太陽能小屋光伏電池的最優(yōu)配置

1、太陽能小屋光伏電池地最優(yōu)配置摘要本文需要解決地是一個(gè)涉及物理學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科，應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件matlab、優(yōu)化軟件lingo求解整數(shù)規(guī)劃地優(yōu)化類問題.本文嘗試使用物理學(xué)知識(shí)對(duì)附件和參考書目中公式進(jìn)行嚴(yán)格推導(dǎo)，并根據(jù)地理學(xué)知識(shí)把調(diào)節(jié)屋頂面傾角和轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)化為了地球經(jīng)度、緯度地調(diào)節(jié)針對(duì)此光伏電池分組地優(yōu)化問題，附件中給出海量數(shù)據(jù)，經(jīng)過maltb程序計(jì)算篩選，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、全面地預(yù)處理.以尺寸、功率、價(jià)格為篩選標(biāo)準(zhǔn)對(duì)24個(gè)型號(hào)光伏電池進(jìn)行篩選，最終留下各個(gè)性能最優(yōu)電池型號(hào)為：A1、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C6、C7、C8、C10.針對(duì)于問題一：首先對(duì)太陽時(shí)、時(shí)角、赤緯角、太陽高度角、太陽方

2、位角等物理學(xué)公式進(jìn)行一一迭代，計(jì)算得出斜頂面陽光入射角；其次定義了等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)，并以各電池組發(fā)電率最大、總成本費(fèi)用最小、投資回收年限最短為優(yōu)化目標(biāo)，以鋪設(shè)總面積不超過墻面有效面積、鋪設(shè)電池長(zhǎng)與寬之和均不超過墻面地長(zhǎng)與寬為約束條件，建立了兩個(gè)不同指標(biāo)方地案整數(shù)規(guī)劃模型，最終得到對(duì)西、南、南頂面進(jìn)行鋪設(shè)地各數(shù)據(jù)值，并算出了太陽能小屋地各項(xiàng)數(shù)值指數(shù)：35年發(fā)電總量（單位：Kwh）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）單位發(fā)電量回收年限4278872229442415281860520.52126針對(duì)于問題二：首先利用了地理學(xué)知識(shí)把調(diào)節(jié)屋頂面傾角和轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)化為了地球經(jīng)度、緯度地調(diào)節(jié)，通

3、過matlab地二維仿真搜索在地球上找到全年總輻射強(qiáng)度最大地唯一點(diǎn)Q,平移Q點(diǎn)地球切面橫切小屋得到一個(gè)轉(zhuǎn)向角、傾角已知平行四邊，對(duì)其進(jìn)行整數(shù)規(guī)劃模型地求解，得到了屋頂?shù)馗黜?xiàng)數(shù)值指數(shù)：傾角（度）轉(zhuǎn)向角（度）所選電池竹數(shù)逆變器型號(hào)竹數(shù)35年總發(fā)電量（KWh）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限38-36B1X50SN15X1SN16X16163153081602226258553325最后對(duì)東、南、西三面進(jìn)行了定性地分析，在比較了其功率比、發(fā)電量比、等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)比后，得出應(yīng)仍采用問題一中地最優(yōu)鋪設(shè)方案針對(duì)于問題三：為使小屋全年日照時(shí)數(shù)最大，應(yīng)使房屋向西旋轉(zhuǎn)一定地角度.再次利用m

4、atlab二維仿真搜索全球，求得全年日照時(shí)數(shù)等于最大值1570.9Kw/h時(shí)地最優(yōu)法向傾斜角為52.69度，最優(yōu)斜面地轉(zhuǎn)向角為-36.45度.因此小屋地初步設(shè)計(jì)為：南面墻地長(zhǎng)設(shè)計(jì)為15m,高為2.8m,北面墻高設(shè)定為5.4M,東面墻寬設(shè)定為4.93M.根據(jù)附件7中地要求制定出開窗開門原則，得出門開在北面墻，尺寸大小為2.5m*9m,并且在北墻面開了兩扇尺寸大小為1m*1m地窗戶.并得出北墻面和屋頂?shù)仉姵劁佋O(shè)最優(yōu)方案，得到了屋頂?shù)馗黜?xiàng)數(shù)值指數(shù).較好地解決了本次整數(shù)規(guī)劃地優(yōu)化類問題.關(guān)鍵詞：經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化、matlab二維仿真搜索、各電池組總發(fā)電率、投資回收年限1 .問題重述1.1 基本情況在設(shè)計(jì)太陽

5、能小屋時(shí)，需在建筑物外表面（屋頂及外墻）鋪設(shè)光伏電池，光伏電池組件所產(chǎn)生地直流電需要經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成220V交流電才能供家庭使用，并將剩余電量輸入電網(wǎng)附件1-7提供了相關(guān)信息針對(duì)于下述三個(gè)問題需分別給出小屋外表面光伏電池地鋪設(shè)方案，使小屋地全年太陽能光伏發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量地費(fèi)用盡可能小，并計(jì)算出小屋光伏電池35年壽命期內(nèi)地發(fā)電總量、經(jīng)濟(jì)效益（當(dāng)前民用電價(jià)按0.5元/kWh計(jì)算）及投資地回收年限.1.2 需要解決地問題問題一：請(qǐng)根據(jù)山西省大同市地氣象數(shù)據(jù)，僅考慮貼附安裝方式，選定光伏電池組件，對(duì)小屋（見附件2）地部分外表面進(jìn)行鋪設(shè)，并根據(jù)電池組件分組數(shù)量和容量，選配相應(yīng)地逆變器地容量

6、和數(shù)量.問題二：電池板地朝向與傾角均會(huì)影響到光伏電池地工作效率，請(qǐng)選擇架空方式安裝光伏電池，重新考慮問題1.問題三：根據(jù)附件7給出地小屋建筑要求，請(qǐng)為大同市重新設(shè)計(jì)一個(gè)小屋，要求畫出小屋地外形圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)小屋地外表面優(yōu)化鋪設(shè)光伏電池，給出鋪設(shè)及分組連接方式，選配逆變器，計(jì)算相應(yīng)結(jié)果.2 .問題分析2.1 問題一分析根據(jù)山西省大同市地氣象數(shù)據(jù)，選定光伏電池組組建，僅以帖附方式對(duì)小屋部分外表面進(jìn)行鋪設(shè)問題是一類帶有復(fù)雜約束條件地優(yōu)化與規(guī)劃類問題.本問題處理地難點(diǎn)是要在墻體及屋頂面積及光伏電池組規(guī)格一定地情況下，將全年光照總輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)，使得每面墻體（屋頂）上光伏電池組件電工率之

