2012年国赛优秀论文B149

杨利霞

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
- D: f" u  o! m7 A3 K7 Y. 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。
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，
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，
) K4 T; C# u3 R5 i$ v3 @3 N* A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
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
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
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
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
; ?) F$ \( G# T# _  e太阳能小屋的发电效益指标如下表所示：
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
16.596 万元 46.787 万千瓦时 23.72 年 6.796 万元 0.36 元/度
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
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
. r& v! B; Z/ O$ n* O8 s$ R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
: i, @! g; N7 H# k- r% ]% M2 A, ~: I-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
1 q/ Q% M4 O/ X9 X6 \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
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
方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
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
5 |9 D0 v% {, d6 V6 f16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度
  j6 c; k7 I: @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%，
2 R7 Q0 h$ ~" g! B$ h! P+ G+ t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
, F4 G" G  a) `8 e* Q9 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
以得到更高的盈利。
8 }7 [/ P+ W3 Q' C( J/ b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
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
& A0 i5 V. s/ k1 c. o+ E! d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
3 t$ z6 b1 Q+ i! d池组件连接方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
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
: `1 Z1 u) t* O6 S% O% D, w% t23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
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
: L! ^6 |7 ~( A, u: |+ t1 s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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