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标题:
2012年国赛优秀论文B045+matlab程序
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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
! z; c/ N) ? u: Q
. f s; X# u1 A# `; R
/ B+ S! i' y* b2 L
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
) r! w% s! X" q5 v; N4 d
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
2 z- z) [! E( X+ @0 x7 f6 J O
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，
a3 v/ U8 R6 K+ P! X' q: F q
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
" v1 V J4 Q3 Q' ^
电费用尽量小的方案。
! c) V- h8 C( k' K
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
; G, k# J. [2 ^- e
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
- f' ^' {* b; n
适配指数（实际是一种单位效益指标）。
$ g7 |. q* p1 [* Z, |% o
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
* M- [' q- s$ p6 i9 F
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，
4 Q/ E/ }8 T Z$ }1 R1 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
+ y/ A. R F# Q$ x
方案，使得墙面电池的效益总和尽量高。
2 a4 v# y7 Z) Z/ z8 W% e
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
# h/ p! e/ a C# W" m
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 J- u, K. x6 L: T
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
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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
( G! V+ H4 K# ?
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
# m6 f/ M/ n+ p
回成本。
" v/ x' j% A+ B4 z+ j" s
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
+ |) D0 ^) j, s! \
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，
6 g" k0 E4 o4 a/ h3 e2 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。
' |8 }6 M8 A# M* a7 U* x
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
' }* r! Q' `! N/ k1 K9 h8 Y
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
7 i! |( z/ N7 i9 a) {: e8 {, S1 {
符合房屋的实际应用和人们对于房屋的外观常识。
+ |' i' b0 x- p0 C2 S2 _; c' P. W
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
. ]' s. H$ x' I/ B$ z' G
S=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。
0 k( Q; v6 x6 ~, T, K7 x5 M% W/ P6 v3 {) k
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，
0 ?. ^2 c* r5 @9 P Z+ g
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
6 z, ^2 |$ i! b C, Y. J3 b
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
$ g" I- {3 u! S" C) 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，
) U; r0 U( w/ U3 y! z( p6 ?
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
6 Z0 C9 F3 g7 V" O+ Y
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。
2 y7 W: j: n+ u8 W5 w" I
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
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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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