7、和盡量大即可.考慮到成本不能太高，以至于難以收回成本.所以在使得光伏電池組件電功率之和盡量大地情況下，需顧忌到成本問題.對(duì)小屋部分外表面進(jìn)行合理地鋪設(shè).從而得到電池組件35年壽命期內(nèi)地發(fā)電總量、經(jīng)濟(jì)效益（當(dāng)前民用電價(jià)按0.5元/kWh計(jì)算）及投資地回收年限.2.2 問題二分析光伏電池板地朝向與傾角均會(huì)影響到光伏電池地工作效率，在問題一地基礎(chǔ)上，現(xiàn)以架空方式安裝光伏電池.此問地難點(diǎn)在于如何確定光伏電池安裝傾角地問題，在確定光伏電池安裝傾角時(shí)建立二維搜索模型.此問仍需考慮到使小屋地全年太陽能光伏發(fā)電總量盡可能大，而單位發(fā)電量地費(fèi)用盡可能小地問題.在確定斜面上以架空方式進(jìn)行光伏電池地鋪設(shè)時(shí)，需考慮到

8、太陽光線與斜面夾角、斜面傾角及光伏電池組件支架傾角之間地關(guān)系.選取最優(yōu)方案鋪設(shè)光伏電池組件.2.3 問題三分析此問需重新設(shè)計(jì)一個(gè)太陽小屋，使得屋地全年太陽能光伏發(fā)電總量盡可能大，并且單位發(fā)電量地費(fèi)用盡可能小.設(shè)計(jì)太陽小屋時(shí)，需考慮到原先小屋建立方向上是否能充分利用光照輻射.需對(duì)太陽小屋地建造方位進(jìn)行重新設(shè)計(jì).在此基礎(chǔ)上，對(duì)小屋地規(guī)格進(jìn)行合理設(shè)計(jì).需將房屋向該角度所在方向盡可能地伸展，使得正面與斜面盡可能獲得更多光照輻射，在太陽小屋地設(shè)計(jì)方案中，高度應(yīng)該視當(dāng)前正南面電池組件鋪設(shè)地情況而定，盡量以貼近墻高2.8M進(jìn)行設(shè)計(jì)，而當(dāng)前正北面應(yīng)以2.4 M建立.在屋頂?shù)剡x擇上，需對(duì)折面和平面分別分析.得到

9、合理地屋頂形狀.在此基礎(chǔ)上選取合理地光伏電池組件對(duì)小屋進(jìn)行鋪設(shè).從而設(shè)計(jì)出合理地太陽小屋.3 .模型地假設(shè)1假設(shè)光伏電池組鋪設(shè)過程中忽略電池組厚度.2假設(shè)由于題目設(shè)定每個(gè)墻面不得使用同一個(gè)逆變器，不能進(jìn)行光伏電池地串并聯(lián)等等諸多限制條件，所以把每一個(gè)墻面單獨(dú)看做一個(gè)系統(tǒng)整體，分開來進(jìn)行考慮3假設(shè)光伏電池安裝不計(jì)安裝成本.4假設(shè)平面上所接受反射光和折射光較小可以進(jìn)行忽略5假設(shè)太陽光照強(qiáng)度不受墻體高度地變化.6假設(shè)35年內(nèi)每一年地光照強(qiáng)度均與題目中所給數(shù)據(jù)相同4 .符號(hào)說明ts（i力：山西大同地太陽時(shí).劭+:時(shí)角.6:赤緯角.ai+：太陽高度角.¥:斜面方位角.E總i:頂斜面上地陽光總輻

10、射強(qiáng)度.T膜：薄膜電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù).嗎：表示晶硅電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)W：太陽能小屋35年總發(fā)電量.Z效：太陽能小屋35年經(jīng)濟(jì)效益.t:太陽能小屋投資回收年限.5.問題一中模型地建立與求解5.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理分析針對(duì)此光伏電池分組地優(yōu)化問題，附件中給出海量數(shù)據(jù)，例如：山西大同地經(jīng)緯度、典型氣象年逐時(shí)參數(shù)、各方向輻射強(qiáng)度，三種類型地光伏電池（A單晶硅B多晶硅C非晶硅薄膜）組件設(shè)計(jì)參數(shù)和市場(chǎng)價(jià)格、逆變器參數(shù)價(jià)格等等.借用附件6數(shù)學(xué)公式并參考太陽能應(yīng)用技術(shù)數(shù)學(xué)理論，經(jīng)過maltb程序計(jì)算篩選，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、全面地預(yù)處理得到：大同地太陽時(shí)、時(shí)角、赤緯角、太陽高度角、斜頂面陽光入射角、斜頂面法向直射輻

11、射強(qiáng)度、斜頂面散射強(qiáng)度、各平面標(biāo)準(zhǔn)輻射時(shí)數(shù)及全年輻射時(shí)數(shù)總量等可以將數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果信息結(jié)構(gòu)如圖5-1所示：各墻面光伏電池成本各墻面逆變器成本=>各個(gè)墻面系統(tǒng)安裝總成圖5-1數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果信息結(jié)構(gòu)圖5.1.1大同太陽時(shí)地?cái)?shù)據(jù)分析太陽時(shí)：時(shí)間地計(jì)量以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)，地球自轉(zhuǎn)一周，計(jì)24太陽時(shí)，當(dāng)太陽達(dá)到正南處為12:00.鐘表所指地時(shí)間也稱為平太陽時(shí)（簡(jiǎn)稱為平時(shí)），我國(guó)采用東經(jīng)120度經(jīng)圈上地平太陽時(shí)作為全國(guó)地標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，即北京時(shí)間”.由附件6已知：大同地經(jīng)度為113°18',與東經(jīng)1200相差6o42',每15個(gè)經(jīng)度便相差一個(gè)小時(shí)又因?yàn)楦郊?數(shù)據(jù)表中標(biāo)注地時(shí)間與實(shí)際

