基于LINGO11.0对太阳能小屋设计问题的模型研究

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太阳能小屋的设计数学模型研究

作者单位
石河子大学信息科学与技术学院
Ｓ（）＝１４．０３１２４ｍ‘ ；Ｓ＝１９．２３６６００ｍｚ；
（１）假设不考虑光线入射角度的影响：（２）假设不考虑建筑物所在纬度和经度
Ｓ＝２４．３２ｍ；
Ｓ＝２４．２３ｍ。
［３］杨金焕，于化丛，葛亮．太阳能光伏
电应用技术［Ｍ］．北京：电子工业出
社，２００９．
太阳光照强庞Ｖ辐射强度变化最大值；珏建筑屋顶最高点距地面高度；ａ：建筑平面体
型长边；ｃ：室内使用空间最低净空高度距地面高度；ｂ：建筑平面体型最短边：ｅ：建筑平面窗户横边；ｈ：建筑平面窗户高；ｒ：建筑平面圆窗半径：Ｓ：建筑平面门宽。
土
Ｙ－ＣｉＸ＋ｅ进行求解，算出的结
ｉ＝Ｉ
果是：对于电池板的组件来说，转换效率占主要地位，价格次要，其他因素对结果几乎无影响。
【关键词】辐射强度数值分析倾角和方向角
最优化眦ｔｌａｂ４．５５７３５３１７８６Ｘ２
（２）
可以看出每个面在全年的辐射强度分布情况，太阳能小屋的铺设面积一定，电池板的
选择是解决问题的关键。根据小屋尺寸，容易算出每个面的铺设面积：
Ｓ＝２８．Ｕ９；Ｓ（）６０．８７０４５３ＩＩ；
２问题分析

太阳能小屋的设计

太阳能小屋的设计摘要本文探讨了太阳能小屋外表面电池组件优化铺设的问题，并在此基础上给出了太阳能小屋的改进方案。

针对问题一，本文首先计算了屋顶的太阳能辐射总量（见表1），在考虑小屋全年光伏电池发电总量最大、单位发电量费用最小的基础上建立了贴附式电池组件安装收益规划模型，对小屋屋顶和南面进行了部分铺设，得到了小屋表面电池板铺设方案（见表3，图2，图4）和逆变器的选择方案（见表6，图3，图5），并计算出了在当前方案下小屋的发电总量为1052097.37 kw·h，经济总收益为315451元，回收成本年限为７年。

针对问题二，本文首先分析了太阳辐射量与倾斜面的方位角和倾角的关系，并建立了相应的模型，通过计算得到了小屋顶面和南墙电池组件的最佳倾斜角为37.3°（相对于水平面），方位角为０°。

在问题一模型的基础上建立了改进的架空式电池组件安装收益规划模型，进而得到了小屋表面电池组件的铺设方案（见表8，图8）和逆变器的选用方案（见表9，图9），此时小屋的发电总量为1168997，经济总收益372263元，回收年限为7年。

针对问题三，本文根据小屋的建筑要求及问题一、二中的结论，制定了小屋设计原则，重新构建了小屋（见图10至图14），并给出了改进后小屋的电池板铺设方案和逆变器的选择方案（图15至图18）。

最后，本文对所建模型的优点和缺点进行了客观的评价，认为本文研究的结果在实际应用中有很好的参考价值。

关键词：多目标规划，最佳倾斜角，太阳辐射总量，收益规划模型1.问题重述在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面（屋顶及外墙）铺设光伏电池，光伏电池组件所产生的直流电需要经过逆变器转换成220V交流电才能供家庭使用，并将剩余电量输入电网。

不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别很大，且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受诸多因素的影响，如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安装部位及方式（贴附或架空）等。

太阳能小屋的优化与设计

太阳能小屋的优化与设计摘要针对如何提高光伏电池的转化效能及经济效益问题，本论文给出小屋的外表面光伏电池的铺设优化方案。

首先针对问题1，我们以发电总量的最大值为目标函数，墙的面积和电池板的占地面积为约束条件建立线性规划模型，得出各扇墙最多铺设不同类型电池、逆变器的数量，再计算出小屋顶面的发电总量为169060kwh，投资回收年限为24年。

对于问题2，我们考虑选择最佳倾斜角（0β）及架空方式44=铺设光伏电池，进而计算出发电总量为401600kwh、经济效益为273160元、投资回收年限为19年。

根据附件7的要求对原有的太阳能小屋用线性规划重新设计，得到一个改进后的小屋，利用之前优化后的光伏电池铺设方案，对小屋进行重新计算了小屋的发电总量为746320kwh，经济效益为603380元，投资回收年限为18年。

关键词:光伏电池；最佳倾角；朝向；最大发电量；回收年限一、问题的提出随着科学技术的发展，为了保护环境，人们尽可能地使用清洁能源，其中太阳能能源是取之不尽，用之不绝的新型能源。

光伏发电系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。

光伏发电系统容量设计就是要计算出光伏发电系统在全年内能够可靠工作所需的太阳能电池组件和光伏电池的数量。

光伏发电系统硬件设计是根据实际情况选择合理的硬件设备，包括太阳能组件的选型支架、设计逆变器的选择、电缆的选择、控制测量系统的设计、防雷设计和配电设计等。

而且不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别很大，每峰瓦的实际发电效率或发电量还受诸多因素的影响，如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安装部位及方式（贴附或架空）等。

为了实现小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，现在有如下问题需要解决：1、根据山西省大同市的气象数据，仅考虑贴附安装方式，选定光伏电池组件，对小屋的部分外表面进行铺设，并根据电池组件分组数量和容量，选配相应的逆变器的容量和数量。

太阳能小屋的优化设计的阅读报告

太阳能小屋的优化设计的阅读报告1、绿皮书太阳能小屋的优化设计主要解决问题的思想：前提：该篇文章在给出具体问题的模型之前先推导出了任意斜面上的总辐射量的公式，为下文解决具体问题做好铺垫。

a 、问题一：针对问题一，该篇文章采用了多目标规划模型，并引入收益的概念，提出单位面积收益率的指标，通过综合考虑转化效率与单位面积收益率指标来选择光伏电池。

在模型求解的过程中，文章设计了一个矩阵模拟算法，首先将电池按优先级排序后输入到算法中作为输入值，而优先级的判别标准则为一种光伏电池在其产品寿命中的单位面积收益率和转化效率的综合指标。

