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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
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. 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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符合房屋的实际应用和人们对于房屋的外观常识。
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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
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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,
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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
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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
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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,
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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
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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。
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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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