12、時(shí)間相差1小時(shí)，所以附件4時(shí)刻對(duì)應(yīng)地經(jīng)度J0為105°.大同地經(jīng)度Jt為113°18',可得經(jīng)度差:J=Jt-J。=11318-105=818=498計(jì)算得出時(shí)差為：(5-1)t=J（6015）=4989000.55則山西大同地太陽時(shí)ts（i+）為:ts（i1）=t0.55ti書為附件4中時(shí)間編號(hào)為i地時(shí)刻（i=0,1,2,8759(5-2)(5-3)5.1.2時(shí)角地?cái)?shù)據(jù)分析時(shí)角：時(shí)角是以正午12點(diǎn)為0度開始算，每一小時(shí)為15度，上午為負(fù)下午為正，即10點(diǎn)和14點(diǎn)分別為-30度和30度.則時(shí)角與書地計(jì)算公式：他4=15(ts(i*-12)(度)(5-4)ts為太陽時(shí)

13、（單位：小時(shí)）5.1.3赤緯角地?cái)?shù)據(jù)分析赤緯角：赤緯角也稱為太陽赤緯，即太陽直射緯度其計(jì)算公式近似為：、.=23.45sin2兀(284+n)"365(度)(5-5)其中n為日期序號(hào)，例如，1月1日為n=1,3月22日為n=81.赤緯角與地球、太陽地關(guān)系如圖5-2所示：法線圖5-2赤緯角與地球、太陽地關(guān)系示意圖5.1.4 太陽高度角地?cái)?shù)據(jù)分析太陽高度角：太陽高度角是太陽相對(duì)于地平線地高度角，這是以太陽視盤面地幾何中心和理想地平線所夾地角度.太陽高度角地近似計(jì)算公式：sinuT=sinlsin5+cosecos6cos叫書（5-6）角中為山西大同地緯度即1=40.1：5.1.5 太陽方

14、位角地?cái)?shù)據(jù)分析太陽方位角：太陽方位角是太陽在方位上地角度，它通常被定義為從北方沿著地平線順時(shí)針量度地角.它地近似計(jì)算公式為：八-sincos-sinA=（5-7）cos:可以利用上面地公式，經(jīng)由計(jì)算得到良好地近似值，但是因?yàn)榉凑抑?，也就是x=sin,（y）有兩個(gè)以上地解，但只有一個(gè)是正確地，所以必需小心地處理5.1.6 斜頂面傾斜角地?cái)?shù)據(jù)分析斜頂面地傾斜角C為斜面與水平面所夾地銳角，如圖5-3所示：圖5-3斜頂面地傾斜角CC=arctan(1200/6400)=10°37(5-8)斜面方位角Y:斜面方位角為斜面地法線在水平面上地投影與水平面正北向地夾角(范圍為)，如下圖5-4所示：

15、00、(0,360)圖5-4傾斜面上地太陽光線入射角5.1.7 斜頂面陽光入射角地?cái)?shù)據(jù)分析斜頂面陽光入射角為太陽射線和斜面地法線之間地夾角4書，可由以下公式確定:cos4書=cosSsinQi41+sinSc09Pti由cos（A由一'/）（5-9）S傾斜面與水平面地夾角；aid1太陽高度角；A由一太陽方位角；¥一斜面方位角，如圖5-4中，斜面地法線n在水平面上地投影OB與山西大同南北向OS之間地夾角.同A書一樣，即順時(shí)針由圖5-5所示，由幾何關(guān)系可以得出緯度中、具有S傾斜角地平面上地太陽光入射角斗書和在緯度W-s)上地水平面地太陽光入射角是相等地，所以對(duì)于面向赤道地任意傾斜

16、角S地斜面可用公式(5-9)表不：cosQ+=coseS)cosScosw+sin(中一S)sin&(5-10)數(shù)據(jù)合理地預(yù)處理較大地減小了模型建立和求解過程中地計(jì)算量并且使得程序運(yùn)行地速度更快捷，所以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理是十分有必要地5.2 模型地建立5.2.4 各墻面總輻射強(qiáng)度地求解表5-1總輻射強(qiáng)度地求解地符號(hào)定義符號(hào)定義符號(hào)定義i表小全年地時(shí)刻序列號(hào)E散i某時(shí)刻傾斜面陽光散射地輻射強(qiáng)度E總i某時(shí)刻傾斜面陽光散射地輻射強(qiáng)度E折i某時(shí)刻傾斜面陽光折射地輻射強(qiáng)度E反i某時(shí)刻傾斜面陽光反射地輻射強(qiáng)度E直i某時(shí)刻傾斜面陽光直射地輻射強(qiáng)度(1)斜頂面陽光總輻射強(qiáng)度E總計(jì)算E總=£反盧

17、£散i+E折i+E直(i=0,1,2I")(5-11)平面上所接受地光大致可以分為四類：折射光、反射光、散射光、直射光，又因題目中只考慮散射光和直射光，這說明反射光和折射光較小可以進(jìn)行忽略，所以在接下來地題目中只考慮折射光和散射光.則：E總,i=E膿+E直i(i=0,1,21ID(5-(2)斜頂面陽光直射輻射強(qiáng)度£直i計(jì)算，.(5-13)E直i一為水平面上法向直射輻射強(qiáng)度E直二E直icosi書£直1為0.所以法向直射輻射強(qiáng)度Eii一為直射輻射光線與傾斜面法線之間地夾角;4書有可能大于90。，此時(shí)太陽光線射到斜面地背面，故最終公式為:E直icos0i+0母

18、1-90；W1:二90C(5-14)(3)斜頂面陽光散射輻射強(qiáng)度£散計(jì)算E散i=E散i(1+cosS)/2(5-15)E散i一為傾斜面接收散射光地輻射；日一為傾斜面與水平面之間地夾角；EBi一為附件4中水平面散射輻射強(qiáng)度.(4)東、南、西、北四面地總輻射強(qiáng)度附件4已給出大同全年不同時(shí)刻不同方向地太陽總輻射強(qiáng)度，故東、南、西、北四面地總輻射強(qiáng)度可直接使用附件4地?cái)?shù)據(jù).5.2.5 各墻面等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)Q,對(duì)某種光伏電池地有效輻射強(qiáng)度為等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)：某墻面某時(shí)刻地總輻射強(qiáng)度為這種光伏電池在有效輻射強(qiáng)度下工作1小時(shí)轉(zhuǎn)化地電量，與該電池在標(biāo)準(zhǔn)輻射強(qiáng)度Q0下工作t0小時(shí)轉(zhuǎn)化地電量相同，則稱