以此来得出各个墙面的电池铺设方案，而逆变器的选择只需根据得出的电池铺设方案就可得到。

多目标规划模型如下：目标：1）小屋的全年太阳能光伏发电总量L 尽可能大2）单位发电量的费用W 尽可能小条件：1）电池铺设过程中不得超过边界2）在每一组中，光伏电池的组合必须满足题目并串联的要求3）组中电池的电压、功率都不得超过所配逆变器的电压与功率最大值∑∑===I i Jj ij ij s r L 11max η)/max(1∑==Ii i c L W⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤≤≤∑∑∑∑====,,,..1111i Jj ocij Jj i ocij I i Jj ij P p U u S s t s在建立模型时，本篇文章对总发电量进行了简化处理，即要求各个墙面的发电量最大。

b 、问题二：对于问题二，该篇文章只考虑了屋顶上的电池板进行架空，不对墙面上的电池板进行架空处理。

因此使题目解决起来相对方便了很多，在做模型建立时，只需要将问题一中的有效光伏强度r 改成电池板倾角β与朝向n γ的函数。

本模型中的倾角与朝向是动态可变的，问题一中倾角和朝向是确定的，为了求解该模型必须求解有效光伏强度r 的最大值，即),(max n r r γβ=。

并通过查阅相关资料得到倾斜面上的太阳总辐射公式，通过化简后，利用Excell 进行逐步搜索，依次计算各个倾角对应的屋顶朝南斜面的辐射值，继而选择电池进行计算机模拟铺设，给出优化的铺设方案，再求出投资回报年限和单位发电成本。

太阳能小屋的设计研究

太阳能小屋的设计摘要随着人类对能源需求的不断增强，提高太阳能电池组件的发电功率已成为一个重要课题。

本文建立了以下模型来探究太阳能电池组件的发电功率及能获得的最大经济效益：针对问题一，在对已有数据计算出屋顶斜面的光辐射强度的基础上，建立了基于模拟退火算法的贴附铺设光伏电池模型。

依据24种不同型号电池的尺寸将其分为4类，利用matlab初步计算铺设小屋所需4类电池数量；又以最大经济效益为目标函数，用模拟退火算法得出光伏电池的最佳铺设方案。

计算出小屋建立一年后电池组件的最大发电量为18569Kw，经济效益为-72546.6元；而在35年后电池组件的最大发电量584923.5Kw，获利209630.65元。

所以从长远来看，太阳能电池给人类带来了很大的经济效益。

针对问题二，在证明出光伏电池可架空朝南安装才可获得最大光辐射量的基础上，我们建立了架空铺设光伏电池模型，用逐步查找法计算出光伏电池的最佳h与电池阵列的关系，得出当电池板间距为其最大投倾角。

通过分析太阳高度角影距离L时才不会因遮挡电池板而影响发电效率，从而对24种不同型号的电池以投影大小重新分成4类，根据问题一中的模拟退火算法得出最大经济效益。

针对问题三，以小屋的四个侧面的光辐射强度为目标函数，对小屋各边要求为约束条件，建立了多目标规划模型，利用lingo软件求出小屋各边参数，得到小屋四周外墙能接受到的最大光辐射强度为15672.34W/m2，并绘制出了小屋最佳结构。

综上所述，太阳能作为一种无污染、可再生能源，具有广阔前景。

关键词：光伏电池、模拟退火、逐步查找法、多目标规划1.问题重述能源和环境是21世纪面临的两个重大问题,专家推算[1]可开采的石油资源将在几十年后耗尽, 煤炭资源也只能供应人类使用约200年。

太阳能电池作为一种可再生无污染能源，能够利用光电效应直接把光能转化成电能，从而很好地解决能源和环境两大难题。

目前在太阳能电池的研究中最关键的问题就是如何提高转换效率，减少能源浪费。

线性规划模型在能源领域的应用——太阳能小屋设计毕业论文

本科毕业论文线性规划模型在能源领域的应用——太阳能小屋设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

建模论文太阳能小屋

太阳能小屋的设计摘要太阳能光伏建筑一体化系统是应用太阳能发电的一种新概念，而太阳能小屋是其中一个很重要的应用。

对于问题1中太阳能小屋光伏电池的优化铺设，本文以小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小为目标函数，在对屋顶的太阳能总辐射强度进行单独讨论的基础上，建立了约束型多目标规划模型来选定光伏电池组件；利用LINGO11.0进行了编程求解，分别得到各个侧立面和屋顶所需的光伏电池类型与数量；用AutoCAD绘出小屋外表面组件铺设分组阵列图形和组件连接方式示意图，然后根据所铺设光伏电池的阵列排布方式给出逆变器规格列表；最后给出了小屋35年寿命期内的发电总产量及其投资的回收年限为17年。

建模中在给出每一种光伏电池每块的价格和发电功率的公式后运用因次分析法进行了检验。

对于问题2中要求考虑光伏电池板以架空的方式进行铺设，首先将光伏电池板的倾斜角度引入问题1中的规划模型；再根据相关资料建立最佳倾斜角度的数学模型，并用MATLAB2010编程求出光伏电池板的最佳倾斜角为27.2671°；进而给出小屋外表面光伏电池的优化铺设方案。

对于问题3，本文在满足题目提出的建筑尺寸要求的前提下，分别从接收最大太阳能和建筑美学的角度给出小屋的两种设计方案，一种是以蒙古包的设计理念给出八棱台形的太阳能小屋，另一种则是对题目所给小屋从建筑美学的角度进行了重新设计，并用3DMAX绘出其外形图，最后给出了外表面光伏电池的优化铺设方案。

关键词：约束型多目标规划；因次分析法；最佳倾斜角；优化铺设一、问题重述1.背景在设计太阳能小屋时，需在建筑物外表面铺设光伏电池，光伏电池组件所产生的直流电需要经过逆变器转换成220V交流电才能供家庭使用，并将剩余电量输入电网，太阳能光伏发电系统如图1所示。

在这种光伏系统中不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别很大，且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受诸多因素的影响，如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、地区的气候与气象条件、安装部位及方式等。

太阳能小屋的设计 2012数学建模国赛国奖文

承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。

我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。

我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。

如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。

我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。

我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D 中选择一项填写）：B我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）：参赛队员（打印并签名）：1.2.3.指导教师或指导教师组负责人（打印并签名）：日期：年月日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）太阳能小屋的设计摘要本文针对光伏电池在太阳能小屋外表面的优化铺设问题，采用了矩形Packing 算法，建立了贡献率最优化以及太阳辐射模型，使用LINGO、MATLAB 求解，并用CAD 进行画图，实现了光伏电池的串并联铺设和逆变器的最优选配。

对于问题一，在仅考虑贴附安装方式下对小屋的部分外表面进行铺设。

借助于矩形Packing 问题的砌墙式启发式算法，首先依据单位面积发电效率贡献最优的方法筛选出贡献率最优的电池组件A3进行铺设，之后再用次优的C8电池填补空隙。

依照价格功率最优的原则我们又筛选出SN12和SN4逆变器，对各个外表面进行电池的串并联。

之后用MATLAB 拟合算出太阳辐射一年的总强度，求出电池转化的电能减去成本，得到净经济效益为7.9万元，投资回收年限为23 年。

太阳能小屋的设计

太阳能小屋的设计摘要：本论文针对太阳能小屋外表面光伏电池的优化铺设问题建立了数学模型，并给出了相关算法，并运用了lingo软件编程，再由计算机进行求解，得到最优的决策方案，并根据要求为大同市重新设计了一个太阳能小屋。

