太阳能小屋的设计数学建模

2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛

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）： 010048 所属学校（请填写完整的全名）：呼伦贝尔学院

参赛队员 (打印并签名) ：1. 苑伟

2. 冯曦

3. 刘海平

指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：

日期： 2012 年 09月 09 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛

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（可供赛区评阅时使用）：

全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：

B题太阳能小屋的设计

摘要

随着当今社会资源的匮乏，合理利用能源显得越来越重，其中太阳能做为一种新能源，给人们的生活和生产带来了很多帮助。在设计太阳能小屋时，需在建筑物表面（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。因此，在太阳能小屋的设计中，研究光伏电池在小屋表面的优化铺设是很重要的问题。

问题1仅考虑贴附安装方式，那么光伏电池组件的夹角就可以忽略了小屋的表面安装的个数根据其面积比例就可以计算出来。问题2的架空方式考虑到电池板的朝向与倾角会影响光伏电池的工作效率，会使小屋产电量更大。问题3中设计的小屋应尽可能多的装电池组件，以使发电量总量尽可能大。

在问题一中，根据各种光伏电池组件的连接方式和平均发电功率的比较和逆变器的价格（写出数据的对比），选择电池组件*和逆变器*，每个面的面积选择了*个逆变器……利用表格数据作图得到……

在问题二中，根据大同市的每个面得辐射总量知道太阳照射比较强的是*面，于是再根据其每个方向的辐射量的比较选择按*度角安装电池组件

在问题三中，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向选择了电池组件*和逆变器*……

关键字: 光伏电池、光伏电池组件、逆变器、辐射强度、年发电量。

问题提出

随着现代科技越来越发达，不可再生能源逐渐枯竭，我们需要发现利用可再生能源，而太阳能资源在室内的利用变得越来越重，所以有了设计太阳能小屋的问题，就是需在建筑物外表面（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。因此，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。对下列三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，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，并计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益（当前民用电价按元/kWh 计算）及投资的回收年限。

1：请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。

2：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，请选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题1。

3：根据附件7给出的小屋建筑要求，请为大同市重新设计一个小屋，要求画出小屋的外形图，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，给出铺设及分组连接方式，选配逆变器，计算相应结果。

问题分析

问题一：需要计算出小屋的表面积和所需的太阳能电池板的型号和数量的各种可能，并根据附表所给的逆变器的种类运用数学方法计算出这些可能中具经济效益的使用电池板以及逆变器的数量和种类。根据给定材料知可知东南西北四个反向墙面的太阳辐射强度。通过太阳能电池功率输出算法等建立模型一

太阳能电池组件的设计原则是要满足平均天气条件（太阳辐射量）下负载每日用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的全年发电量要等于负载全年用电量。

1）根据各种数据直接计算出太阳能电池组件或方阵的功率，根据计算结果选配或定制相应功率的电池组件，进而得到电池组件的外形尺寸和安装尺寸；另一种方法是选定尺寸符合要求的电池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和日发电量等数据，结合各种数据进行设计计算，在计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。

2）基本计算方法：

电池组件的并联数＝负载日平均用电量(Ah)/组件日平均发电量（Ah）

其中，

组件日平均发电量＝组件峰值工作电流（A）×峰值日照时数（h）

电池组件的串联数＝系统工作电压（V）×系数／组件峰值工作电压（V）

电池组件（方阵）总功率（W）＝组建并联数×组件串联数×选定组件峰值输出功率（W）A设计时要考虑造成组件功率衰降的各种因素按10％的损耗，交流逆变器转换效率的损失也按10％计算。

B蓄电池充电损耗5％～10％

3）实用计算公式：

电池组件的并联数＝负载日平均用电量（Ah）／组件日平均发电量（Ah）×逆变器效率系数

电池组件的串联数＝系统工作电压（V）×系数／组件峰值工作电压（V）

电池组件（方阵）总功率（W）＝组件并联数×组件串联数×选定组件的峰值输出功率（W）

问题假设

假设温度、风向等其他因素对太阳能光伏电池没有影响。

假设同一墙表面上太阳辐射强度相同。

假设不考虑太阳能小屋的美观问题。

假设东南西北方向总辐射为天阳能电池所受的辐射强度。

假设小屋旁边没有树木或高的建筑物。

定义符号

模型一

根据逆变器的选配容量应≥光伏电池组件分组安装的容量，及光伏分组阵列的端电压应满足逆变器直流输入电压范围。由电池组件单晶硅和多晶硅电池启动发电的表面总辐射量≥80W/m 2、薄膜电池表面总辐射量≥30W/m 2在利用Excel 对山西大同典型气象年逐时参数及各方向辐射强度给定的数据进行筛选知一年内工作时间为

