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标题:
2012年国赛优秀论文B149
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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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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
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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,
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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,
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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
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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
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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
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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
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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
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太阳能小屋的发电效益指标如下表所示:
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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
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16.596 万元 46.787 万千瓦时 23.72 年 6.796 万元 0.36 元/度
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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
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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
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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
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-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
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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
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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
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方式,并得出太阳能小屋的发电效益指标如下:
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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
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16.596 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%,
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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
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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
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以得到更高的盈利。
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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
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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
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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
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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
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23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
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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
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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。
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