之后，我们在综合考虑各种因素的基础上，对所建立的数学模型进行了分析，并对模型进行了评价与推广。

模型I：针对问题1中提出的问题，考虑到35年发电带来的每月平均效益与平均每月的费用，建立了收入与支出的关系模型，按照给定的小屋外表面的面积、光伏电池的种类、逆变器的参数在excel表中进行了数据处理，根据收入强于支出越强越好的标准对excel表中得到的数据进行了筛选，得到每个面都会选用同一种光伏电池，因此得到该模型的建立是有很大缺陷的，并进行了模型I I的建立。

模型I I：我们将光伏电池最大发电量作为目标函数，列出7个约束条件，建立了线性规划模型，得到铺设小屋外表面时所需要的光伏电池种类与数量的最优解。

我们又从实际生活出发，最后得到小屋35年寿命期内的发电总量为4.34597万千瓦时，经济效益为2.17万元，投资回收年限为60年。

模型I I I：曲线拟合模型。

针对附件4中大同典型气象年气象数据中每天的数据进行了数据拟合，拟合成每平方辐射强度与时刻的函数，然后对该函数进行积分求解每天的每平方总辐射强度，根据总辐射强度确定日期，根据公式求得南立面架空铺设最佳倾角为42.90度。

然后根据模型I I确定铺设所需要的光伏电池种类及数量。

得到小屋35年寿命内的发电总量8.6567万千瓦时，经济效益为4.35万元，投资回收年限49年。

按照附件7的要求设计小屋，由所建立的模型I I、模型I I I对新太阳能小屋进行铺设，建立一栋新太阳能小屋。

最后得到小屋35年寿命内的发电总量12.6675万千瓦，经济效益为6.35万元，投资回收年限42年。

关键词线性规划lingo 光伏电池最大发电量数据拟合matlab1问题的提出太阳能是可供开发和使用新能源中最为理想的的可再生能源和无污染能源，光伏电池可以对太阳能进行有效的吸收，并转化成电能。

太阳能小屋设计模型(论文) 精品

太阳能小屋的设计摘要本文根据天空散射辐射各向异性的Hay模型，计算出小屋顶部倾斜面上在不同时间的太阳辐射量，通过假定相邻整数时刻之间的辐射量满足线性的关系算出太阳对每个面上每天和全年的辐射总量，又根据太阳在不同时刻对小屋其它四个面的辐射量通过积分计算得到每一种电池在小屋的五个面上一年的产生的总电量和每个时刻对应的功率值。

而问题一中要挑选出的电池与逆变器可以是一个双目标函数模型的优化解，所以根据建立的模型与题中所给出的要求，可相应的列出目标函数的约束条件，用软件计算即可求出小屋每面所需要的电池和逆变器的型号和数量。

具体结果如下α，使其满足全年接收的太阳光辐射总量达到最问题二主要是找出斜面的最佳倾角大。

倾角为α的光伏板接收的辐射量是一个关于变量α的函数，对倾角α求导并令导数值为0查找出斜面辐射量的计算公式，对α求导令其为0得到一个函数的导数与倾角α的关系式，通过对该函数本身的函数表达式求导后的值应该相等的条件可以求解出最佳α=37.6度。

再将求出的倾角值代回问题一所建立的模型中进行计算，得出在最的倾角佳倾角的情况下，满足目标函数的最优解。

对于问题三要设计一个小屋，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，我们可以先把小屋的各种需要确定的指标全部假设出来，再根据给出要求列出不等式方程组，将此方程组也代回到问题一的模型中进行计算，得出小屋每面所需要的电池和逆变器的型号和数量，即为所求问题的最优解。

关键字：双目标函数模型；太阳辐射；太阳能电池板；逆变器；Hay模型1 问题重述近年来，大规模开发利用太阳能已经成为国际上应对气候变化、调整能源结构的重要举措。

我国有着丰富的太阳能资源和悠久的太阳能利用历史，近两年更是出现了蓬勃的局面，太阳能发电，太阳能房屋等项目正在我国各地飞速发展。

太阳能房屋的推广应用对于节约常规能源、减少环境污染、改善人们的生活水平有十分重要的意义，其中光伏发电是太阳能房屋的核心技术。

光伏发电要求在建筑物表面（屋顶及外墙）铺设光伏电池，光伏电池组将太阳能转换成直流电，所产生的直流电经过逆变器转换成220V交流电供家庭适用。

数学建模太阳能小屋的设计

太阳能小屋的设计摘要本文讨论的问题是如何在房子表面安装光伏电池，目标是使房子的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小。

本模型建立的思想是，尽可能使安装的光伏电池在一天内多接受太阳光。

针对问题多目标，多变量的动态特点，为了实现目标我们建立了多目标规划模型。

经过分析，我们确定太阳强度、气象条件、所处位置、环境为常数，电池安装角度、太阳光入射角为变量。

目标中提出要使发电量最大又要费用最低，可见我们的问题属于资源优化问题，在建模的时候，除考虑光伏电池安装位置外，还要重点考虑如何去选择和连接光伏电池组。

文中我们使用化整为零的方法，对房子的各个面进行单独的分析，首先用“控制变量法”对房子各个面用不同种类的电池组合铺设，并计算产生的电量和成本，以表格的形式表现出来，接着利用“排除法”，得出每个面产生电量最多的电池型号组合，即为最优组合。

一年中总会出现光强最大的一天，这就要求我们的模型要考虑最值情况，光伏电池产生的电要经过逆变器才转换为交流，因此光伏电池产生的电压最大值必须在逆变器允许输入电压范围内。

除了建立多目标规划模型外，为了解决问题，我们还建立了以下两个模型：模型一：区域分析模型在安装电池板时，由于有些墙面有窗户或者其它位置不能被电池板覆盖，我们称这部分区域为“非覆盖区域”，也就是有这些“非覆盖区域”的存在，我们有了限制他周围电池板型号的条件。

