太阳能小屋的优化方案设计.doc

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中选择一项填写人 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）： 曲靖师范学院 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）：教练组 H期： 2012 年 9 月 10 FI 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）: 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）: 赛区评阅记录（可供赛区评阅吋使用）: 评阅人 评分 n n n n n 备注 o o 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（由金国组委会评阅前进行编号）： 太阳能小屋优化方案设计 摘要 本文主要解决太阳能小屋的光伏电池的优化铺设，最佳倾角的求解和 太阳能小屋的建筑重新设计?在设计光伏电池的铺设问题屮，本文引入了一 个用于度量性价比的新的数学量一一峰功率密度单价?利用这个数学量可 以很容易地解决光伏电池的优化铺设，同时减少了繁琐的计算机编程求解. 而最佳倾角的求解则利用不同方位倾斜面太阳辐射量的计算模型解出，进 而解决其它几个问题. 针对问题1,在仅考虑贴附安装方式的情况下，每个面尽可能放上最多 的光伏电池?通过光伏电池的组件功率、电池成本、型号的相应价格算出性 价比，性价比高的就是最优型号电池?但是，考虑到串并联的铺设电池方式, 每个面不一定要铺到最多，选择相近的数量及最佳铺设来选择?再根据电池 的电压、电流、功率选择符合的逆变器，有经济效益考虑选择最佳逆变器. 针对问题2,把光伏电池架空摆放，电池板朝向与倾角均影响光伏电池 的工作效率?运用吋均太阳辐射模型、倾斜面上FI均太阳能辐射量的计算模 型、修正因子心的简化和倾斜面上时角的计算得出最佳倾角从而重新考虑 第一问? 针对问题3,根据问题一和问题二的比较，知道用架空方式设计小屋会 更有效率，小屋的结构比例和安装方式选择了电池组件和逆变器的型号及 其数量?在全年日照下，耍让光伏电池发挥最大的工作效率及获得最大的经 济效益，在满足题目耍求下，根据最大效益原则设计出一套房顶上的光伏 电池整天都有U照的小屋，且门窗尽可能放在受光照最少的那一而. 最后利用最佳倾角和附件7屮的相关参数和条件重新设计了太阳能小 屋的建筑结构参数，使得小屋能够充分利用光能，达到最优化的布局?并分 析了模型的优缺点，以及模型的改进意见. 关键词：光伏电池逆变器峰功率密度单价最佳倾角吋均模型 1 ?问题重述 1.1引言 能源短缺已成为一个世界性的难题，它是一个国家经济发展的关键因 素?煤、石油、天然气等有限的能源日益枯竭，世界土地沙漠化日益严重，南 极冰雪逐渐融化,臭氧层漏洞等问题也不容人们忽视?在能源危机和环境污 染日益严重的双重考验下,大力开发和利用太阳能能源，是解决上述问题最 有效途径之一?太阳能是一种巨大的能源，取之不尽，用之不竭；太阳能是一 种清洁能源，在环境污染越来越严重的今天，这一特点使其弥足珍贵；另外 太阳能是大自然免费煬予的，可就地取材，不受人为控制和垄断，且太阳能 的利用方式是多样化的.1999年召开的世界太阳能大会明确提出，当代太阳 能科技发展的两大趋势：一是光与电的结合，二是太阳能与建筑的结合?这 一基本思想，给太阳能的综合利用注入了新的活力?从经济、实用及建筑外 观上考虑，房屋顶部大量安装太阳能热水器等初级太阳能利用设备已不能 满足广大用户的生活耍求，人们更注重房屋居所的通风采暖以及太阳能供 电等一体化的综合型多功能房屋建筑?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. 山西省大同市地处北纬40. 10度，海拔高,终年太阳高度角大，口照时间 长,太阳辐射量大，是太阳能开发利用的有利地区?从太阳能利用的特点以 及目前的开发前景来看，竖直墙面（本文只考虑东、南、西三面，由于建筑北 墙面日照时间较短，研究意义不大，故文中未涉及北墙面）受光面积占绝对 优势?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