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TA的每日心情 | 开心 2021-8-11 17:59 |
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签到天数: 17 天 [LV.4]偶尔看看III 网络挑战赛参赛者 网络挑战赛参赛者 - 自我介绍
- 本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。
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2012年国赛优秀论文B045
7 O8 f& Y/ `1 G
) X1 @- p$ ]- W8 ]# Q e
/ p5 v/ C+ n8 ~5 ?: N8 x本文研究光伏电池在太阳能小屋外表面的优化铺设问题,使得小屋的总发电
4 \7 y& c1 P! H' Z: y量最大,而单位发电费用最小。经过简单的试算,我们发现发电量最大和单位发) D* i* o$ G0 {4 k# B3 \3 O% ^
电费用最小的目标不可能同时达到,当发电量变大的时候,势必将大幅增加成本,
2 c; f' f9 d8 X所以我们以效益函数作为我们的目标函数,力求找到一个发电量尽量大和单位发
7 U% j$ Z( U5 \& c0 l7 a$ b电费用尽量小的方案。$ s6 r6 E6 Z" x
问题一,我们根据太阳能小屋一年的光照条件,求得了各类电池在各墙面上9 c6 J- n8 t' u( o9 D( M" p
单位面积一年的发电量,结合各类电池本身的价格,得到各类电池在各墙面上的0 u( r. a: a, a, f7 L
适配指数(实际是一种单位效益指标)。
. R( `- [) y4 o- R2 O5 ?根据各类电池在各墙面上的适配指数判断各墙面适合何种电池,选择合适的' V1 l4 \ S! ~; m/ F
电池,淘汰效率低的电池。我们发现各墙面具有选择某一两种型号电池的倾向,% o# a& {6 s% |. M- d
利用这几种的电池对墙面进行铺设,利用剩余矩形排样法结合遗传算法优化铺设+ Q* `6 x+ {5 o1 q
方案,使得墙面电池的效益总和尽量高。8 r. R% |6 u9 F3 n9 ~
在确定墙面铺设的电池之后,根据电池总功率选择合适逆变器,使得逆变器% K m, I* E. w! e
的使用潜能最大。再根据电压约束确定电池串并联,最终得到电池的连接及铺设+ o! W& z( X5 C3 M3 \
的确定方案:屋顶 43 块 A3 用 SN6、SN13,南墙 8 块 A3 和 56 块 C6 用 SN12,西
2 c( [" b o& I' E% I墙 11 块 B5 用 SN3,SN4,东墙 20 块 C2 用 SN3。并得到 35 年发电总量 S=576301K
9 T6 q4 L6 T6 q7 h, k8 rWh,单位发电量成本P=0.42 元。再经过计算可得此种方案将在 30 年之后收1 M' V: Q; `; e$ W3 a- x. z& b
回成本。; Q1 s) q1 E% i; w4 }7 E4 Q5 G" I
问题二,根据太阳能小屋一年的光照条件,求得电池在屋面上单位面积一年
r: f4 Y+ s4 h7 z的发电量最大时的方位和斜角,忽略光线角度变化带来的小的电池板遮挡影响,. v# \3 |5 u7 ?, u# O/ o9 j
根据此电池板和墙面的关系,将电池在墙面上进行规律性密集铺设。
$ |+ w2 H: t/ C3 e% h9 D对于小屋的四周墙面,我们并不认为它们是进行光线采集的主要区域,对于) H! C. E* M' p- c- y
总体的效益贡献并不明显,所以决定不对它们进行角度改进。另外,这样的做法
2 _0 R8 O* J l符合房屋的实际应用和人们对于房屋的外观常识。, N. J" s! O/ d7 |- [
通过角度改进,屋顶放 32 块 A3 用两个 SN13,得到结果 35 年发电总量6 ?$ d6 d" l! n* V
S=444229KWh,P=0.44 元。再经过计算可得此种方案将在 31 年之后收回成本。
3 m# \9 |. T& z: S7 T+ U( f问题三,在题给约束条件下,设计高效益的太阳能小屋。在之前解题过程中,
* d$ p. b: u; C" l我们发现屋面的效益是小屋总效益最重要的部分,所以我们把这一部分的设计作' U4 Z! T, v, h+ W1 ^4 Y
为重点。在小屋设计中,增大朝阳屋面面积以及确定屋面合适的朝向可以直接的1 T; ?' K" T6 {4 f& |& X) `
增大屋面接受阳光的辐射量,电池类型的选择则会影响能量吸收的效率。另外,2 q6 O- k g) y4 D0 O9 o
第二问的结果实质上反映了高级电池为追求光线而争取的合理姿态,无疑,屋面
: q. j2 R, y g: h, \* F$ @若是迎合这样的姿态,并且结合高级电池的使用,必定可以达到高效益的目标。
! i. }. e" h# E3 p# y) R8 J; S而对于一些弱光墙面,选择合适电池进行紧密排布设计,使得小屋总效益趋于最# K! Q9 p7 G1 ]
大。最终结果为总发电量 S=771894kWh,P=0.37 元,25 年收回成本。! g: [( @, D8 O. [
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