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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( S* A$ B" O* S- n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
+ v# |8 G) o; s! g4 l; p9 L9 L方案，计算方案效能并重新设计了效能更好的太阳能小屋。
# ]( Y1 P' C2 l/ u/ c$ x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，
% X; D& `# E1 B& [8 B9 s; W- R/ C" h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，
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
5 x. P; o, \* L' f! Z; _% L' v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
7 z& _+ q) O: ~3 ?2 N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
( `4 ?+ q4 b* L: h0 F: I/ H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：
0 ~0 y" n: [# _# v2 u( ]' L* 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
16.596 万元 46.787 万千瓦时 23.72 年 6.796 万元 0.36 元/度
# T* N# X' c5 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
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
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
) j+ A  U% [( m* T, |% x-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
& T- s4 d3 E) j" U) Z( D方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
4 ~( s& A6 U. v2 z3 F/ R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
3 k$ t$ m/ i* v# e16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度
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 ?8 Q3 i) ]7 [  w) d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
1 Z' s  o  D( D, s. s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
$ W8 x0 e; m5 G' H+ H1 R: q以得到更高的盈利。
3 @( |2 ]; s8 u6 }) o( s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
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
( S; A1 q) _9 \; G( v  s- [23.422 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
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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