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标题:
2012年国赛优秀论文B113
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作者:
杨利霞
时间:
2019-9-30 15:38
标题:
2012年国赛优秀论文B113
2012年国赛优秀论文B113
7 N) Y" y/ x$ Z o- V. J8 M
. H2 d2 T5 H k+ M8 c, c
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设计太阳能小屋,研究光伏电池在小屋外表面的优化铺设问题,本文利用松弛解法
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的思想,先将实际问题数学化,再将数学问题实际化,得到最优的铺设方案,并取得了
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较好的经济收益。
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针对第一个问题,利用贴附方式对小屋部分外表面进行光伏电池的铺设的工作,因
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为电价是固定的,最大光伏发电总量也代表着最大收益,本文以最大收益额和最小单位
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发电量的费用为目标函数建立第一个模型,并利用松弛解法求得它们的上下界。斜面上
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辐射量可根据已有光学关系求得。再根据太阳光在不同墙面的年辐射量和不同电池的转
# W2 s7 N- Z+ s' r& I. ]
化效率计算出每块电池在不同面一年内单位面积转化出的电能。在铺设电池板的过程
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中,我们以利润最大为目标,针对每个面选择性价比最高的电池组件,并根据调整串并
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联,选择性价比最高的逆变器。我们最终得到的结果为对屋顶南面、南立面、西立面三
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个面铺设光伏电池,小屋在 35 年内获得的光伏发电总能量为 542027.7KW,收益约 7.6
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万元,在第 25 年收回投资。
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针对第二个问题,我们采用逐步搜索的方法。先改变电池板的朝向和倾角来获取更
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多的辐射量,我们先控制方位角不变,选择最优的倾角。再以最大发电量最大作为目标
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建立模型,得到相应的倾角 β =36.6
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7 z1 G' _+ q* j$ _" A
和朝向角 γ =7.6
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。我们只对屋顶的光伏电池进行架
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空安装,并且将屋顶背阳面拓展成与向阳面衔接,使得总的有效辐射面增加。计算方式
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同第一个模型,能够比原来多安装 6 块 A3 电池,收益也相应增加,其他墙面的贴附方
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式不变,小屋在 35 年内获得的光伏发电总能量为 692088.52KW,收益约为 12.8145 万
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元,在第 19 年收回投资。
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针对问题三,设计太阳小屋能够转化光能,使受益最大就需要尽可能大的接受面积
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和尽可能多的光照强度。通过对一二问的分析得到,房屋顶的太阳辐射对整体的影响最
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大,所以重点是使得屋顶的面积足够大,以问题二解得的倾角和朝向角可提高接收的光
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照强度。以理想收益最大的目标函数,通过问题一松弛解法估计各个面最划算的电池板
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和附录中对房屋要求的限制作为条件,解得优化的小屋长 15m、宽 3.5m、高 2.8m,见
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图 11 然后按照现实的排列进行改进,计算总成本为 245840 元,35 年总发电量 746110kw
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总收益 127215 元,在第 23 年收回投资。
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