2012年国赛优秀论文B149

杨利霞

2012年国赛优秀论文B149

  A3 w) ]% O- G( q$ r- U
8 {0 ^7 J5 C4 Y( }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
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，
; W$ V+ g. q' }$ }# n, w+ \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，
) I3 g8 f4 W( 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
, g% I3 o$ m! ]7 S! i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% K6 r: h( Z! {+ Q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
+ n9 Y( z& d0 M; h% Q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
. [  A& L3 C& Z; F) u6 Q太阳能小屋的发电效益指标如下表所示：
8 N  K7 w( W  w% ?, m  H0 E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
8 u& V/ s. \& Z1 D$ Y3 `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
" \2 d9 ?5 `' _-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
6 ^( k6 A- O) Q$ {, i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
- a7 F! Y+ ?% R9 q, d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
# G! g- r  C1 a% u* R5 l16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度
6 n9 B0 L1 |: H3 ]# ?: X- d" K9 q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%，
0 j& T; U" T& `$ P+ P6 d/ p+ H; i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
8 h" d9 c7 F6 \+ _% ]' u以得到更高的盈利。
- j; `; K) \, @- d, l, W5 ?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
/ [% ]3 Z& g, i8 i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
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：
  G5 |& q3 t. w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
/ h& V( O0 e5 u6 h* g23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
+ O; y8 X" d1 z6 p$ P$ m5 K0 b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
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。
3 F) X! v1 p* |