19、該表面該時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)輻照時(shí)數(shù)為to,即：toQo=Q，仞、時(shí)(題目中已給出：Qo=1000(W/m2).不同類型光伏電池組件地最低發(fā)電輻射量值是不同地，薄膜光伏電池最低發(fā)電輻射量值應(yīng)大于等于30W/m2,單晶硅和多晶硅光伏電池地最低發(fā)電輻射量值應(yīng)大于等于80W/m2且晶硅類型光伏電池輻照強(qiáng)度低于200W/itf時(shí)，電池轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率5%,即此時(shí)地轉(zhuǎn)化率為原轉(zhuǎn)化率地5%.故應(yīng)先計(jì)算不同類型電池地全年光照強(qiáng)度，再計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)晶硅電池(單晶硅電池和多晶硅電池)每天有效輻射強(qiáng)度地計(jì)算公式為：口效=0Qi<80但效1=Qi5%80<Qi<200(i=0,1,2川8759)(5-16)

20、Qi=QiQi-200其中，Qi表示每天每時(shí)刻單位面積上地光照強(qiáng)度薄膜電池每天有效輻射強(qiáng)度地計(jì)算公式為:Qi<30(i=0,1,2川8759)(5-17)Qi_30其中，Qi表示每天每時(shí)刻單位面積上地光照強(qiáng)度.晶硅類型光伏電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)為：8759T晶=工(與/1000)(5-18)i=0其中，嗎表示晶硅電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)薄膜類型光伏電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)為:24,365(5-19)丁膜=、(Q2i/1000)iW其中，品薄膜電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理分析、墻面總輻射強(qiáng)度和等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)地源程序見附件一，得到地部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果見附件二.5.2.6 各墻面光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)題目中

21、限制不同墻面不得串、并聯(lián)，不得使用同一臺(tái)逆變器，且各墻面地輻射強(qiáng)度也不同，參照附件中所給數(shù)據(jù)，所以把太陽能小屋地六個(gè)獨(dú)立墻面分為六個(gè)獨(dú)立地系統(tǒng)根據(jù)附件3中光伏電池地組件功率、組件尺寸和價(jià)格，可對(duì)電池型號(hào)進(jìn)行篩選，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率.尺寸篩選：若相同類型電池組件功率接近，組件尺寸相差較大，去除尺寸較大地電池型號(hào);功率篩選：若相同類型電池組件尺寸相同，則比較組件功率，去除組件功率較小地電池型價(jià)格篩選：若不同類型電池組件尺寸相同，且組件功率比較接近時(shí)，則去除價(jià)格較貴地電池型號(hào)；依據(jù)此篩選標(biāo)準(zhǔn)對(duì)附件3中24個(gè)型號(hào)地光伏電池進(jìn)行篩選，最終留下地光伏電池型號(hào)是：A1、B1、B2、B3、B4、C1、

22、C2、C6、C7、C8、C10.各墻面均為不規(guī)則圖形，所以要對(duì)各墻面進(jìn)行分割，使其成為一些規(guī)則地圖形組合.優(yōu)化目標(biāo)是：各光伏電池組件每年發(fā)電總功最大；逆變器、各光伏電池組件成本費(fèi)用最小；投資回收年限最短.以鋪設(shè)電池地總面積不超過墻面有效利用面積，鋪設(shè)電池長(zhǎng)與寬均不超過墻面地長(zhǎng)與寬，建立數(shù)學(xué)整數(shù)規(guī)劃地優(yōu)化模型如下：(5-20)(5-21)11maxWfe='PiAiTi111T-1010<T<1525MTminS本="Sipini+Si1W巧心、S本-W總10minTm=+10W總父0.9(5-22)S，-W總M10-W總父15M0.9-+25W總0.8ai<

23、lengthcmb-wide變量、定義W息某墻面鋪設(shè)光伏電池組件每年發(fā)電總功ni鋪設(shè)某墻面需要第i個(gè)型號(hào)光伏電池地個(gè)數(shù)i型號(hào)光伏電池地個(gè)數(shù)T光伏電池全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)國(guó)某墻面地逆變器成本S*某墻面鋪設(shè)光伏電池和逆變器地總成本T歸投資回收年數(shù)ai某墻面鋪設(shè)光伏電池在第i條長(zhǎng)線上所占地長(zhǎng)度bi某墻面鋪設(shè)光伏電池在第i條寬線上所占地長(zhǎng)度length某墻面地相對(duì)長(zhǎng)邊地長(zhǎng)度wide某墻面地相對(duì)寬邊地長(zhǎng)度(5-23)11zi14冶整優(yōu)化鋪設(shè)模型中變量定義5.2.4各墻面光伏電池組件串、并聯(lián)連接以及逆變器地選取逆變器選配要求：1、只允許相同型號(hào)地光伏組件進(jìn)行串聯(lián)；2、并聯(lián)地光伏組件端電壓相差不應(yīng)超過10%;3

24、、光伏分組陣列地端電壓應(yīng)滿足逆變器直流輸入電壓范圍；4、光伏陣列地最大功率不能超過逆變器地額定容量.(1)各墻面光伏電池組件總功率必須小于逆變器地額定功率，即：11p息=£PinWp逆額(5-24)i1由于逆變器型號(hào)越大性價(jià)比越高，所以要求盡量選擇型號(hào)大地逆變器且只選擇一個(gè)逆變器，這樣就確定了選擇逆電器型號(hào)地范圍.(2)串、并聯(lián)連接與逆變器地相互約束(5-25)UnUm=45其中，Um為電池地開路電壓；Un為電池地工作電壓.約束條件：1、逆變器盡量選選型號(hào)較大地；11U逆大>XUmiXHii=1112、U逆小<zUjn；(5-26)i=11111113、0.9父£

25、;Umini<ZUniMniE1.1m£Umini.(5-27)i=1i=1i=1再結(jié)合附件1中電池串并聯(lián)原則就得到了初步地逆變器型號(hào)和串、并聯(lián)連接情況，最后根據(jù)逆變器價(jià)格、額定電流等因素再進(jìn)行進(jìn)一步地修訂，得到最終地逆變器型號(hào)和串、并聯(lián)連接情況5.2.5 35年內(nèi)發(fā)電總量計(jì)算各墻面第一年年光伏電池地發(fā)電總量，建立地模型如下：Wj=(T晶iRni+T膜iPin)j(i=1,111,11j=1,川,6)(5-28)表5-3發(fā)電總量模型中變量地定義變量定義Wj第j個(gè)面地電池發(fā)電總量T晶i第i個(gè)面晶硅地全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)Pi第i個(gè)面晶硅電池地組件功率Hi第i個(gè)面晶硅電池個(gè)數(shù)T哨第i個(gè)面

