太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

图 如 下 ： 图 3 南立面电池组件连接及功率示意图 顶面电池组件安装图如 下 ： 图 4 顶面电池组件安装示意图 注： 黄色矩形为 A3 单晶硅光伏电池组件。 太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计 10 顶面电池组件连接分组阵列及功率示意图 如下： 图 5 顶面电池组件连接分组阵列及功率示意图 在以上方案下，计算得 35 年的南 墙总发电量 h ，屋顶 总发电量为 1019279 kw h， kw h， 模型的建立与求解 最佳倾角 的求解 [14] 朝向赤道斜面上的太阳辐射量，通常采用 Klein 的计算方法 ，倾斜面上所接受到的太阳辐射总量 TH 由直接辐射量 btH 、天空散射辐射量 dtH 以及地面反射辐射量 tH 组成，即： tdtbtT HHHH  btH 与水平面上的直接辐射量 )( 39。 SHH bbt  之间又如下关系： bbbt RHH  对于朝向赤道的倾斜面， bR 可以由下式确定：    c o s c o s sin sin sin180c o s c o s sin sin sin180S T S TbSSR                    其中：  是当地维度，  是倾斜角，  是太阳赤纬角。 水平面上的日落时角 为 ：  1co s tan tanS     太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计 11 斜面上的日落时角 为 ：  1m in c o s ta n ta nsST        太阳 赤纬角 为 ： 2 ( 28 4 )23 .45 si n 365 n   其中： n 为日期序号， n 由方差法确定。 Hay 模型认为倾斜面上天空散射辐射量是由太阳光盘的辐射量和其余天空穹顶均匀分布的散射辐射量两部分组成，可表达为：  001 1 c os 12dddt d bH H H HH H RHH       其中： bH 和 dH 分别为水平面上直接和散射辐射量； bR 为倾斜面与水平面上直接辐射量 之比， 0H 为大气外层水平面上太阳辐射量；  为倾角。 大气外层的水平辐射量可由下式求出： 024 36 01 0. 03 3 c os c os sin sin sin36 5 18 0SC S SnHI                    (14) 其中， scI 为太阳常数。 地面反射辐射常量的表达式为：  1 1 cos2 H   (15) 其中：  为地面反射率，一般情况下  ，倾斜面上太阳辐射总量的表达式为：    00111 c os 1 1 c os22ddT b b d bH H H HH H R H R HHH             (16) 由上式直接求出最大太阳辐射倾斜角的数学表达式有些困难，在冬半年，太阳赤纬角为负值。 如当地纬度为  ，通常总有   )( ，因此倾斜面上日落时角 s 和水平面日落时角 st 相等，这时可直接推导出最佳倾角的数学表达式。 此时，水平面上的总辐射量 TH 为： 000 1( ) ( ) ( 1 c os ) ( 1 c os )22d b dT b b bH H HH H R H HHH          (17) 太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计 12 对于确定的地点，其太阳辐射量及地面反射率等均为常数，将 TH 对  求导，并令 0TdHd ，得：  22 2 1 ta n ta n180a r c ta nta n ta n11 180b b bSSb b bSSH H HH H HH H HH H H                (18) 当直接辐射量为 0时，最佳倾角不等于 0，这正是天空散射辐射量各向异性模型所需的结果。 对于夏半年，最佳倾角往往接近于 0，甚至为负值。 电池板排列间距 的 计算 影子倍率法计算太阳高度角并计算间距 [5] 图 6 电池阵列安装示意图 一般在水平面垂直竖立的高为 L 的木杆，其南北方向的角度为 h ，方位角为 ，那么影子倍率 R 可由下式 表示： cot cossLRhL    (19) 其中： R —— 影子倍率 L —— 阵列高度 sL —— 影子长度 h —— 太阳高度角  —— 太阳方位角 由图 6以及公式 cot cossLRhL   可以得出： cot cossL L h    太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计 13 由于本文研究的房屋是正南方向，因此太阳方位角为 0. cotsL L h 根据球面三角函数分析认为太阳高度与观测者的地理纬度、太阳赤纬和方位角有着一定的关系，他们之间的关系式为： sin h sin sin c o s c o s c o s ,         (20) 其中 h 为 太阳高度角，  为 时角，  为 当时的 太阳赤纬，  为 当地的纬度 (大同的纬度为 )，根据最佳倾斜角的求解公式可知： 斜面上的日落时角为：  1m in c o s ta n ta ns      (21) 太阳 赤纬角 为 ： 2 ( 28 4 )23 .45 si n365 n   (22) 由于本文研究的太阳方位角为 0，则 1cos ，太阳高度角公式变为： s i n h s i n s i n c o s c o s c o s ( ) s i n [ 9 0 ( ) ]                (23) 得出计算太阳高度角的基本公式： 90 ( )h    (24) 通过以上模型及附件给出的数据可以计算出电池板间的阵列间距，但是由于电池板的数量级规格较多，使用 此模型计算大小不同电池板的阵列间距极为困难，且经过复杂计算后，准确度也有很大偏差。 因此，本文使用阴影转换的方法，可以方便的计算出阵列间距及所需电池板数目。 方法 示意图 如下： 图 7 阴影面及间距求法 太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的设计 14 在本题中已经得到最佳倾斜角  ，通过倾斜角及电池板面积可以求得电池板在屋顶平面上产生的阴影，进而可以将电池板的面积等效为电池板在屋顶平面上产生的阴影的面积。 此阴影面积可以等效为问题一中贴附电池板的面积，从而将求阵列间距问题转化为问题一中求贴附电池板的面积。 运用此方法可建立模型求得在屋顶及房屋各面上所需的电池板数目。 架空式 电池组件 安装 收益 规划 模型 本题是在问题一的基础上求得最佳倾斜角建立优化模型。 本题同样是多目标优化模型，其目标为全年太阳能最大发电总量和建设成本最低。 根据第一问的贴附式 电池组件安装收益 规划 模型 可以改进的到 架空式电池组件安装收益 规划 模型如下： 24 2431 1 1m a x 2 4 .3 ( / c o s( a r c c o s( 0 .9 8 2 8 7 ) ) ) 1 0 0 .5 ( )j i i i i i iif H n S n P W          241241241511。