W/m 2 东向总辐射强度 南向总辐射强度 西向总辐射强度 北向总辐射强度 W ≧30 3241h 3799h 3713h 3088h

200>W ≧80 965h 1018h 765h 728h

W ≧200 1168h 2124h 1470h 171h

太阳能蓄电池与光照时间的关系

太阳能电池的发电量公式:

M=Pm×h×u

通过上述问题可得到，太阳能一年的最大产生功率与墙面填放电池组件多少和电池产生功率有关。

单晶硅转换效率一般在10%～15%，而多晶硅的转换效率在12%～16%。太阳能电池的一个单片为一个PN 结。单片电池的开路电压在～之间,面积越大或并联的片数越多则电流越大。

太阳能电池的最大功率Pmax=oc V 开路电压×sc I 短路电流，这是它们的理想功率，而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率Pm 。实际中额定功率是小于最大功率的，主要是由

于太阳能电池的输出效率u只有70%左右。在使用中由于受光强度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率P=。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作，则负载的额定功率为Pr=。如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则电池的功率为：Pm=。就是说太阳能电池的功率要是负载功率的倍。【1】

所以可算各电池组件的输出效率，及不同方向一年产生的总电量如下利用Excel得到：

产品型号最大

功率

输出

效率u

东向年总

电量

次

序

南向年总

电量

次

序

西向年

总电量

次

序

北向年总

电量

次

序

A1 % 14 12 14 18 A2 % 15 13 15 19 A3 % 16 14 16 20 A4 % 18 17 18 22 A5 % 19 18 19 23 A6 % 17 16 17 21 B1 % 4 4 4 8 B2 % 1 1 1 2

B3 % 7 7 7 11 B4 % 6 6 6 10 B5 % 3 3 3 5 B6 % 2 2 2 4 B7 % 5 5 5 9 C1 % 8 10 8 1 C10 % 20 20 20 14 C11 % 13 19 13 13 C2 % 12 15 12 12 C3 % 11 8 11 7 C4 % 9 11 9 3 C5 164 % 10 9 10 6 C6 % 21 24 23 17 C7 % 24 23 24 24 C8 % 22 22 22 16 C9 % 23 21 21 15 对墙面进行以每一面次序为1的电池组件为目的进行切割，不足时往下排

多个光伏组件串联后可以再进行并联，并联的光伏组件端电压相差不应超过10%。

由此算出小屋的面积：S=B S +BX S +N S +NX S +X S +D S （S ：小屋的总面积；B S ：北立面的总面积；BX S ：北立面上面的斜面的面积；N S ：南立面的总面积；NX S ：南立面上

的斜面的面积；X S ：西立面的总面积；东立面的总面积。）

并根据小屋各个面的不同情况进行逐个分析，同时考虑到打通的天气情况：如南面的辐射强度明显大于其他立面的太阳辐射强度。因此需将较好的电池板放在小屋的前里面。

贴附，这要可以使电池进行串联，可以得到较大的发电量，又因为需要将成本和发电效率都考虑到的问题，酒需要考虑使用哪一种PV 电池类型来进行贴附，所以进行如下计算：

171003200710012002

X S =?+??=226980000mm ：因此可以考虑将西立面分为下面的方形和上面的三角形两个部分来进行贴附，可以根据所给的附表3进行推理分析：

西立面的房方形面积为：27100320022720000mm ?=

三角形的面积为：217100120042600002

mm ??= 可以得到如下表格：

型

号 长 宽 所用数量 组件功率*转换效率 单个

A2 1956 991 3

B2 1956 991 9

B6 1956 992 9

B5 1956 992 9 A6 1956 991 9 A4 1651 992 12 B1 1650 991 12 B7 1668 1000 12 A3 1580 808 12 A5 1650 991 12 A1 1580 808 12 B4 1640 992 12 B3 1482 992 12 C1 1300 1100 10 C5 1400 1100 10 C3 1414 1114 10 C4 1400 1100 10 C2 1321 711 20 C11 1645 712 16

