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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。
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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，
9 R5 C! D4 f" C6 ]8 P5 t
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
: S. d. T0 d Q& g5 A
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
/ c1 k' ? [9 h6 K+ l* K
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
/ N p; E4 Y% t
太阳能小屋的发电效益指标如下表所示：
7 G4 @' k5 [6 u/ r" ^
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
/ _: ~4 B& B2 n
16.596 万元 46.787 万千瓦时 23.72 年 6.796 万元 0.36 元/度
U j7 @' b) y1 f% Y0 A8 E N
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
# |4 ^" B" F! D' z- K' A
方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
: S" N8 r' t& A$ ?( I$ x$ k3 z
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
- K& x8 E. W6 k* ?1 N
16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度
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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
4 r$ C# v% _# l9 l. N# H, O
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。
' ^* T0 C" m# G6 g9 b, T
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
, Z, h7 V% W: x4 L. t$ a5 u# N$ M
池组件连接方式，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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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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