2012年国赛优秀论文B149

杨利霞

2012年国赛优秀论文B149

! P/ z1 k+ t: ?1 E+ d3 H7 M8 S
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
, B; F1 Q- f! ~: B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，
! e. f0 H( C* v! |  w, 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，
% O7 S8 r, }! 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
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
, B+ a0 l: e. R9 p, S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
4 ^! J5 g9 ]/ H8 }1 V7 h2 @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
. n. R/ U6 w/ i) r" a( @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
太阳能小屋的发电效益指标如下表所示：
2 l9 z7 f1 O4 f+ ^0 [: @+ N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
  E' y7 T6 F! S% C& k! a- @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
3 g0 r2 h: C5 _7 L' @: d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
" Y$ j0 L& A% ]8 h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
-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
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
+ w1 Y# [/ I3 t. n9 m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
16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度
9 l9 r! c3 g+ |  o; B. G2 O& P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%，
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
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
! u5 P9 P' j3 j/ ]$ L' }0 U8 w1 P以得到更高的盈利。
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
+ @! p5 A4 U+ p* g. H0 M6 U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
' O( b+ s  k# r2 B8 c4 Y& M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
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
23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
# Q  U) ]) i+ v! T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
8 z: r4 x) t7 U7 V( P) D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。


& z% N7 M; Q# G4 P& k8 X+ k