26、薄膜電池地全年標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)k.第i個(gè)面逆變器地逆變效率i由附件3可知，光伏電池在10年內(nèi)地轉(zhuǎn)化效率為100%,10-25年地轉(zhuǎn)化效率為90%,25年后地轉(zhuǎn)化效率為80%.故35年每年發(fā)電總量地模型如下：第i個(gè)面35年總發(fā)電量W=10MWi+15MWi父90%+10父0產(chǎn)80%.(5-29)太陽能小屋35年總發(fā)電量W=£Wi.i1(5-30)5.2.6 35年內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益35年內(nèi)地經(jīng)濟(jì)效益即為：指35年總收入減去35年總成本(只考慮光伏電池和逆變器地成本).各墻面35年內(nèi)地經(jīng)濟(jì)效益Z效j,建立地?cái)?shù)學(xué)模型如下:Z效j=0.陰/10000j11&j=£S本jpm+與j(5-

27、31)i16太陽能小屋35年經(jīng)濟(jì)效益2效=£Z效j.j5.2.7投資回收年限投資回收年限即為：使太陽能小屋地總收入大于等于總成本地最小年數(shù)若第i個(gè)面可以在35年內(nèi)收回，則計(jì)算回收年限地?cái)?shù)學(xué)模型為：wix0,5t1<t<101000wiwiW=X0.5X10+-x0.5(t-10)x90%11<t<2510001000wiwic,w->0.510+父0.5父15M90%-M0.5(t25)父80%26<t<35J00010001000S本i<Wimin(t)66太陽能小屋投資回收年限時(shí)間t為：£S本i三£Wimin(t

28、).i=1i=15.3 模型地求解由附件2地可知，屋頂面應(yīng)分為兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行鋪設(shè).假定開天窗地斜頂面為M,另一塊為N.由于屋頂每時(shí)刻地輻射強(qiáng)度均較高，且屋頂為各墻面中輻射強(qiáng)度最高地.所以優(yōu)先考慮利用率最高地晶硅類光伏電池，最后用薄膜光伏電池填充空隙，使得平面空隙得到充分地利用且光伏電池地功率之和最大.5.3.1 屋頂M面地鋪設(shè)（1） M面光伏電池地最優(yōu)鋪設(shè)方案鋪設(shè)原則：1、最優(yōu)鋪設(shè)方案即取等面積使用晶硅類光伏電池地?cái)?shù)量最多.因?yàn)樵诘让娣e平面中，選擇一塊晶硅光伏電池地產(chǎn)出總功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幾塊、幾十塊薄膜地產(chǎn)出總功率；2、整體平面地所有電池類型不超過三種，且只能選用一種晶硅類型號(hào)地光伏電池，即最多選擇

29、兩種薄膜類光伏電池；3、保證每種選用電池類型地?cái)?shù)量盡量大，使其在后期選用逆變器地過程中，能夠選擇性價(jià)比更高、電壓允許范圍更寬泛地大型號(hào)逆變器利用上述模型先后分別對(duì)M平面進(jìn)行A1、B1、B2、B3、B4地鋪設(shè)，取其每種類型數(shù)量最大值地鋪設(shè)方案，并計(jì)算出每種方案地總功率，得到表5-4如下：表5-4M平面各晶硅鋪設(shè)方案表方案編號(hào)晶硅類型號(hào)平囿總塊(塊)總額度功率(w)1A143215>43=94252B130265>30=79503B223320>23=73604B333210>33=69305B430240>30=7200由上表可知，選擇A1鋪設(shè)M平面地方案總額度功率

30、最大即發(fā)電量最大，所以選擇1方案.緊接著再用各類型薄膜電池填充預(yù)留空隙，與同晶硅類電池鋪設(shè)同理，可得共需30個(gè)C7型號(hào)地薄膜電池填充空隙.所以得到初步最優(yōu)方案為：43個(gè)A1型號(hào)地單晶硅電池與30個(gè)C7型號(hào)地薄膜電池.（2） M面光伏電池組分組地逆變器配置逆變器選配原則：1、因?yàn)楦郊?可知逆變器型號(hào)越大，性價(jià)比越高，所以要求盡量選擇型號(hào)大地逆變器且只選擇一個(gè)逆變器；2、在平面系統(tǒng)地電路中，電池組地總額定功率不受電路分布地影響，等于各光伏電池額定功率之和，所以要選擇逆變器地額定功率要大于電池組地總額定功率；3、電池地開路電壓Um為電池電壓地上限，工作電壓Un為電池電壓地下限，由參考文獻(xiàn)可知:Un/

31、Um=4/5,Um和Un均要在允許輸入電壓范圍之內(nèi)A1型號(hào)地單晶硅電池分組個(gè)數(shù)43為質(zhì)數(shù)，更好選取連接逆變器并充分利用屋頂光照，所以由8個(gè)C7型號(hào)地薄膜電池代替一個(gè)A1型號(hào)地單晶硅電池，即將M面地電池組調(diào)節(jié)為42個(gè)A1單晶硅電池，38個(gè)C7薄膜電池，進(jìn)行模型求解得到表5-2數(shù)據(jù)如下：表5-5南側(cè)屋頂光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案地?cái)?shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)X電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)X逆變器個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（單位：Kwh）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限A1X4207X38SN17X13922541786501961271747732M面上所用電池地總額度功率嗑為：？總=ZPi（i為

32、平面上所有光伏電池組件地個(gè)數(shù)），則P息=9182（瓦），所以只能選擇額定功率為10kw地SN17逆變器.根據(jù)SN17逆變器運(yùn)行允許車入電壓范圍250800（v）來確定電路地串并聯(lián)情況.首先保證43C7光伏電池個(gè)A1光伏電池組件均在電路中，其次在保證符合電壓標(biāo)準(zhǔn)地情況下，使得盡量多地組件在電路中，若不能保證符合電壓標(biāo)準(zhǔn)要求，則舍棄C7光伏電池組件以求達(dá)到電壓標(biāo)準(zhǔn)要求,得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖5-7所示：IadI圖5-7M面組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖5.3.2 屋頂N面地鋪設(shè)考慮到N面各時(shí)刻地陽光輻射量、全年陽光輻射總量較小，N面總體平面面積也較小等因素故設(shè)立兩種方案進(jìn)行N面鋪

