗戶增加采光量。clc a=xlsread(39。,39。,39。)。39。sheet239。A1:M1839。%逆變器的信息 P=b(:,3).*b(:,4)。pai2=[]。amp。k,h,i]。 for i=1:m for j=1:600 if j*a(pai(i,2),1)*pai(i,3)=P(pai(i,1))amp。j*a(pai(i,2),4)=b(pai(i,1),4) pai2=[pai2。 %break end end end 北墻鋪設(shè)方案程序 （ 其余幾面同理 ） clear。39。sheet139。B1:H2439。%電池的信息 b=xlsread(39。,39。,39。)。39。sheet339。B1:F2439。%發(fā) 電量 d=xlsread(39。,39。,39。)。 f=5。%各面的面積 r=[]。 q_=q/(d(i,3)*d(i,4)*a(d(i,2),7))。d(i,:),q,q_,(d(i,3)*d(i,4)*a(d(i,2),7))]。i]。 光伏電池組合 clear。 %研究光伏電池與逆變器的匹配組合問(wèn)題 %1 電池型號(hào) 2 組件功率 3 開路電壓 4 短路電流 5 轉(zhuǎn)換效率 6 長(zhǎng) 7 寬 8 厚 9 價(jià)格 gfdc=[1 215 1580 808 40 2 325 1956 991 45 3 200 1580 808 35 26 4 270 1651 992 40 5 245 1650 991 40 6 295 1956 991 45 7 265 1650 991 40 8 320 1956 991 45 9 210 1482 992 35 10 240 1640 992 50 11 280 1956 992 50 12 295 1956 992 50 13 250 1668 1000 40 14 100 138 1300 110015 15 58 1321 711 20 16 100 99 1414 1114 35 17 90 1400 110022 18 100 100 1400 110025 19 4 310 355 20 4 615 180 21 8 615 355 22 12 920 355 23 12 818 355 24 50 55 1645 712 27 ]。 27 A=[]。amp。 %最少串聯(lián)數(shù)目 max_num = floor(nbq(j,5)/gfdc(i,3))。 end A=[A。 end end end [m,n]=size(A)。 for i=1:m dianchizu_gl = A(i,4)*gfdc(A(i,2),3)*gfdc(A(i,2),4)。i]。 A 計(jì)算任意角度時(shí)的盈利 clear。39。sheet39。E4:K876339。 dc=xlsread(39。,39。,39。)。39。sheet239。A1:M1839。%逆變器的信息 d=xlsread(39。,39。,39。)。 n_zs=fushe(:,5)*fushe(:,2)。 x_zs=fushe(:,6)*fushe(:,2)。 N=26。%傾斜角 b=pi/2。ca=cos(a)。cb=cos(b)。 else fushe_ry=x_zs*sa*sb+n_zs*sa*cb+sp_zs*ca+fushe(:,2)*(pia)/pi。 end if fushe_ry(k)200 fushe_ry(k)=fushe_ry(k)*dc(m,8)。 end S(m)=sum(fushe_ry*dc(m,1)/1000)/1000。c=S。r=[]。 q_=q/(d(i,3)*d(i,4)*dc(d(i,2),7))。d(i,:),q,d(i,3)*d(i,4)*c(d(i,2))*nbq(d(i,1),10)*,q_,(d(i,3)*d(i,4)*dc(d(i,2),7)),c(d(i,2))]。i]。 計(jì)算屋頂盈利 clear。39。sheet139。B1:H2439。%電池的信息 b=xlsread(39。,39。,39。)。39。sheet339。B1:G2439。%發(fā)電量 d=xlsread(39。,39。,39。)。 f=6。%各面的面積 r=[]。 q_=q/(d(i,3)*d(i,4)*a(d(i,2),7))。d(i,:),q,q_,(d(i,3)*d(i,4)*a(d(i,2),7))]。i]。 計(jì)算最佳角度 clear。39。sheet39。E4:K876339。 dc=xlsread(39。,39。,39。)。 n_zs=fushe(:,5)*fushe(:,2)。 x_zs=fushe(:,6)*fushe(:,2)。 for m=1:24 for i=1:91 for j=1:91 a=(i1)*pi/180。 sa=sin(a)。 sb=sin(b)。 if sb0 fushe_ry=d_zs*sa*sb+n_zs*sa*cb+sp_zs*ca+fushe(:,2)*(pia)/pi。 end for k=1:8760 if fushe_ry(k)dc(m,9) fushe_ry(k)=0。 end end S(i,j)=sum(fushe_ry*dc(m,1)/1000)/1000。 fdl=[fdl。 end [x y]=find(S==max(max(S))) 計(jì)算任意角 度時(shí)的盈利 fushe=xlsread(39。,39。,39。)。39。sheet139。B1:K2439。 nbq=xlsread(39。,39。,39。)。39。sheet339。A27:D3730439。%排列信息 sp_zs=fushe(:,1)fushe(:,2)。 d_zs=fushe(:,4)*fushe(:,2)。 fdl=[]。%各面的面積 a=pi/2。%方位角 for m=1:24 sa=sin(a)。 sb=sin(b)。 if sb0 fushe_ry=d_zs*sa*sb+n_zs*sa*cb+sp_zs*ca+fushe(:,2)*(pia)/pi。 end for k=1:8760 if fushe_ry(k)dc(m,9) fushe_ry(k)=0。 end fushe_ry(k)=fushe_ry(k)*dc(m,10)。 end S=S39。Q=[]。 for i=1:37278 q=d(i,3)*d(i,4)*c(d(i,2))*nbq(d(i,1),10)**(d(i,1),13)d(i,3)*d(i,4)*dc(d(i,2),6)。 Q=[Q。 if (d(i,3)*d(i,4)*dc(d(i,2),7))N r=[r。 end end Q(r,:)