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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
) r4 A( \; G' \& C0 U& B

. P* i! |+ }6 D! j6 x" x
! x+ }* V) A: {* V; y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' R/ F1 {9 c2 ~& B- \) a% c; c' S7 r
方案，计算方案效能并重新设计了效能更好的太阳能小屋。% P, |7 ]: @+ P! `5 F& Y
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，+ A4 W+ I$ Q* g' w% Y' R! J
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，0 g8 J) x  m; _3 X! H; m
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 ~8 O  s2 l) y- U; K& E
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
$ B8 P9 i( E# x8 f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
8 ]$ X, h8 \8 p& W/ V4 Z1 ]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
' Q8 c: _. Z/ N$ V6 h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
& F8 {% Q/ O9 x# u4 q太阳能小屋的发电效益指标如下表所示：
2 s; H  U! p: e. X" s4 ^- y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$ e: M$ T8 B3 `* _% ]2 p: b+ g& |% |
16.596 万元 46.787 万千瓦时 23.72 年 6.796 万元 0.36 元/度1 n: b) Z% L$ V' A1 Y2 B
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0 h* ^* u  h; V8 j+ O4 t
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
& A, o2 A. L) y; i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
1 A8 F" D$ P1 t' q-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
6 m* }9 [% N: J% D# C0 e2 |) ^7 o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
! m" p: Y- S0 q0 r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
) [& t; A( @. t1 x* N& g方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
+ p& P6 {9 }  t9 c- ^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
8 j, }1 J  N# S9 E1 j: Q9 r16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度3 S% F* Q6 H4 F
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%，1 u) L2 M2 E- q% U1 n1 D2 Q9 a
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
( I- i  ?+ v/ e; P% ^6 m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
3 ^" o! g$ Q' Y5 f; o% g+ ~以得到更高的盈利。
8 i% B( m& f! c! Z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
8 Q& n2 T. {2 d  L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* N0 y+ t3 R/ ?
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, m9 G3 u+ L6 O4 Q
池组件连接方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
7 [* r3 A! p; |4 F  B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* d1 R, Y, Y+ {+ U* U1 W
23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
, y. ^, c8 t! L' A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
' v. K2 r+ D0 c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。 ' r. K0 N8 F) C, ^9 E

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