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标题: 2012年国赛优秀论文B045+matlab程序 [打印本页]

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作者: 杨利霞    时间: 2019-9-30 14:38
标题: 2012年国赛优秀论文B045+matlab程序

2012年国赛优秀论文B045

5 k0 T4 D( f% \. Y6 A4 a+ ]
7 L4 k) q( d5 y2 K$ o# G本文研究光伏电池在太阳能小屋外表面的优化铺设问题，使得小屋的总发电
量最大，而单位发电费用最小。经过简单的试算，我们发现发电量最大和单位发
电费用最小的目标不可能同时达到，当发电量变大的时候，势必将大幅增加成本，
6 O' n4 l* x: I) ?0 A所以我们以效益函数作为我们的目标函数，力求找到一个发电量尽量大和单位发
2 J) C: t/ `; `1 h/ ]电费用尽量小的方案。
8 N( n( l0 ]$ i; b- s问题一，我们根据太阳能小屋一年的光照条件，求得了各类电池在各墙面上
. |1 ]2 D2 B" ]( Y; ]单位面积一年的发电量，结合各类电池本身的价格，得到各类电池在各墙面上的
5 `. h7 g1 b2 `" Y6 T8 c2 J: G适配指数（实际是一种单位效益指标）。
根据各类电池在各墙面上的适配指数判断各墙面适合何种电池，选择合适的
电池，淘汰效率低的电池。我们发现各墙面具有选择某一两种型号电池的倾向，
7 M1 Z/ A% O1 W. C7 r利用这几种的电池对墙面进行铺设，利用剩余矩形排样法结合遗传算法优化铺设
方案，使得墙面电池的效益总和尽量高。
在确定墙面铺设的电池之后，根据电池总功率选择合适逆变器，使得逆变器
的使用潜能最大。再根据电压约束确定电池串并联，最终得到电池的连接及铺设
4 B$ Y2 {$ w6 \: j" Q的确定方案：屋顶 43 块 A3 用 SN6、SN13，南墙 8 块 A3 和 56 块 C6 用 SN12，西
墙 11 块 B5 用 SN3，SN4，东墙 20 块 C2 用 SN3。并得到 35 年发电总量 S=576301K
Ｗh，单位发电量成本Ｐ＝０.42 元。再经过计算可得此种方案将在 30 年之后收
7 q- e$ F+ D) J) J回成本。
问题二，根据太阳能小屋一年的光照条件，求得电池在屋面上单位面积一年
- F- C9 I) [' ^1 N! h6 N的发电量最大时的方位和斜角，忽略光线角度变化带来的小的电池板遮挡影响，
1 l/ m1 J- K4 M/ G- F# A根据此电池板和墙面的关系，将电池在墙面上进行规律性密集铺设。
" k/ U7 C* Y: {9 _" b对于小屋的四周墙面，我们并不认为它们是进行光线采集的主要区域，对于
总体的效益贡献并不明显，所以决定不对它们进行角度改进。另外，这样的做法
1 u# Z# R, Q8 V3 s2 |1 o1 g符合房屋的实际应用和人们对于房屋的外观常识。
通过角度改进，屋顶放 32 块 A3 用两个 SN13，得到结果 35 年发电总量
5 @2 W# p0 X) K/ H$ oS=444229KＷh，Ｐ＝0.44 元。再经过计算可得此种方案将在 31 年之后收回成本。
$ H, {: x4 l2 p7 m- s0 T( Q问题三，在题给约束条件下，设计高效益的太阳能小屋。在之前解题过程中，
我们发现屋面的效益是小屋总效益最重要的部分，所以我们把这一部分的设计作
/ j2 I. P5 n/ w2 R9 z为重点。在小屋设计中，增大朝阳屋面面积以及确定屋面合适的朝向可以直接的
0 L: }3 o0 }: \9 k# G3 H6 s增大屋面接受阳光的辐射量，电池类型的选择则会影响能量吸收的效率。另外，
5 _% V3 B1 Z' n2 h& d! I* W, R1 x第二问的结果实质上反映了高级电池为追求光线而争取的合理姿态，无疑，屋面
$ a7 r5 v' y3 C. B/ e  G$ ~* e若是迎合这样的姿态，并且结合高级电池的使用，必定可以达到高效益的目标。
* Z1 a  o2 E) }/ ]8 k  Z而对于一些弱光墙面，选择合适电池进行紧密排布设计，使得小屋总效益趋于最
; ]. F. r8 T# f  L0 b% B大。最终结果为总发电量 S=771894kWh，P=0.37 元，25 年收回成本。
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