太阳能小屋的设计及电池铺设_毕业论文设计(编辑修改稿)

太阳能小屋的设计及电池铺设_毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

此角度组合情况下全年总辐射量 . Step5壁面方位角从 90 度至 90 度遍历（从正西方向顺时针旋转至正东方向的范围） , 步长 度 . 倾角从 0 度到 60 度遍历 , 步长 度 . 每次计算此角度组合情况下全年总辐射量 . Step6当出现更大的全年辐射量时更新全年最佳辐射量的最大值 , 记下此时的壁面方位角和倾斜角 . （程序见附件 1） ： 所设计的小屋朝向为： 218 度 (南偏西 38度 ), 光伏电池阵列的倾斜角为： 度 . 在约束条件下求解所设计房屋： max ( , )M  约束条件： 39。 39。 1239。 39。 153740 .2 , , , ,ddnnbbiSSSSababhhSSSi d n x bab  在知道太阳能小屋的朝向 及光伏电池在屋顶斜面的倾角 , 由于在此朝向 , 小屋屋顶太阳辐射最大 , 本文所设计的小屋屋顶斜 面尽可能大 , 而且屋顶的倾斜角度也尽可能大 , 这使得采用支架平板时 , 支架平板与屋顶的倾斜角度变小 . 在考虑到北墙辐射 12 最小 , 因此在北墙开窗 最大 , 使得有足够的照亮 . 为方便计算及最大面积铺设光伏电池 , 在 西两墙的三角形部分设为窗 . 在南墙中间设置合适的门口 . 则所设计的太阳能小屋如下图 （ 1） 所示 （程序见附件 2） ： 图（ 1）所设计的小屋立体图 设计的太阳能小屋长 米 , 宽 米 , 南墙高 米 , 北墙高 米 ,房屋的朝向为 218 度（即 南偏西 38度 ） . 小屋各表面的电池辐射及逆变 器选取 1. 房屋第 j 个表面第 i 种型号的光伏电池一年的总发电量为： 21, , , ()ti j i j ttD G t dt 太阳能小屋一年转化民用的电量 ： 1r iiiDD, 13 太阳能小屋设备铺设的总费用为 ： 51 jjCC 本文 利用总纯收入最大化的原则 , 将多目标数学规划问题转化为单目标数学规划问题 , 即如下数学规划问题： max{ }DC  约束条件为： m a x { , } 1 .1 ,IiiijijiWWVVVVijVV逆逆其 中 具体求解 时 , 本文先计算房屋的第 j 个表面对第 i 种型号电池的单位面积 35年发电纯收入 , 公式为： , 0 .5 i j i iijiD w pz s  然后对太阳能电池纯收入由高至低进行排序 , 在铺设光伏电池时优先安排纯收入高的太阳能电池 . 由 matlab 计算得 （附件程序 2） 在 = 时 每一种 太阳能光伏电池 的效益如下表 （ 3） 所示 （程序见附件 3） ： 表（ 3） 太阳能光伏电池 的效益 电池型号 东面 （元） 西面 （元） 南面 （元） 顶面 （元） A1 A2 A3 A4 A5 A6 14 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 由表格 （ 3） 所示可以知道 在 = 时 , 西面 墙、南面墙所有电池亏损 , 只有东面和顶面盈利 . 对小屋的东面墙选取光伏电池 C1和 C10 进行铺设 . 东面墙 铺设 8 个 C1和 15个 C10的光伏电池 , 选取逆变器为 SN7. 电池 C1全部并联 , 每 5个 C10串联后再并联 . 电池和逆变器的总成本为 元 . 光伏电池矩阵一年的发电量为 度 , 经逆变器转化为民用的电量为 度 , 光伏电池每年的收益为 元 , 35 年的总收益为 元 , 小于总成本为 元 , 亏损 , 故不铺设电池 . 小屋屋顶是倾斜面 , 本文为了光伏电池矩阵在屋顶取得最大的辐射量 , 在屋顶支架一个平面 , 支架平面与水平面的倾斜角为 .支架平板一端与南墙对齐 , 另一端的投影与北墙对齐 . 15 对小屋的 屋顶 选取光伏电池 C1 和 C10 进行铺设 . 光伏电池铺设如图 （ 2） 所示 （程序见附件 4） ： （ 2） = 屋顶光伏电池铺设 屋顶斜面 铺设 78个 C1 和 25个 C10的光伏电池 , 选取逆变器为 SN15和 SN14. 电池23个 C1 全部并联 , 每 5个 C10 串联后再并联 在逆变器 SN14. 剩下的 55个 C1 光伏电 池并联在逆变器 SN15. 电池和逆变器的总成本为 76380 元 . 光伏电池矩阵一年的发电量为 度 , 经逆变器转化为民用的电量为 度 , 光伏电池每年的收益为 元 . 