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标题: 2012年国赛优秀论文B149 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2019-9-30 15:36
标题: 2012年国赛优秀论文B149
2012年国赛优秀论文B149
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$ f5 v8 g& ?) h* W$ W- h% u+ t) m7 t# t
本文针对太阳能小屋设计问题，对小屋的每个墙面分别给出具体的电池铺设& ~6 E$ c6 \. |1 c) j
方案，计算方案效能并重新设计了效能更好的太阳能小屋。
9 o- k5 v7 h2 M0 J# r  `. D针对问题一，考虑贴附安装方式，首先建立任意斜面太阳能辐射量的模型，- i5 X# g* T: H" T) h  x+ {, y
得到该小屋各墙面的太阳能辐射值；其次根据各逆变器的功率、电压、电流约束，& n5 V, M1 w# Q% c) {- S
在电池寿期内的使用效率，建立组件匹配筛选模型，得到逆变器与光伏电池的所! {0 J3 T. n- ?0 d5 ?9 v
有可行匹配，根据不同墙面的太阳辐射强度以及光伏电池转换效率，计算出各个% E8 Z  D$ K% y( o9 W- Q  }
电池阵列在不同墙面的发电量及设备成本，以最大收益率为目标函数对电池阵列
, O& c5 H  H7 |$ r& l单位面积收益进行排序；最后根据门窗分布位置与面积限制，选择收益率最高的
+ o- }# v9 d% b8 W( I) v% |组件优先进行铺设。绘出了各墙面的组件阵列分布及电池组件连接方式，并计算
, Y5 Y# L% H5 U7 k. A太阳能小屋的发电效益指标如下表所示：
- z' Z: s' l* q& a2 l设备成本 35 年总发电量 回收年限 35 年总盈利 单位发电量成本
$ P& Y& w" r; C% y9 E; O3 R, l7 R- B16.596 万元 46.787 万千瓦时 23.72 年 6.796 万元 0.36 元/度! j3 _! c8 s0 S" z- p2 W
针对问题二，由于电池的朝向与倾角均会影响电池工作效率，在采用架空式; E6 [) n# \0 A0 j7 k
铺设方法时，首先考虑最优倾角和最优的方位角，建立最佳倾角模型
9 u, O/ K  {, _) E, ?得到全年最优倾角为 32 度；最优方位角采用搜索算法，在方位角的取值区间4 B$ H# |# |- R. K6 f
-180~180°内，采用固定步长的方法计算全年的太阳辐射强度，得到使全年太阳' W) {0 p/ E  R" V& j
辐射强度最强的方位角为 20 度；其次，据最优倾角和方位角，按照问题一的选
9 W9 D' [$ E9 D4 m( |7 f配模型对光伏电池组件重新铺设，绘出了各墙面的组件阵列分布及电池组件连接
) e. ]" R& E% r+ K" b5 I" H方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
# G3 v7 `  \. ]* s6 h8 k设备成本 35 年总发电量 回收年限 35 年总盈利 单位发电量成本
: L! S$ i- M! `4 d, h16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度4 M1 s  Z" F" q7 Y/ @3 S# X
与贴附式设计方案相比，架空式方案总发电量增加 14.3%，总盈利增加 49.4%，+ C, w0 p( y( G% l- {: ?
单位发电量的成本比原来降低 12.7%。另外给出了大同地区每月太阳板最优倾角
9 l# f+ r& j* F. W' C) ]5 ~和方位角，指出在人工费用允许的情况下，通过每月调节太阳板倾角和方位角可
% g! c+ Z- \1 |- ^3 b% O以得到更高的盈利。
* t2 J( [4 R; F针对问题三，总结了原太阳能小屋设计的不足，在完全使用投影面积的情况; E) K- _# a$ s* D1 p" M" q
下，设计了朝向为南偏西 20 度，屋顶倾角为 32 度的小屋，以最大收益及最大发* A. Z! e4 t7 n  w# v( X) r8 P, B
电量为目标，规划了新的光伏电池铺设方案，绘出了各墙面的组件阵列分布及电
  @5 s+ b5 [/ m+ d! W6 W' R8 F池组件连接方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：  O' a/ z$ `4 `) t' E' l9 n& g* u
设备成本 35 年总发电量 回收年限 35 年总盈利 单位发电量成本
. x+ ^. t3 `( t2 y; i! c# T23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
5 F& i7 E6 n: Q4 s与原太阳能小屋的设计方案相比，总发电量增加 42.5%，总盈利增加 44.7%，而- S) v# Y, _6 C5 h: h+ y
单位发电量的成本与原来持平。结果表明，自建太阳小屋的各项性能较优。
) _4 `4 P, @5 F; o! C2 F2 {. Q* ~0 _  b

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