C10 818 355 72

C9 920 355 63

C8 615 355 99

C6 310 355 198

C7 615 180 187

多个光伏组件串联后可以再进行并联，并联的光伏组件端电压相差不应超过10%。

通过对电池组件的选择决定逆变器的选择。

设选择电池板能量次序为Lxx ，铺设时使其尽量靠前进行选择，（XX为电池型号）

电池板的长为Axx宽为Bxx ，电池的开路电压为Vxx，开路电流为Ixx，铺设同种电池多少Cxx

Xxx为串联电池数，Yxx为串联组数对于逆变器对输入段电压为Uxxy~Unxy 输入段额电流Ixy。

（xy为逆变器的型号）

一．对东墙的贴附安装：

分割：

筛选：

通过上述选择决定：

电池：9块B2，2块C6 ,17块C8，4块C10。

逆变器：SN7，SN3。

只允许相同型号的光伏组件进行串联。多个光伏组件串联后可以再进行并联，并联的光伏组件端电压相差不应超过10%。一串或多串（相同电压、功率）组件通过并联即形成“分组阵列”，该“分组阵列”的总功率（W ）为所有组件功率的总和，所以可以有如下选择：

电池分组及铺设方式如下：

123分割：

筛选：

电池：9块A1，15块C6，20块C8。

逆变器：SN7。

只允许相同型号的光伏组件进行串联。多个光伏组件串联后可以再进行并联，并联的光伏组件端电压相差不应超过10%。一串或多串（相同电压、功率）组件通过并联即形成“分组阵列”，该“分组阵列”的总功率（W）为所有组件功率的总和，所以可以有如下选择：

1

2

3

分割：

筛选：

电池：9块B2，20块C6，2块C2。

逆变器：SN7。

只允许相同型号的光伏组件进行串联。多个光伏组件串联后可以再进行并联，并联的光伏组件端电压相差不应超过10%。一串或多串（相同电压、功率）组件通过并联即形成“分组阵列”，该“分组阵列”的总功率（W）为所有组件功率的总和，所以可以有如下选择：

1

2

3

四．对西墙的贴附安装：

分割：

筛选：

电池：15块C1，20块C7，15块C6。逆变器：SN8。

太阳能小屋设计参考方案.(优选)

2012数学建模B题太阳能小屋设计参考方案 问题1：请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（见附件2）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。 1.地表斜面上辐射量的计算公式 1．1、倾斜太阳能集热器上接收到的太阳辐射能

2太阳能电池方阵设计 （1）太阳能电池组件串联数Ns 将太阳能电池组件按一定数目串联起来，就可获得所需要的工作电压，但是，太阳能电池组件的串联数必须适当。串联数太少，串联电压低于蓄电池浮充电压，方阵就不能对蓄电池充电。如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时，充电电流也不会有明显的增加。因此，只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时，才能达到最佳的充电状态。 计算方法如下： Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc（2） 式中：UR为太阳能电池方阵输出最小电压； Uoc为太阳能电池组件的最佳工作电压； Uf为蓄电池浮充电压； UD为二极管压降，一般取0.7V； UC为其它因数引起的压降。 表1我国主要城市的辐射参数表：需补充的蓄电池容量Bcb为： Bcb=A×QL×NLAh(5)

④太阳能电池组件并联数Np的计算方法为： Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）(6) 式（6）的表达意为：并联的太阳能电池组组数，在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量，不仅供负载使用，还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量。 (3)太阳能电池方阵的功率计算 根据太阳能电池组件的串并联数，即可得出所需太阳能电池方阵的功率P： P=Po×Ns×NpW（7） 式中：Po为太阳能电池组件的额定功率。 问题2：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，请选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题1。 太阳能电池板方阵安装角度怎样计算？ 由于太阳能发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池组件的费用大约为60～70％，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。 1.方位角 太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池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。因此，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。为了躲避太阳阴影时的方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关系。如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，请参考下述的公式。至于并网发电的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位角。方位角＝（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）－12）×15＋（经度－116） 10月9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移的关系曲线。在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的。 2.倾斜角 倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。但是，和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角（斜率大于50％-60％）等方面的限制条件。对于积雪滑落的倾斜角，即使在积雪期发电量少而年总发电量也存在增加的情况，因此，特别是在并网发电的系统中，并不一定优先考