我们以非覆盖区域为界，可把一个完整的墙面分割成几个区域，由于太阳能电池板的形状为长方形，我们选择将墙面分割成不同面积的长方形区域。

根据所分区域的大小，选择电池板的安装情况，选择的电池板必须长和宽不超过该区域长和宽的电池。

由于我们在这个模型里只考虑了面积去安放光伏电池，符合该区域的电池板搭配可能有多种，但是要选择最优的电池搭配，为了实现电池最优搭配，我们建立了金字塔模型。

模型二：金字塔模型所谓金字塔模型就是最下面数量多，最上面数量少，这个模型恰好能解决我们区域分析时得到很多种电池搭配，却得不到最优搭配的问题。

太阳能小屋研究报告

太阳能小屋研究报告
报告题目：太阳能小屋研究报告
摘要：
本研究报告对太阳能小屋进行了深入研究和分析。

首先介绍了太阳能小屋的概念和原理，并对其在能源利用、环境保护和可持续发展等方面的优点进行了分析。

接着，从太阳能电池板、储能系统、节能设计等方面对太阳能小屋的关键技术进行了探讨。

最后，通过实地调研和数据分析，对太阳能小屋在实际应用中的效益和问题进行了评估，并提出了进一步研究的建议。

关键词：太阳能小屋、能源利用、环境保护、可持续发展、关键技术、实际应用、效益、问题
1. 引言
1.1 研究背景和目的
1.2 研究方法和数据来源
2. 太阳能小屋的概念和原理
2.1 太阳能小屋的定义
2.2 太阳能利用原理
2.3 太阳能小屋的优点
3. 太阳能小屋的关键技术
3.1 太阳能电池板技术
3.2 储能系统技术
3.3 节能设计技术
4. 太阳能小屋的实际应用
4.1 实地调研概况
4.2 太阳能小屋的效益评估
4.3 太阳能小屋的问题分析
5. 进一步研究的建议
5.1 提高太阳能利用效率
5.2 优化储能系统技术
5.3 加强节能设计措施
6. 结论
研究报告结束
请注意，以上仅为一个研究报告的框架示例，具体内容和结构应根据实际研究情况进行调整。

太阳能小屋设计优化模型的研究

受很多因素的影响，如太阳辐射强度、建筑物所处的地理纬度、环境、地区的气候与气象条件、光线人射角、安装部位及方式（贴附或架空）等。因此，在设计太阳能小屋时，对光伏电池在小屋外表面的优化铺
设问题的研究尤为重要。
３结束语
本文考虑确定性模型的主观假定性较强，对其建立了概率性推测模型，初步较客观得出几组相应工作电压和功率的逆变器，针对一组逆变器充分考虑了各个约束条件，建立了目标规划模型，同时利用专门的
第３期
太阳能小屋设计优化模型的研究
表２组件连接方式（串、并联）示意图
当选取另外一组逆变器时，根据目标规划模型同样得出另一种铺设方案见表３，图略。
表３组件连接方式（串、并联）承意图
２．５成本分析
小屋外墙的每个立面或顶面的成本
中图分类号：ＴＫ５１１文献标志码：Ａ文章编号：１００７ — ９８４Ｘ（２０１３）０３ — ００６５ — ０５
随着科学技术的发展，人类社会的进步，人们对能源的消耗越来越多，因而，绿色能源的使用也变得越来越重要，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。在太阳能小屋设计中，需要在小屋的屋顶及外墙铺设光伏电池，光伏电池组件所产生的直流电经过逆变器转换成２２０Ｖ交流电才能供家庭使用，并将剩余电量输送电网。不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差别也很大，且每峰瓦的实际发电量或发电效率还
２．１符号说明
收稿日期：２０１２ — １１ — １０

基于固定式的太阳能小屋的设计与优化研究-开题报告

辽宁工业大学毕业论文开题报告题目基于固定式的太阳能小屋的设计与优化研究Design and Optimization Research Based on Stationary Solar EnergyHouse理学院信息与计算科学专业091 班学生姓名李艳玲学号090901024指导教师刘秀娟开题日期：2013年 3 月14日（注）开题报告要点：1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。

2、题目主要内容及预期达到的目标。

3、拟采用哪些方法及手段。

4、完成题目所需要的实验或实习条件。

5、完成题目的工作计划等。

125开题须知一、学生要认真填写开题报告。

在毕业设计（论文）答辩时学生须向答辩委员会（或答辩小组）提交开题报告，作为答辩评分的参考材料，没有开题报告不能参加答辩。

如果丢失要及时办理补交手续。

学生毕业后，开题报告与学生毕业设计（论文）一并存档备案。

二、毕业设计（论文）题目一经确定，指导教师要给学生下达毕业设计（论文）任务书，学生根据任务书的要求进行开题，一般安排在毕业设计（论文）正式开始的第二周至第三周进行。

三、开题报告的审查由各专业教研室主持，每个学生的报告时间为10—15分钟。

开题通过后学生才能正式获得毕业设计（论文）的资格。

四、学生要充分理解毕业设计（论文）题目的内容和要求，在指导教师的指导下制定切实可行的工作计划，并且要具备进行毕业设计（论文）所要求的实验或实习（调研）条件。

五、学生要按照指导教师所下达的毕业设计（论文）任务书的要求，认真进行文献资料的检索、搜集和查阅，并做好记录。

六、开题审查不合格的学生，必须在一周内重新进行开题。

基于多目标优化和规划的太阳能小屋设计

基于多目标优化和规划的太阳能小屋设计顾帆1，刘吕桥1，陈晓娟1，左开中1（1.安徽师范大学数学计算机科学学院安徽芜湖241000）摘要:通过倾斜面上太阳辐射量计算模型和光伏电池组件电学模型，对光伏列阵的朝向和倾角对太阳能小屋发电系统性能的影响进行了分析和研究。

结果发现，在大同地区，当光伏列阵朝向正南倾角是37.25°，光伏电网中有最大的年产出电能，当阵列朝向偏离正南时，对于一定偏离角和倾角的光伏列阵，其在偏东南时比西南时有更大的年产出电能；在大同地区，光伏列阵朝向对阵列产量的影响不是很明显，当光伏阵列偏离正南时，对不同方位角，选择合适的倾角，可以使光伏阵列的年产出电能下降很少。

关键词：太阳能小屋；光伏电池；逆变器；多目标规划；优化模型Solar House Design And Multi-objective Optimization Based On PlanningFan Gu1 Lvqiao Liu1 Xiaojuan Chen1 Kaizhong Zuo1(1.School of Mathematics and Computer Science, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China)Abstract: Computational model through the inclined surface of the amount of solar radiation and solar module electrical model of solar cabin power system performance analysis and research orientation and inclination of the PV array. The results found in Datong, when the PV array toward the due south inclination is 37.25 °, the largest annual output power in PV concurrent grid array towards deviation from due south, for a certain deviation angle and inclination of the photovoltaic array. in the southeast than southwest have greater output power; in Datong, photovoltaic arrays toward the array production point is not very obvious, when the photovoltaic array deviate from due south, different azimuth, select the appropriate the inclination, the annual output of the PV array energy decreased very little.Keywords: Solar-House Photovoltaic-cells Inverter Multi-objective Planning Optimization Model1.引言着巨大的开发应用潜力。