33、設(shè)，如下所示：方案一：以經(jīng)濟(jì)效益為第一優(yōu)化目標(biāo)，則均選擇薄膜類光伏電池；方案二：最大發(fā)電量為第一優(yōu)化目標(biāo)，則盡量選擇晶硅類光伏電池利用上述模型進(jìn)行求解，得到表5-2數(shù)據(jù)如下：表5-5北側(cè)屋頂光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案地?cái)?shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)X電池個(gè)數(shù)串并聯(lián)方式逆變器型號(hào)x逆變器個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（單位：Kwh）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限方案一010X40010X2串聯(lián)，分為20組；共20組并聯(lián)SN12X17719.191983857.9-5340.190方案一B2X5010X9B2X5串聯(lián)；010X9串聯(lián)；共2組并聯(lián)SN12X11658227421.18291.3

34、-19129.8126由表5-5可得：方案一和方案二地回收年限均遠(yuǎn)大于35年，故北側(cè)屋頂也不進(jìn)行鋪設(shè)5.3.3 東、南、西、北四面地鋪設(shè)鋪設(shè)方案一：最大發(fā)電量為第一優(yōu)化目標(biāo)，則盡量選擇晶硅類光伏電池；利用上述模型先后分別對(duì)東、南、西、北墻面進(jìn)行A1、B1、B2、B3、B4地鋪設(shè)，取其每種類型總額度功率最大地最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖5-8、圖5-9、圖5-10、圖5-11所示:圖5-9南墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖圖5-8東墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖圖5-10西墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖圖5-11北墻面最優(yōu)電池組件鋪設(shè)分組陣列圖利用上述模型進(jìn)行求解，得到表5-6數(shù)據(jù)如下：表5-6東、南、西、

35、北墻面光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案地?cái)?shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)X電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)X逆變器個(gè)數(shù)35年總發(fā)電量（單位：Kwh）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限東A1X1208X22SN14X134290.3554586.817145.17-37441.687南A1X601X208X20SN13X172442.213124922312.29-8936.7142西A1X1508X18SN14X157977.0564043.735253.60-28790.152北01X12010X2207X23SN13X15101.85517768.81627.334-16141.5282由表5-6

36、得：方案一中東、南、西、北四面墻地回收年限均遠(yuǎn)大于35年，35年地總經(jīng)濟(jì)效益均為較大地負(fù)數(shù)，沒有收回總成本.鋪設(shè)方案二：以經(jīng)濟(jì)效益為第一優(yōu)化目標(biāo)，則均選擇薄膜類光伏電池在方案一中北墻全部用薄膜類光伏電池，但35年壽命期內(nèi)仍然沒有收回成本，所以北墻面不進(jìn)行鋪設(shè).先后分別對(duì)東、南、西墻面進(jìn)行C1、C2、C6、C7、C8、C10地鋪設(shè)，取其每種35年經(jīng)濟(jì)效益最大地最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖5-12、圖5-13、圖5-14所示：利用以上模型進(jìn)行求解，得到表5-7數(shù)據(jù)，如下：表5-7東、南、西、北墻面光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案地?cái)?shù)值結(jié)果分析表電池型號(hào)X電池個(gè)數(shù)逆變器型號(hào)X逆變器個(gè)數(shù)35年發(fā)電總量（單位：Kwh）總

37、成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限東01X1007X2208X22SN12X121658.012967.210829.01-2138.1943南02X808X20010X10SN11X139051.58071.219525.7311454.5324西01X1207X2208X10010X10SN12X132666.414042.416333.192290.79255.4 模型總結(jié)方案一是用晶硅電池鋪設(shè)時(shí)，東、南、西、北三面在35年內(nèi)都不能回收，故此鋪設(shè)方案地經(jīng)濟(jì)效益較差；方案二是用薄膜電池重新鋪設(shè)進(jìn)行修改，通過計(jì)算可得方案二地西、南面在35年內(nèi)可收回，相比方案一較為經(jīng)濟(jì)，

38、故西、南兩面均采用方案二進(jìn)行電池鋪設(shè).通過上述模型地建立和計(jì)算求解得到地最終鋪設(shè)方案為：北側(cè)屋頂、北面、東面不鋪設(shè)光伏電池；南面和西面均鋪設(shè)薄膜地光伏電池；房頂盡量鋪設(shè)晶硅光伏電池，并以薄膜光伏電池補(bǔ)齊整個(gè)太陽能小屋光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案地?cái)?shù)值如表5-8所示：表5-8小屋光伏電池組件最優(yōu)鋪設(shè)方案地?cái)?shù)值結(jié)果分析表35年發(fā)電總量總成本35年總收入35年經(jīng)濟(jì)單位回收(單位：Kwh)(元)(元)效益(元)發(fā)電量年限4278872229442415281860520.521266.問題二中模型地建立與求解6.1屋頂電池板支架地轉(zhuǎn)向模型由問題一可知，陽光照射在屋頂方向并非傾斜面法線方向，調(diào)節(jié)電池板支架傾

39、角和轉(zhuǎn)向角，即調(diào)節(jié)電池板地法向量，使得電池板獲得最大地全年總輻射強(qiáng)度.無論屋頂電池板怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，均可通過matlab地二維仿真搜索在地球上找到唯一點(diǎn)，這一點(diǎn)地地球切面與電池板平行.設(shè)該點(diǎn)為Q點(diǎn),其經(jīng)度為中。,緯度為00.(1)電池板傾角和轉(zhuǎn)向角地求解Q點(diǎn)地太陽高度角”即為斜頂面地陽光入射角，根據(jù)上述模型求出等效標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)T.以T值最大為目標(biāo)函數(shù)，在全球范圍內(nèi)利用matlab地二維仿真搜索唯一點(diǎn)Q,平移Q點(diǎn)地球地切面得到*傾角和轉(zhuǎn)向角最佳地斜頂面.設(shè)該斜頂面法向量為r地斜面地太陽入射角為8,如圖6-1所示：Z圖6-1三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化矩陣推導(dǎo)圖，如圖6-1建立以地球球點(diǎn)為中心建立空間直角坐標(biāo)系，以垂直

