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
" O3 w% h: V6 t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，
% z/ P3 g* T9 R; d8 b; A; o' c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，
, {( ]$ H7 t) N: v9 r. `2 f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
8 x3 @0 p1 b8 d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
+ B3 j6 }4 I, x. F$ R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
- g, R- |  X# Z8 i: D3 Y* f+ ]/ c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
; N$ @. n3 o5 [2 B: g& ~& M" Y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
% R) R" k7 J* ]4 K: \% E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
7 i+ }2 }! X+ y# [4 d& `' ]-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
- v0 Z* m' F0 s, X方式，并得出太阳能小屋的发电效益指标如下：
& K8 V2 j( s* k8 _! q3 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
. ~( J  }1 k9 \0 L/ }- @6 J) ~! c$ m, I16.596 万元 53.494 千瓦时 20.6 年 10.151 万元 0.31 元/度
  |) a+ N. Q( ]5 q2 A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
6 {( G' p+ H5 V, f9 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
" h9 R% r# ^, u4 v4 M2 J# d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
6 D$ A' M+ m* x* R2 o5 j, o- }4 J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
& E  k0 @& ]( I) u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：
: T% C6 b, g4 d. L. 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
23.422 万元 76.222 千瓦时 20.4 年 14.692万元 0.31 元/度
$ Z+ z/ H. y+ ^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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