关于太阳能小屋的设计安装问题研究

关于太阳能小屋的设计安装问题研究高丽;胡丹丹;邹倩;张飞【摘要】研究主要针对在太阳能小屋的外表面合理铺设光伏电池,使得小屋全年的太阳能光伏发电总量尽可能大,而单位发电量的费用尽可能小的问题,建立运筹学中的多目标优化模型,利用LINGO软件进行求解,最终求得在不同条件下对太阳能小屋的不同铺设方案.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2013(025)003【总页数】4页(P63-66)【关键词】太阳能;辐射强度;发电量;经济效益;优化模型【作者】高丽;胡丹丹;邹倩;张飞【作者单位】延安大学数学与计算机科学学院,陕西延安 716000;延安大学数学与计算机科学学院,陕西延安 716000;延安大学数学与计算机科学学院,陕西延安716000;延安大学数学与计算机科学学院,陕西延安 716000【正文语种】中文【中图分类】TK519太阳能小屋是靠其表面铺设的光伏电池组件产生直流电，直流电再经过逆变器转换成220V的交流电供人们使用.由于不同种类的光伏电池每峰瓦的价格差异很大，且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受诸多因素的影响，因此，在设计太阳能小屋时，研究光伏作用在小屋外表面的优化铺设是非常重要的，我们主要研究以下两个问题.1 问题提出1.1 设计要求问题一，首先对太阳能小屋的外表面进行光伏电池的铺设时，要尽可能满足两个方面的要求：一是小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，二是单位发电量的费用尽可能小.于是我们可以将问题转化为多目标规划问题，得出在小屋的各个平面上铺设的电池组件及逆变器的类型.然后结合实际平面以及光伏电池组件分组数量及容量选配相应的逆变器的容量和数量，得出具体的铺设方案.最后，计算小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限.问题二，为了合理的选择架空式安装方式来安装光伏电池以提高电池的工作效率，首先需要计算出光伏电池架空安装时的倾角A与太阳高度角α之间的关系，进而在此基础上求得面板接收到最大辐射强度时太阳的方位角B，即架空安装时光伏电池面板的朝向.最后在问题一的基础上对模型进行改进，建立模型二，得出太阳能小屋的新的铺设方案.1.2 符号说明符号说明见表1.表1 符号说明表符号符号说明Q 全年太阳能光伏发电总量A1 所铺设光伏电池总费用A2 所用逆变器总费用mi 第i种型号的光伏电池数量（i＝1，2，3……24）nj 第j种型号的逆变器数量（j＝1，2，3……18）S所铺设光伏电池的总面积SK 第k面墙的可用面积（k＝1，2，3，4，5，6）WA A电池的功率WB B电池的功率WC C电池的功率W电池的总功率F辐射强度Fi 第i种型号电池的辐射强度PA A类型光伏电池的价格PB B类型光伏电池的价格PC C类型光伏电池的价格Pj 第j种型号的逆变器的价格ηi 第i种型号电池的转换效率Uj 第j种型号的逆变器的额定电压Ij 第j种型号的逆变器的额定电流H建筑屋顶最高点距地面高度h室内使用空间最低净空高度距地面高度L建筑平面体型长边K建筑平面体型短边S总建筑总投影面积2 模型建立与求解2.1 问题一模型建立要对小屋的外表铺设光伏电池，使小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小，即求maxQ和min（A1＋A2），于是将问题转化为线性优化问题，将多目标转化为单目标[1］.目标函数为根据目标的重要程度，以及影响费用的光伏电池和逆变器的费用重要程度，可设因此，总目标为约束条件其中：IH为总辐射；IB为法向直射强度；ID为面散射辐射强度；ρ为反射率[2］.2.2 模型求解运用LINGO软件分别求得太阳能小屋六个表面光伏电池的铺设情况，得出各个面所铺设电池的型号及数量，以及选配逆变器的容量和数量.在实际操作中，光伏电池不能进行分割，在铺设电池的过程中也应考虑实际表面的布局.因此，我们从实际出发，对各个墙面电池进行铺设，得到所用电池的具体型号及数量.在东面墙铺设C1型号的电池12块，C2、C10、C7三种型号的电池各1块，铺设的总面积为18.500 321m2，产生的经济效益为0.037 556 270 596 7万元，光伏电池和逆变器共花费1.031 573 76万元.在南面墙铺设A3型号的电池8块，铺设的总面积为10.213 120m2，产生的经济效益为10.028 324 916万元，光伏电池和逆变器共花费3.022 301 6万元.在西面墙铺设C1型号的电池16块，C10型号的电池1块，铺设的总面积为23.170 390m2，产生的经济效益为0.675 465 874 477 795万元，光伏电池和逆变器共花费1.304 539 2万元.在北面墙铺设C1型号的电池14块，C7型号的电池1块，铺设的总面积为20.130 700m2，产生的经济效益为0.018 348 183 342 772万元，光伏电池和逆变器共花费1.135 613万元.在南立顶面铺设C1型号的电池38块，C7型号的电池3块，铺设的总面积为54.672 1m2，产生的经济效益为0.394 511 3万元，光伏电池和逆变器共花费3.083 587万元.在北立顶面铺设C1型号的电池9块，C7型号的电池2块，铺设的总面积为13.091 4m2，产生的经济效益为0.472 355 5万元，光伏电池和逆变器共花费0.735 782 4万元.因此，太阳能小屋在第一年产生的经济效益为11.626 549 4万元，花费的费用为14.633 41万元.由于前十年产生的经济效益相同，且只在第一年投资，又因11.626 549 4＞11.626 549 4－14.633 41，所以小屋投资的回收年限为2年，小屋35年寿命期内的发电总量Q为2.3 问题二模型建立与求解由于电池板的朝向与倾角会影响光伏电池的工作效率，因此我们选择架空式安装方式来安装光伏电池，使得光伏电池达到较高的工作效率.因此我们需要计算出光伏电池架空安装时的倾角A与太阳高度角α之间的关系.分析题意可知，当光伏电池板垂直于太阳光时的工作效率最高[3－5］.光伏电池面板接收到的辐射强度最大时，面板的倾角与太阳高度角互余，由此可得光伏电池面板与水平面的夹角，即光伏电池架空安装时的倾角A为首先，时角计算公式可得太阳光最大辐射强度时的太阳时角为其次，根据赤纬角计算公式，当日期序号n从1取到365时，可得一年中太阳每天的赤纬角度数为另外，将太阳时角及赤纬角度数分别代入太阳高度角的计算公式中，即可确定一年的太阳高度角为反解该结果即可得到αn的值，再取年平均太阳高度角作为太阳光辐射强度最大时的太阳高度角α，则最后，面板接收到最大辐射强度时太阳的方位角B可确定为反解该结果可得太阳方位角B的值，即为架空安装时光伏电池面板的朝向.若13点时辐射强度最大，此时太阳时角为当日期序号n从1取到365时，代入赤纬角计算公式，然后利用MATLAB软件求解[6］可得到太阳的年赤纬角度数αn的值，再对其求平均值有即太阳光辐射强度最大时太阳高度角α的值为47.35°.由此可得光伏电池面板与水平面的夹角，即光伏电池架空安装时的倾角A为A ＝90°－α＝90°－47.35°＝42.65°.当日期序号n从1取到365时，代入赤纬角计算公式，再对其取平均值.利用MATLAB软件求解可得光伏电池面板接收到最大辐射强度时太阳的赤纬角度数为又因为光伏电池面板接收到最大辐射强度时太阳的方位角B的计算式为所以将w ＝15°，α＝47.35°，δ＝3.28°代入式中得3 结论反解该结果可得面板接收到最大辐射强度时太阳的方位角B＝21.48°，即光伏电池架空安装时面板的朝向为南偏西21.48°，求解公式得出F辐射强度为2 070 696.31.类似问题一，关于建立太阳能小屋的架空面铺设方案的优化模型[7，8］，运用LINGO 软件求解模型，即得架空后实际铺设的光伏电池图.【相关文献】[1]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M］.第3版.北京：高等教育出版社，2003.[2]刘鉴民.太阳能原理技术工程[M］.北京：电子工业出版社，2010.[3]方荣生.太阳能应用技术[M］.北京：中国农业机械出版社，1985.[4]杨硕.智能建筑太阳能应用系统的研究[D］.西安：长安大学，2009.[5]王建华，吴季平，徐伟.太阳能应用研究发展[J］.水电能源科学，2007，25（4）：155－158.[6]江世宏.MATLAB语言与数学实验[M］.北京：科学出版社，2007.[7]梁锐，张群，刘加平.结合太阳能应用技术的绿色建筑设计[J］.陕西建筑，2010，28（6）：4－7.[8]林树勋，张兰英.发展中国家的太阳能应用（第一部份）[J］.甘肃科学学报，1995，7（2）：41－45.。