40、于地球表面方向設(shè)為z軸，以平.'、.'-.''.行于緯線方向設(shè)為y軸，以平行于經(jīng)線方向設(shè)為x軸.Xz、y、X分別進(jìn)行分解，則地面坐標(biāo)與球坐標(biāo)地轉(zhuǎn)換關(guān)系為：x=(sin/cosoi,sin'sinoj,-cos-ok)Ty'=(-sinoi,cos°j,0)|4z=(cos0cos:oi,cososinoj,sinok)定義坐標(biāo)轉(zhuǎn)化矩陣A:sin%coso-sin中。cos6ocos中。sin%sin:cos;：ocoshsin:一cos%0sing。lk_斜頂面在地面三維坐標(biāo)中地法向量r為:=(cos瑪cos,cososino,sinu

41、o)則r與OB滿足:A所以對(duì)地球上已知經(jīng)度為50,緯度為90地任意一點(diǎn)Q,可求得斜頂面傾斜角地及方位角，再利用第一問中地公式，求得斜面上地總輻射強(qiáng)度E總.對(duì)Q點(diǎn)地經(jīng)度和緯度在全球范圍內(nèi)利用matlab地二維進(jìn)行仿真搜索，求得全年總輻射強(qiáng)度最大為地斜面地方位角為38°，傾斜角余角為36°(源程序見附件三).(2)屋頂電池地鋪設(shè)平移Q點(diǎn)地地球切面到太陽小屋地斜頂面，得到了一個(gè)平行四邊形斜面，在斜頂面搭建支架構(gòu)造出方位角為38o、傾斜角余角為36o地電池組，此時(shí)斜面法向量；為：；=(cos36cos38=,cos36=sin38：sin36=(0.63740.4632,0.615

42、7)以太陽能小屋西南角為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，可求得：I-AB=(0,i0i00,zi)AC-(-7100,101001Z2)AD=(-7100,10100,z3)根據(jù)平面法向量垂直于平面內(nèi)任意直線可知：7AB=0rAC=0-rAD=0計(jì)算得出4=7598,Z2=14950,Z3=7351,由勾股定理得該平行四邊形相鄰兩邊地長(zhǎng)度分別為11085,8327.5.利用上述模型求得此平行四邊形地最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖6-2所示:J2圖6-2屋頂平行四邊形地最優(yōu)鋪設(shè)方案求得此最優(yōu)鋪設(shè)方案地各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果如表6-1所示：表6-1屋頂面平行四邊形鋪設(shè)方案地各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果分析表傾角（度）轉(zhuǎn)向角（度）所選電池價(jià)

43、數(shù)逆變器型號(hào)竹數(shù)35年總發(fā)電量（KWh）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限38-36B1X50SN15X1SN16X16163153081602226258553325利用上述模型得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖6-2所示:圖6-2M面組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖6.2東、南、西四面電池板支架地優(yōu)化模型（1）南墻上搭建支架地定性分析在南墻上搭建支架，使支架與南墻成32度角（由問題一中全年總輻射強(qiáng)度最大近似求得），為計(jì)算簡(jiǎn)便近似為30度.又因?yàn)楫?dāng)夏至日時(shí)陽光垂直于北回歸線（北緯23.5度），所以山西大同地當(dāng)?shù)鼐暥龋ū本?0.1度）與北回歸線做差可知近似相差17度，如圖

44、6-2所示:b.一o.o-一2-=sin103/sin17=3.33行將、一行a即瓦數(shù)可減少3瓦多.當(dāng)南墻垂直地面時(shí)，硅晶類地年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為880時(shí),薄膜類地地年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為1040時(shí)；當(dāng)南墻與地面成32度角時(shí)，硅晶類地年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為1480時(shí)，薄膜類地年日照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)約為1600時(shí)則a處強(qiáng)度不超過b處地1.6倍（晶硅）或1.6倍（薄膜）.工6=048則南墻面單位面積發(fā)電量之比為3.33倍，成本為0.3倍，不如薄膜.計(jì)算薄膜電池鋪設(shè)時(shí)單位面積功率約為7,晶硅電池鋪設(shè)時(shí)地單位面積功率約為16,因圖6-3南墻支架示意圖此可以計(jì)算出薄膜電池鋪設(shè)與晶硅電池鋪設(shè)地成本比約為,發(fā)電量之比為710

45、41688=0.5170綜上所述，選擇使用薄膜類電池以垂直地面地方式架空安裝（2）東、西墻上搭建支架地定性分析由于太陽從東方升起，從西方落下，東墻和西墻總有某些時(shí)刻不能同時(shí)照到陽光.當(dāng)東墻或者西墻搭建支架時(shí)，其側(cè)（立）面下地地平面散射=側(cè)面散射（半邊遮擋），且直射時(shí)間也減半.最為關(guān)鍵地是：東西側(cè)面如傾斜放置必然出現(xiàn)遮擋，由遮蔽效應(yīng)得知，這是絕對(duì)不允許地綜上所述，東墻和西墻不能搭建支架擱放電池.但是，考慮到電池散熱問題，給電池組件與墻面一定地間距，但此間距值小于0.1M地，所以仍然鋪設(shè)方案選用問題一地節(jié)骨.6.3模型總結(jié)對(duì)東、西、南、北四面墻進(jìn)行了定性地分析，算出四面墻均不能搭建支架鋪設(shè)電池板，

46、只能是用問題一得到地最優(yōu)分配方案；對(duì)屋頂面進(jìn)行最優(yōu)分配，使電池板進(jìn)行角度轉(zhuǎn)到，即調(diào)節(jié)電池板地法向量，使得電池板獲得最大地全年總輻射強(qiáng)度.通過matlab地二維仿真搜索在地球上找到唯一點(diǎn)，計(jì)算其太陽高度角（即陽光與斜面地入射角），并用其地球切面切屋頂為平行四邊形，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化鋪設(shè)，最終得到如圖6-2地最優(yōu)鋪設(shè)方案.35年發(fā)電總量（單位：Kwh）總成本（元）35年總收入（元）35年經(jīng)濟(jì)效益（元）單位發(fā)電量回收年限6789302544703394608499400.37481267.問題三中模型地建立與求解7.1 模型地建立由問題二可知，當(dāng)房屋正向建造時(shí)，無法充分利用光照輻射.需將房屋轉(zhuǎn)動(dòng)一定地角度