数学建模太阳能小屋的设计说明

太阳能小屋的设计 摘要：本文讨论了太阳能小屋设计中，光伏电池在小屋外表面的优化设计的问题。基于对问题的分析和给定的部分太辐射强度，不同种类光伏电池规格数据，以及满足最大发电量、最小投资量的要求，以对光伏电池性价比选择为中心，综合运用了SPSS、MATLAB、Excel等软件，使用了多种综合分析方法，研究了在太阳能小屋的设计中，不同种类的光伏电池之间，光伏电池与逆变器之间的最优串并联组合，以实现光伏电池在小屋外表面的优化铺设。 首先，影响光伏电池每峰瓦实际发电效率或发电量的主要因素太辐射总强度的分析，计算出倾斜平面的太辐射总强度，并利用选取每月选取一个代表日的方法，求得三类电池在阀值限制下的年辐射总量。（见表1） 其次，对三种类型光伏电池的最优选择，通过建立三种类型光伏电池的性价比选择模型（模型一），来寻找在既满足全年太阳能光伏发电总量尽可能大，又满足单位发电量的费用尽可能小的最优光伏电池组件，并求得各类电池一年的总发电量（见表2），光伏电池的最优性价比，该模型可适用于不同类型的物质的性价比优选，即可以保证最大出产，又可以顾及最小投入，从而达到最优选择。 再次，是对最优串并联组合的选取，我们得到了所需光伏电池的种类的块数后，通过分析结合之前所求得的性价比，利用线性规划模型得出最优串并联组合，和小屋外表面的铺设阵列，并最终求得投资的回收年限（见表4-6）。 最后，在解决问题二和问题三上，在光伏电池的最优选取和最优串并联组合的选取上，可以直接套用解决问题一是所用的模型，只需着重分析太辐射强度的变化及光伏电池的安装部位及方式（贴附或架空）。

关键词：太总辐射强度性价比选择线性规划 最优串并联组合每月代表日 一、问题的重述 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。因此，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。 附件1-7提供了相关信息。请参考附件提供的数据，对下列三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，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，并计算出小屋光伏电池35年寿命期的发

太阳能小屋的优化设计

2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛地竞赛规则 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）与队外地任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关地问题 我们知道，抄袭别人地成果是违反竞赛规则地，如果引用别人地成果或其他公开地资料（包括网上查到地资料），必须按照规定地参考文献地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，以保证竞赛地公正、公平性?如有违反竞赛规则地行为，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，可将我们地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） 我们参赛选择地题号是（从 A/B/C/D中选择一项填写）： B 我们地参赛报名号为（如果赛区设置报名号地话）： 所属学校（请填写完整地全名）： 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）：教练组 日期：2012年9月10日 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）

2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 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）

太阳能小屋地优化设计 摘要 本文通过对题中所给数据和相关资料地分析，给出了光伏电池在小屋外表面地优化铺设方案 . 问题一：根据山西省大同市地气象数据，在仅考虑贴附安装方式地情况下，建立了多目标非线性规划模型 .根据该模型地结果，得出 35 年总发电量为： 1065202.28 度，单位发电量地花费为： 0.1566 元，总经济效益为：365751.12 元，成本回收年限为： 19 年. 问题二：在问题一地基础上，考虑了电池板地朝向与倾角对光伏电池地工作效率地影响，采用架空方式安装光伏电池，使之随着太阳位置地改变而均匀地、稳定地、连续地改变，建立了太阳辐射总强度地连续模型，并求其定积分，仍然是多目标非线性规划模型.最 终得出 35 年总发电量为： 1316013.03 度、单位发电量地花费为： 0.11 元，总经济效益为： 578835.8 元，比模型一多了 213084.7 元，成本回收年限为： 14 年. 问题三：根据大同地位置地坐标，以及太阳方位角和高度角地变化情况，小屋被设计为梯形，并画出了小屋地外形图，并给所设计小屋地外表面优化铺设光伏电池，给出铺设及分组连接方式，模型类似于模型一和二 .最终求得地 35 年总发电量为 1316013.03 度，单位发电量地花费为： 0.12元，总经济效益为：500883.975 元. 由本文求解结果可知，太阳能电池不仅是从能源还是环保上来说，都是一项很有发展前景地能源 .合理地利用这项资源，会给人们带来很好地经济效益. 关键字：多目标规划模型光伏电池太阳辐射 、问题重述 在太阳能小屋地设计中，研究光伏电池在小屋外表面地优化铺设是很重要地问题.本文 需通过参考附件提供地数据，对下列三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池地铺设方案，使小屋地全年太阳能光伏发电总量尽可能地大，而单位发电量地费用尽可能地小，并计算出小屋光伏电池 35 年寿命期内地发电总量、经济效益及投资地回收年限. 在求解每个问题时，都要求配有图示，给出小屋各外表面电池组件铺设分组阵列图形及组件连接方式（串、并联）示意图，也要给出电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表 .