太阳能小屋的最优设计模型

太阳能小屋的最优设计模型何帆;黄迎;石秋菊;欧阳康【摘要】针对2012年全国大学生数学建模比赛B题关于太阳能发电装置的电池组件选配问题,建立非线性整数规划模型进行求解.通过建立光伏电池的优选模型对电池进行优选,减少了可选的电池数量,简化了模型的计算复杂度.从而有效地计算出三个问题中的发电总量和收益率.【期刊名称】《湖南理工学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】8页(P30-36,47)【关键词】收益效率;非线性整数规划;太阳能;光伏电池【作者】何帆;黄迎;石秋菊;欧阳康【作者单位】湖南理工学院数学学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院数学学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院数学学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院数学学院,湖南岳阳414006【正文语种】中文【中图分类】O221.2引言2012年全国大学生数学建模比赛B题是一个如何给大同某建筑配置太阳能发电装置的优化问题.首先原题中给的太阳辐射数据是按时刻获取的,为了准确地计算出年总辐射强度,对辐射数据先按时刻做平均,得到每时刻的平均辐射强度,再对平均辐射强度进行拟合得到辐射强度的变化函数,由该函数通过积分可得≥30W/m2和≥80W/m2辐射的总强度.其次,设计太阳能发电的使得收益效率最大化的电池及逆变器的选择问题,需要结合实际情况,我们可以把基本需求归纳为:选用的电池及逆变器的成本最低,但使得收入最大化.因此需建立非线性整数规划模型来对最优方案进行选择.再次,由于需确定的变量非常多,目前有的整数规划算法均不能有效地求解该问题.在第一问中给出了对针对同类型电池组件进行性价比的优选模型,对电池组件进行了优选.然后再取最优和次优的电池组件作为选择的对象进行模型的计算,大大减小了计算量.最后,在第二问可调整电池组件的安装角度时,先考虑如何确定电池组件平面的方位角和高度角使得接受的太阳光年辐射总强度能达到最大,然后分析可行的安装方案,并考虑阴影的影响.第三问根据第二问的结果,分析考虑电池组件的最佳方位角和高度角来进行参考设计小屋,可使得电池组件的安装的复杂程度降低.1 模型的假设(1)假设题中所给的数据真实可靠;(2)假设太阳能小屋的光照仅受气象条件影响,而不受树荫等其它外界因素的影响;(3)假设太阳能光伏电池组、逆变器在自身温度变化的情况下,其电能的转换效率不变;(4)假设每个表面上的阳光辐射强度是均匀的;(5)假设电池组并联时,电压差不超过10%,电压按最低电压输出.2 模型的建立2.1 问题一在该问中,对数据进行了预处理,并对太阳的辐射建立了曲线拟合模型,计算出年太阳辐射总强度.并建立了问题一的基本模型,进行了优化,计算出相关的结果.图12.1.1 数据预处理及模型分析从附件4中的数据来看,屋顶的长斜面(图1中ABFE面)的辐射强度未知,需计算ABFE面上的阳光辐射强度.当阳光从某角度入射ABFE面时,在 ABCD平面和DCFE立面上投下的阴影由几何学可知都是平行四边形.而ABFE面上的辐射能量就等价于阴影上的辐射能量.因此ABFE面上的辐射强度可按下式近似计算,其中W水平、W南、W水散分别为水平方向、南立面方向、水平散射的总辐射强度.每天的辐射强度受气象的影响比较强烈,为了计算全年的总辐射强度,这里采用先求每时刻上的平均数据,再建立曲线方程.由于当辐射强度小于30 W/m2时,太阳能电池均不能工作.这里将小于20的数据都剔除,再进行曲线的拟合.图2 各方向单日平均辐射强度及拟合曲线(*原始曲线,+拟合曲线)由图2可知除了东、西面,其它方向都比较符合二次曲线的特征.因此对除了东、西立面外其它方向均采用二次曲线拟合模型:f(x)=ax2+bx+c,而东、西立面的辐射强度则采用三次曲线拟合:f(x)=ax3+bx2+cx+d.使用最小二乘法可计算出系数,结果见表1.表1方向拟合函数拟合误差(MSE)法向f (x)= −12.3x2+ 34.8x − 1922.2 846.7东立面f (x)= 3.1x3−120.7x2+ 1512.9x − 5844.1 1166.4南立面f (x)= −14x2+ 3828x − 2228.3 656.8西立面f (x)= −2.7x3+ 110x2− 1423.9x + 5933.4 980.8北立面f (x)= −2.713x2+ 71.6963x − 384.1168 3.5长斜面f (x)= −15.2x2+ 383.3x − 1885.8 809.7考虑太阳的辐射是连续变化的,这里可以根据拟合函数进行积分,可得到一天中太阳的总辐射强度,假设每年按365天计算,即可得到每个方向上的年总辐射量,公式如下:考虑某些电池在 30W/m2或 80W/m2的辐射强度以下不能工作,因此积分的上下限分别取方程f(t)=30和f(t)=80的根,从而可计算出每天可产生电能的太阳总辐射量,见表2.表2方向东立面南立面西立面北立面长斜面平均每天太阳辐射总量辐射强度≥80 972.65 2626.23 1304.9 324.58 4223.2辐射强度≥30 2125.89 3141.17 1606.7 654.28 463.562.1.2 建立模型由于同一表面采用两种或两种以上类型的光伏电池组件时,同型号的电池板可串联,不同型号的电池板不可串联.在不同表面上电池不能进行串、并联连接.因此这里认为在不同表面上不能共用逆变器.总的发电量是每个表面发电量的和.总的经济效益为所有面上的经济效益的和,因此该问题可以分解为每一个面上的组合优化问题.外表面有 6个,其中顶部小斜面由于朝北,并且坡度较陡,不适合安装光伏电池,因此这里仅考虑其它5个面.假设第l个表面上的经济收入为Zl,成本为Cl,则可得经济效益的表达式:.假设第l个表面:使用了第i种逆变器的数量的数量为xl,i个,第i个逆变器下使用第j个电池有gl,i,j组,每组电池数量为nl,i,j,所有光伏组件在0～10年效率按100%,10～25年按照90%折算,25年后按80%折算,则35年该表面的发电总收入为,而该面上的总成本则为其中ηi表示第i种逆变器的效率,ηPVj为第j块电池板的转换效率,Wj表示第j块电池板受太阳光的辐射强度,Mi为第i块逆变器的价格,MPVj为第j块电池板的单价(元/wp),PPVj为额定功率,每块电池的价格实际上是PPVjMPVj.考虑到小屋的各个外表面面积约束,逆变器的额定功率及允许输入电压范围约束,及不同电池组并联的约束,从而建立如下基本模型.模型Ⅰ:其中Sj为第j种电池板的面积,为可铺设面的面积,Pi为第i种逆变器的功率,Uj为第j块电池板的输出电压,ULOWi与UUPi为第i种逆变器允许输入的最低与最高电压.2.1.3 模型改进由于模型Ⅰ变量数量(共450个变量)过多,通过LINGO编程计算不能得到可行解.模型优化的思路为如何减少变量的个数.由数据知电池分为3类,每类电池的适用范围相同.因此考虑在相同的光照强度、相同的面积下对每类电池的性价比,选出每类电池性价比最高的 2种电池进行计算可以大大减少模型求解中计算的复杂度.另外还可以根据每个表面的光照特征来确定适用的电池,进一步减少可选电池数量,简化模型的计算量.(1)由性价比优选电池:随机模拟一块矩形面积S,给定辐射强度为1000W/m2,比较同类电池产生的功率和其价格的比做为性价比指标进行判定.模型Ⅱ:其中i为同一类电池的个数.为了排除特定面积的影响,随机给出十万个面积进行计算,然后以十万次结果的平均作为性价比的评价指标,模拟结果见表3.结果表明3类电池中A3、B7和C6的性价比为各自类别中最高.后面都仅考虑每组排名前两位的电池型号进行计算.