由 matlab 计算得 在 0 时每一种太阳能光伏电池 的效益如下表 （ 4） 所示 （程序见附件 5） ： 表（ 4）每一种太阳能光伏电池 的效益 电池型号 东面 西面 南面 顶面 A1 A2 A3 16 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 由表格 （ 4） 所示可以知道 在 0 时 , 西面墙、南面墙所有电池亏损 , 只有东面和顶面盈利 . 对小屋的东面墙选取光伏电池 C1 和 C10 进行铺设 . 铺设结果与上述一样 , 故不铺设 . 对小屋的屋顶选取光伏电池 A3 和 C10 进行铺设 . 光伏电池铺设如图 （ 3） 所示 （程序见附件 6） ： 17 图（ 3） 0 屋顶光伏电池铺设 屋顶斜面铺设 90 个 A3 和 10 个 C10 的光伏电池 , 选取逆变器为 4 个 SN6 和 1 个 SN5还有 1个 SN1. 每 20 个 光伏电池 A3并联 一个逆变器 SN6, 还有 10 个 A3 并联在逆变器SN5, 剩下的 27个 C10光伏电池并联在逆变器 SN1. 电池和逆变器的总成本为 元 . 光伏电池矩阵一年的发电量为 度 , 经逆变器转化为民用的电量为 度 , 光伏电池每年的收益为 元 . 小屋各表面的成本及回收期 静态投资回收期 , 其回收的年限为： D 即总成本除以每年的收益 . 电池和 逆变器的总成本为 元 . 光伏电池矩阵一年的发电量为 度 , 经逆变器转化为民用的电量为 , 光伏电池每年的收益为 . 由此可以计算屋顶的静态回收期为 年 . 动态投资回收期 , 设贴现率为  , 设动态投资回收期为 x , 则可以得到： 当 1 10x 时 , 18 11( ) [1 ]1 (1 ) xf x D     当 11 25x 时 , 9 101 1 ( ) [ 1 ] [ ]1 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) xf x D D               当 26 35x 时 , 9 1 0 2 4 2 51 1 0. 9 0. 9 0. 8 0. 8( ) 0. 5 [ 1 ] 0. 5 [ ] 0. 5 [ ]1 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) xf x D D D                            由此可以计算出动态投资回收年限 . 电池和逆变器的总成本为 76380 元 . 光伏电池矩阵一年的发电量为 度 , 经逆变器转化为民用的电量为 , 光伏电池每年的收益为 , 则屋顶的动态投资回收年限为 年 （程序见 附件 7） . 6 模型评价 模型的优点 ： 在求解问题时 , 从单一吸收光能最强、效率最好的入手 ,引入太阳辐射强度最大房屋朝向的计算模型 , 再引入逆变器的计算公式 , 目标明确 , 将复杂问题简单化 , 减少了计算量 , 可得出较高工作效率、经济型的光伏电池与逆变器的相应配从而缩小了回收年限 . 模型的缺点：所设计的房屋追求太阳能辐射量最大 , 所以设计的方位并不是实际生活最美观 . 7 参考文献 [1] 20xx 高教社杯全国大学生数学建模竞赛 B 题 太阳能小屋的设计 . [2] 20xx 高教社杯全国大学生数学建模竞赛 B 题 太阳能小屋的设计 . [3] 20xx 高教社杯全国大学生数学建模竞赛 B 题 张富顺、安明梅、熊万丹 .太阳能小屋的设计 . 19 [4] 20xx 高教社杯全国大学生数学建模竞赛 B 题 太阳能小屋的设计 . [5] 20xx高教社杯全国大学生数学建模竞赛 B 题 基于贪心算法的光伏电池最优铺设方案 . [6] 20xx 高教社杯全国大学生数学建模竞赛 B 题 赵志成、蔡玉汉、韦丽珍 .太阳能小屋的设计 . [7] 中国期刊全文数据库： ) , 20xx321 [8] 韩明 , 王家宝 , 李林 .数学实验（ MATLAB 版） . 同济大学出版社 , 20xx. [9] 韩明 , 张积林 , 李林 , 林杰 , 林江宏 .数学建模案例 .同济大学出版社 , 20xx. 8 英文摘要 The designing of solar house and battery laying. Caiyuhan [Abstract] Promoting the use of solar house has great significance for solving the global energy crisis and protecting environment. Computational model of solar radiation intensity is established in this paper, and then according to the algorithm to calcu。