47、.將房屋向該角度所在方向盡可能地伸展，使得正面與斜面盡可能獲得更多光照輻射.在此基礎(chǔ)上建立初步地房屋設(shè)計(jì)方案.1 .1.1太陽能小屋旋轉(zhuǎn)角度為了使房屋各面全年日照時(shí)數(shù)最大，故應(yīng)該使房屋旋轉(zhuǎn)一定地角度.利用二維搜索地方法，求得全年日照時(shí)數(shù)最大時(shí)地經(jīng)緯度：由問題二模型可將此經(jīng)緯度j1570.9Kw/h,最優(yōu)法向傾斜片7.1.2太陽能小屋及屋頂?shù)睾停?）小屋屋頂?shù)卦O(shè)計(jì)卑I小屋設(shè)計(jì)要求：室內(nèi)使月maxz仰，0)matlab軟承L5269度最優(yōu)斜面地轉(zhuǎn)朝角為一-361萬案36524、Hii1其中中一一緯度。0空間最低凈空高度距地面高度為.8以得到斜面標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)數(shù)為最短邊應(yīng)3m建筑總投影而積（包括挑檐、挑

48、雨棚地投影面積）為點(diǎn)距地面高度W5.4m為使正而獲得足夠光照強(qiáng)犧3因此南面墻地長(zhǎng)設(shè)計(jì)拓1建筑平面體型長(zhǎng)邊應(yīng)wi5mw74m2,北面地建筑屋頂最高15m,高為2.8m；北面墻高設(shè)定為5.4M,東面墻寬設(shè)定為4.93M.故建立如圖7-1所示:圖7-1小屋屋頂?shù)卦O(shè)計(jì)方案2 2）屋頂設(shè)計(jì)方案地比較：方案一折面上以貼附方式鋪設(shè)電池組件方案二折面上以架空方式鋪設(shè)電池組件方案三斜平面上以架空或貼附方式鋪設(shè)電池組件當(dāng)以方案一較方案二和方案三鋪設(shè)電池組件時(shí)，以貼附方式鋪設(shè)電池組件，屋頂為折面時(shí)較屋頂為折面有更大地面積，可鋪設(shè)更多地光伏電池.經(jīng)分析可知，平面屋頂與折面屋頂所獲得光照輻射量是相等地，也就是說，鋪設(shè)同

49、一型號(hào)電池地情況下，折面需鋪設(shè)更多地電池組件.因此屋頂為折面時(shí)鋪設(shè)電池板是不合理地.以方案架空方式鋪設(shè)電池組件，在屋頂平面部分鋪設(shè)電池組件時(shí)，電池組件地投影會(huì)將斜面部分電池組件遮擋.若在斜面部分將電池組件放置盡可能使其不受投影遮蔽地影響，但這樣一來，會(huì)使得斜面大部分面積得不到合理利用.故斜面以架空方式鋪設(shè)電池組件是不合理地.綜合以上分析：可知最優(yōu)化地方案是屋頂以平面進(jìn)行設(shè)計(jì)即方案三(3)小屋開窗開門地方案分析根據(jù)附件7中地要求：建筑采光要求至少應(yīng)滿足窗地比(開窗面積與房間地板面積地比值，可不分朝向)涮.2地要求；建筑節(jié)能要求應(yīng)滿足窗墻比(開窗面積與所在朝向墻面積地比值)南墻<0.50東西

50、墻<0.35北墻<0.30.開窗開門原則：1、在光照強(qiáng)度較大地墻面盡量避免開窗開門，只需滿足附件7中地基本要求即可；2、應(yīng)該盡量在北面開窗開門，因?yàn)樗毓庹諒?qiáng)度時(shí)各個(gè)面中最小地；3、站在總體小屋地角度，盡量避免開窗開門，只需滿足附件7中地基本要求即可.15000mm7.2 模型地求解7.2.1 新型太陽小屋各墻面電池板地鋪設(shè)方案(1)南墻面電池板地鋪設(shè)方案利用上述模型求得南面墻最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖7-2所示:1n二QnnnG口口12nn門n-口2Q2圖7-4新型太陽小屋南墻面地最優(yōu)鋪設(shè)方案利用上述模型得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖7-3所示:圖7-5新型太陽小屋南墻面組件連

51、接方式（串、并聯(lián)）示意圖求得此最優(yōu)鋪設(shè)方案地各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果如表7-1所示：表7-1新型太陽小屋南墻面地最優(yōu)鋪設(shè)方案地各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果分析表所選電池竹數(shù)逆變器型號(hào)竹數(shù)35年總發(fā)電量（KWh）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限01X26SN12X156596.228298.0987024.821273.38（2）屋頂面電池板地鋪設(shè)方案利用上述模型求得屋頂面最優(yōu)鋪設(shè)方案，如圖7-3所示:15（50。圖7-6新型太陽小屋屋頂面地最優(yōu)鋪設(shè)方案利用上述模型得到組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖，如圖7-4所示:熠圖7-7新型太陽小屋屋頂面組件連接方式（串、并聯(lián)）示意圖求得此最優(yōu)鋪設(shè)方案地各項(xiàng)數(shù)值結(jié)

52、果如表7-2所示：表7-2新型太陽小屋屋頂面地最優(yōu)鋪設(shè)方案地各項(xiàng)數(shù)值結(jié)果分析表所選電池代數(shù)逆變器型號(hào)代數(shù)35年總發(fā)電量（KWh）35年總收入（元）總成本（元）經(jīng)濟(jì)效益（元）回收年限B1X45SN17X125657.40282872037.602828.70248.模型地推廣與改進(jìn)能源地有效，高效地利用是當(dāng)今這個(gè)時(shí)代最熱門地話題，所以我們將此模型推廣到其他行業(yè)，在量化分析地基礎(chǔ)上進(jìn)彳T資源地合理利用.從問題地分析到模型地建立再到模型地推廣，逐步靠近問題地本質(zhì)，模型有優(yōu)點(diǎn)也有諸多不足之處：1）光伏電池鋪設(shè)過程，對(duì)于鋪設(shè)空隙地填充不充分2）數(shù)據(jù)處理過程中采用了近似處理地方法，所得數(shù)據(jù)不是很準(zhǔn)確3）數(shù)據(jù)篩選存在人為因素，數(shù)據(jù)處理不是很合理4）編寫程序過于復(fù)雜，需簡(jiǎn)化程序.模型地改進(jìn)：1）針對(duì)于鋪設(shè)間隙，優(yōu)化模型，盡量用其他種類電池進(jìn)行填充鋪設(shè)2）優(yōu)化數(shù)據(jù)篩選原則，盡量減少人為因素地影響，使數(shù)