表3性价比排序电池型号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A3 A1 A5 A6 A2 A单晶硅电池 12.81 10.7312 6.5386 6.5249 4.6197 4.6179 B7 B3 B4 B1 B5 B6 B2 B多晶硅电池 74.99 10.79 7.90 7.79 6.12 5.53 5.50 C6 C7 C8 C10 C9 C1 C5 C4 C3 C2 C11 C薄膜电池 4482.4 4455.9 1138.8 644.0 507.4 265.6 229.0 229.0 219.8 61.5 39.6(2)由太阳辐射优选电池:由平均辐射强度可以统计出强度分别超过200,80,30的大致时长(见表4),由此根据电池的特性可以确定某个外表面上适用的电池类型,比如北立面辐射强度超过80的仅仅只有约4个小时,使用A、B型电池的开机率太低,因此北立面只能选C型电池.(3)模型优化:模型Ⅰ中由于同时考虑了5个表面,在计算上比较复杂.考虑到每个表面是独立的逆变器,因此可以把总的收益效率分解为5个面的效率的和,每个面的收益效率均使得最大即可,因此这里对每个表面建立相同的模型即可.表4辐射时间方向≥200 ≥80 ≥30 可选电池类型东 4 8 10 B C南 7 9 12 A B C 西 5 9 12 A B C北 0 4 9 C顶 8 10 12 A B C模型Ⅲ:其中NPV为相应表面上可选的电池数量,该数量综合电池的优选和辐射强度的优选结果见表5.表5方向可选电池类型数量NPV东 B3 B7 C6 C7 4南 A1 A3 B3 B7 C6 C7 6西A1 A3 B3 B7 C6 C7 6北 C6 C7 2顶 A1 A3 B3 B7 C6 C7 6表6设备选择方向电池数量逆变器数量东 B7 10 SN7 2南 A3 3 SN7 1西 B7 12 SN17 1北 C6 231 SN17 11顶 A3 44 SN17 22.1.4 模型求解(1)计算结果经过简化的模型数据量大大减少,通过LINGO程序计算可得到优选结果见表6.(2)方案设计根据表6的计算结果,在方案的设计时,不仅要考虑方案的可行还要便于实际情况的安装和维护,设备的选择方案见表7.表7设备选择方向电池数量逆变器数量方案设计东 B7 10 SN12 SN3 2 1组6个B7另一组4个B7南 A3 3 SN7 1 每组3个B7西 B7 12 SN17 1 每组12个B7北 C6 231 SN17 11 每组21个C6顶 A3 42 SN17 2 每组21个A3表8方向收入成本东 8381691 323900南 8469720 19140西 13493777 81250北 31539563 485285.2顶 190680362 53442200总计 252565113 54351775净利润 198213338(3)收益计算根据太阳辐射总量和表7的设备选择可计算出收入,见表8.易算出每年收入效率为:10.4%.成本的回收年限为:9.2年.2.2 问题二对于问题二,选择架空方式安装光伏电池,需要考虑电池板的朝向与倾角问题,使得接受到的太阳辐射尽可能大.2.2.1 问题分析当电池板法向的高度角和方位角记α,β确定时,可以确定该电池板的所在的平面位置,如图3,4所示.图3图4设北向为x轴正向,东向为y轴正向,垂直xy平面向上为z轴,设电池板的法向的高度角和方位角分别为α,β,其法向单位向量 (x1,y2,z3).则x1=cosαcos(π−β),y1=cosαsin(π−β),z1=sinα.太阳的直射方向随着时间变化的,设i为日期的序号,t为时刻,第i日,记第t时刻的太阳高度角为ai,t和方位角为bi,太阳光线的单位向量可表示为(−xi,t,−yi,t,−zi,t),向量取负,其中xi,t=cosai,tcos(π−bi,t),yi,t=cosai,tsin(π −bi,t),zi,t=sinai,t.太阳能电池板法线和太阳光方向夹角的余弦为:2.2.2 建立模型记Wi,t为第i天,第t时刻的太阳法向直射强度.对于单位电池板的面积SB=1,则太阳光垂直通过的面积为cosθ,则可求α,β使得一年中总辐射最大的模型,模型Ⅳ:其中(xi，t,yi，t,zi，t)由数据计算所得.通过编程计算可得到高度角a=34o6′和方位角b=214o3′.但按照这个角度去安装光伏电池,考虑施工上会有很大的困难,这里仅仅考虑高度角的变化.按每一面的最优化建模,得到模型如下,模型Ⅴ:与模型Ⅲ相同,面积约束改为可用面积为,每个方向上的辐射强度用表9的数据代入公式(8)计算得到.2.2.3 模型求解(1)计算结果通过LINGO程序计算得到结果见表9.(2)方案设计根据表9的结果,在方案的设计时,不仅要考虑方案的可行还要便于实际情况的安装和维护,设备的选择方案如表10.(3)收益计算根据表 9的设备选择及计算出的辐射总量可计算出收入见表 11.同时可计算出每年收入效率为:16.4%,成本的回收年限为:6.8年.表9方向电池数量逆变器数量设备选择东 B7 10 SN7 2南 A3 3 SN7 1西 B7 12 SN17 1北 C6 231 SN17 11顶 A3 44 SN17 2表10方向电池数量逆变器数量东 B7 10 SN12 SN3 2设备选择南 A3 3 SN7 1西 B7 12 SN17 1北 C6 231 SN17 11顶 A3 42 SN17 2表11方向收入成本东 8795695 323900南 8499721 19140西 12593773 81250北 31839546 485285.2顶 297680361 53442200总计 359409096 54351775净利润 3050573212.3 问题三本问中根据前两问给出了计算结果,参考光伏电池的最优高度角和方位角进行了小屋的设计,并建立最优模型进行了计算,计算出了总的收益效率.2.3.1 问题分析这里参考问题二中最优化的方位角和高度角.方位角在214o3′分,及高度角在3 4o6′时太阳辐射最强,考虑太阳光法向直射辐射强度在 14点时刻最强.因此在朝向上需要考虑将南立面向西偏一定的角度,或者将西立面向南偏一定角度.另外,对于屋顶朝南的斜坡,需要尽可能地符合最优的高度角,以保证屋顶更多地接受太阳辐射,并可使安装简化.设计如图5所示.图52.3.2 模型建立按照上述的设计方案,顶部和南立面的太阳光辐射可以达到最优情况,这里采取墙面附贴的形式进行安装,通过对一个外表面进行建模所得模型与模型Ⅴ同.但墙外表的太阳光辐射强度按公式(8)计算.2.3.3 模型求解采用LINGO编写程序,计算出结果.(1)计算结果通过LINGO程序计算(见附录)可得到计算结果,见表12.(2)收益计算根据公式(8)计算出的太阳辐射总量和表 8的设备选择可计算出收入,见表 13.同时易算出每年收入效率为:21.4%,成本的回收年限为:4.8年.表12方向电池数量逆变器数量东 B7 10 SN6 2设备选择南 A3 6 SN7 1西 B7 14 SN17 2北 C6 330 SN15 11顶 A3 60 SN17 3表13方向收入成本东 18295695 413602南 8499721 235896西 12593773 214259北 31839546 64852823顶 1497680361 84323901总计 1568909096 150040481净利润 4188686153 模型的评价本文中的给出太阳辐射的曲线拟合模型,优选电池组合的非线性整数规划模型及改进的模型,针对非线性整数规划模型难以求解的问题,给出了减少变量的优选电池的方法法,有效地减低了求解的复杂程度,是一种有效的处理办法.参考文献[1] 沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京:化学工业出版社,2005:13～16,79～86[2] 萧树铁.数学实验[M].北京:高等教育出版社,2006:73～77[3] 【日】太阳光发电协会编.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].刘树民,宏伟,译.北京:科学出版社,2006。

