太阳能小屋的优化方案设计(编辑修改稿)

太阳能小屋的优化方案设计(编辑修改稿)内容摘要：

co s tan tans   （ ） 2842 3 .4 5 sin 2365 n   （ ） 式中 , tK 为大气透明指数 , 0H 为月平均日地外太阳总辐射 , 0I 为地外太阳辐照度 , day 为日长 , 为地理纬度 , s 为日落时角 ,n 为日序 . 时均太阳直射 bI 、地面散射辐射 dI 和总辐射 hI 存在下列关系 [2][3]:   / c osd d dh h hb h d zI r HI r HI I I   （ ） 其中 , SN7 B2 10 c o s c o s c o s c o s s i n s i nz      （ ） 15( 12)st （ ） c os c os24 sin c os( c os )0. 40 9 0. 50 16 sin( / 3 )0. 66 09 0. 47 67 sin( / 3 )sds s shdssrr a b rab          （ ） 式中 ,dr 、 hr 、 a 、 b 为辅助变量 ,z 为天顶角 ,st 为太阳时 . 太阳时 st 与北京时间 t 的换算 [1]关系为 lo c4 (1 2 0 )st t E L    () 转换时考虑了两项修正 ,第一项 E 是地球绕日公转时进动和转速变化而产生的修正 ,时差 E 以分为单位 ,可按下式计算 9 . 8 7 s i n 2 7 . 5 3 c o s 1 . 5 s i nE x x x   () 其中 ( 81)360 364nx  () 式中 ,n 为所求日期在一年中的日子数 . （ 2）任意倾斜面上日均太阳能辐射量的计算模型 根据天空散射辐射各向异性模型 ,任意倾斜面上日均 得热量可按下式计算[1][4][5]. T b b d b d g r( 2 c o s ) / 3 ( ) ( 1 c o s ) / 2H R H H H H        () 式中 , dbT , HHH 分别为倾斜面和水平面上直射、散射日均得热量；  为倾斜面倾角； gr为地面反射率 . 倾斜面上直射光入射角按下式计算 [1][7]: c os si n si n c os si n c os si n c osc os c os c os c os c os si n c os c os si nc os si n si n si n                   () 修正因子 bR 理论上可由下式计算 [1][7]: 1srsssrsssrssb )2)](c o s( c o s)s in( s in)([  DABCR  （ ） 其中 00 s inc o sc o ss ins ins in)c o ss inc o sc o s( s inc o s)c o ss ins inc o s( c o sc o ss ins inDCBA （ ） 式中  为当地地理纬度 ；  为倾斜面方位角 ；  为太阳的赤纬角； ss 和 sr 分 别为倾斜面上的日落和日出时角 ； 0 为水平面上的日落时角 . 水平面上的日落时角和太阳赤纬角分别由下式决定  tantanco s 0  （ ） 11 2842 3 .4 5 sin 2 365 n   （ ） n 为日序 ,其 取法见 表 . 表 各月 代表日的日序 [1][8] 月 份 各月第 i 天日序的计算式 各月平均日* 月的日序 年的日序 ** 1 月 i 17 17 2 月 31+i 16 47 3 月 59+i 16 75 4 月 90+i 15 105 5 月 120+i 15 135 6 月 151+i 11 162 7 月 181+i 17 198 8 月 212+i 16 228 9 月 243+i 15 253 10 月 273+i 15 288 11 月 304+i 14 318 12 月 334+i 10 344 注 :* 按某日算出大气层外的太阳辐射量和该月的日平均值最为接近 ,则将该日定为该月的平均日； **表中的日序没有考虑闰年 ,对于闰年 3月份之前的 n要加 1. 修正因子 bR 的简化和倾斜面上时角的计算 （ 1）倾斜面处于正南方向 对于倾斜面朝向正南方向放置时 ,方位角 0 , bR 可简化为下式 [9]:   s ins ins inc osc os s in)s in (s inc os)c os ( 00 ssb  R （ ） 其中 )]t a n)t a n ((c o s,m in [ 10   s （ ） （ 2）倾斜面处于非正南方向 对于非正南方向放置的 PV面板 , 0 ,倾斜面上的日出、日落时角视具体情况加以讨论 [7][9]. (a) 当 0 时 ,倾斜面上的日出、日落时角可表述为 )]}1/()1[(c o s,m in {)]}1/()1[(c o s,m in {2122212110ss2122212110srEEEEEEEEEE （ ） (b) 当 0 时 ,倾斜面 上的日出、日落时角可表述为 )]}1/()1[(c o s,m in {)]}1/()1[(c o s,m in {2122212110ss2122212110srEEEEEEEEEE （ ） 其中 12 ])t a n( s ins in)( t a n[ c o st a n)( t a ns in)t a n( s inc o s112111EE （ ） 然而 ,对于 0 或 0 时 , 1E 和 2E 均为无穷大 ,出现奇点 ,无法根据式 ()求出日出、日落时角 .而且方位角  无论正负值 ,代入的结果的是一样的 ,不必分别加以计算 .后来 Bushell 提出了解决此问题的方法 ,计算倾斜面上日出、日落时角公式改写为[10]: 22110110|])/(s in)/(c o s|,m in [)]/(s in)/(c o s,m in [BAEEAECEAECsrss （ ） 根据以上的不同方位倾斜面太阳辐射量的计算模型可以通过 0ddHT 求解出当方位角 0 时的最佳倾角 o34 . 太阳能小屋所安装光伏电池的各面的月平均辐射量 TH 的计算结果统计于表 表 太阳能小屋所安装光伏电池的各面的月平均辐射量 TH 月份 屋顶 TH (kWh/㎡天 ) 东立面 TH (kWh/㎡天 ) 南立面 TH (kWh/㎡天 ) 西立面 TH (kWh/㎡天 ) 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 对小屋顶部前倾面架空式布局光伏电池的倾角计算下 : 太阳能小屋的顶部前倾面相对于水平面的倾角  , 为小屋的最佳倾角 ,  即为光伏电池安放支架与小屋顶部倾斜面之间的夹角。 在上述的求解中 ,已经得出当方位角 0 时的最佳倾角 o34 ,而 n 1  . 故 :  即 :光伏电池安放支架与小屋顶部倾斜面之间的夹角为 : . 据此 ,将光伏电池安放的支架设计如下图 所示 . 13 图 架空安放光伏电池的支架面 问题 3 的解决方案设计 在太阳能小屋的设计中 ,研究光伏电池在小屋外表面的优化铺设是很重要的问题 .在问题二中我们得出小屋屋顶的最佳倾角为 34 度 ,在重新设计小屋时 ,我们把小屋的顶部倾角设计为 3。