基于BIPV系统的太阳能小屋设计

基于BIPV系统的太阳能小屋设计
朱莉;包诗瑶;谢建强
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2014(0)7
【摘要】本文在光伏建筑一体化系统(BIPV系统)的基础上研究光佚电池在小屋外表面的优化铺设问题.光伏组件的安装设计对建筑项目全年寿命周期各阶段的发电量与经济效益的指标有重要影响.对于问题1,在小屋外表面铺设电池分组阵列时我们从使小屋的全年光伏电池发电总量最大化而单位发电量费用最小化出发.对于问题2,在考虑电池板的朝向与倾角对光伏电池工作效率的影响的情况下,确定方阵的最优倾角是光伏发电系统优化中必不可少的重要环节和先决条件.通过Matlab软件建立倾斜放置的光伏电池板表面接收太阳辐射能模型,计算得到光伏板上的辐射能,推导出光伏电池板的最佳倾角,并同时建立基于光伏电池板安装的最佳倾角模型.对于问题3,根据附件7给出的小屋建筑要求,用机械制图软件UG绘制出小屋的外形图.根据问题1,2的铺设方案,并采用自动跟踪式独立光佚电池,对所建小屋进行光佚组件的优化铺设.
【总页数】2页(P3-4)
【作者】朱莉;包诗瑶;谢建强
【作者单位】安徽工程大学数理学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学数理学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学数理学院,安徽芜湖241000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.西藏农牧区太阳能小屋优化供电系统模型设计
2.基于数学模型的太阳能小屋优化设计
3.基于LINGO11.0对太阳能小屋设计问题的模型研究
4.基于太阳能辐射理论和目标规划的太阳能小屋设计
5.基于多目标优化模型的太阳能小屋设计与实现
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太阳能小屋的设计

太阳能小屋的设计
金语泽;逄嘉振;徐嫄乐
【期刊名称】《辽宁科技大学学报》
【年(卷),期】2013(036)001
【摘要】研究设计绿色环保的太阳能小屋,绘制了山西省典型四个方向总辐射强度散点图,结合三大类光伏电池的特点,确定了房屋不同侧面应采用的电池类型.以光伏组件与逆变器组合的单位费用发电量最大为目标函数,建立排序光伏组合性价比的单目标优化模型,采用Lingo编程求解得出排序情况.根据二维排样算法,结合铺设条件,对组件组合进行下料.房屋顶部采用先伏电池组件整体架空的方式,以光照总辐射强度最大为目标,采用逐步细化搜索算法确定项部的斜面倾角.
【总页数】5页(P57-61)
【作者】金语泽;逄嘉振;徐嫄乐
【作者单位】西北工业大学计算机学院,陕西西安710129;西北工业大学机电学院,陕西西安710129;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710129
【正文语种】中文
【中图分类】TM615
【相关文献】
1.太阳能小屋屋顶的设计与优化 [J], 杨凯凡
2.大同市实用太阳能小屋的设计 [J], 温素萍
3.建筑设计中太阳能小屋光伏电池铺设方案研究 [J], 吴孟桃;郑现菊
4.太阳能小屋的优化设计 [J], 王名扬;李民
5.基于太阳能辐射理论和目标规划的太阳能小屋设计 [J], 刘畅;鞠东平;崔梦雪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。