太阳能小屋的设计数学建模

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、电子、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）： 010048 所属学校（请填写完整的全名）：呼伦贝尔学院 参赛队员 (打印并签名) ：1. 苑伟 2. 曦 3. 海平 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期： 2012 年 09月 09 日赛区评阅编号（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）： 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）：

B题太阳能小屋的设计 摘要 随着当今社会资源的匮乏，合理利用能源显得越来越重，其中太阳能做为一种新能源，给人们的生活和生产带来了很多帮助。在设计太阳能小屋时，需在建筑物表面（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。因此，在太阳能小屋的设计中，研究光伏电池在小屋表面的优化铺设是很重要的问题。 问题1仅考虑贴附安装方式，那么光伏电池组件的夹角就可以忽略了小屋的表面安装的个数根据其面积比例就可以计算出来。问题2的架空方式考虑到电池板的朝向与倾角会影响光伏电池的工作效率，会使小屋产电量更大。问题3中设计的小屋应尽可能多的装电池组件，以使发电量总量尽可能大。 在问题一中，根据各种光伏电池组件的连接方式和平均发电功率的比较和逆变器的价格（写出数据的对比），选择电池组件*和逆变器*，每个面的面积选择了*个逆变器……利用表格数据作图得到…… 在问题二中，根据市的每个面得辐射总量知道太阳照射比较强的是*面，于是再根据其每个方向的辐射量的比较选择按*度角安装电池组件 在问题三中，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向选择了电池组件*和逆变器*…… 关键字:光伏电池、光伏电池组件、逆变器、辐射强度、年发电量。

太阳能小屋的设计

% 太阳能小屋的设计 摘 要 近年来，光伏技术受到人们的青睐，同时材料成本费在产品应用过程中起着举足轻重的作用。本文研究如何使光伏电池板在满足一定的约束条件下合理、有效的布置电池板，从而提高电池板材料的利用率。我们的主思路就是：如何布置光伏电池板使得总发电量在尽可能大的情况下，单位发电量效益尽可能小。根据太阳能电池外形以及房屋的外形，我们决定用填充算法与遗产算法相结合的矩形优化排样模型。 针对问题一，我们采用对太阳能电池板采用贴附式的方法进行铺设的模式。一方面，我们在确保每个电池组件都贴附着房屋的情况下来排布尽可能多的电池板，使排放区域的板材废料尽可能少，以提高板材的利用率。另一方面，我们考虑光伏电池组件的分组及逆变器选择的要求，运用遗传算法模型进行编程求解，最终求得35年的总发电量为367951kwh ，经过28年后成本收回，开始盈利，35年总的收益为24180元。 针对问题二，我们是采用架空式安装电池板的模式。基于问题一的模型基础上，由于铺的最多板的数目已确定，我们的目的：建立模型尽可能的使已铺的电池板吸收更多的太阳能。一方面，为了保证太阳能电池板能够最大的将照射在上面的太阳光吸收，我根据倾斜面上的所接受到的各种光照建立了最佳倾角模型，最终得出山西省大同市的最佳倾角为度。另一方面，为了消除由于太阳能电池板之间产生的阴影，我们建立了最优电池阵列间距模型。在最佳倾角模型的基础上，我们得出一年中冬至日的高度角最小， 通过数学几何知识，进一步得出电池阵列间距?2.27cos l ，最终得到总发电量为436470kwh ，经过17年收回成本，总收益为42600元。 针对问题三，我们对房屋进行重新设计。该题要求自己设计房屋，我们根据以下方面：（1）采光度最好，确定方向为坐北朝南。（2）太阳辐射强度最大，所以应使屋顶的面积尽可能大。经过问题二的计算，确定房顶的倾斜度为?3.37，根据以上条件，画出小屋的外观模型。根据问题二的排板模型，我们得到了太阳能电池板的排列方法，如图。求得总发电量为535710kwh ，经过15年成本收回，收益为53160元。 * 关键字：光伏电池 矩形优化排样模型 采光度 最佳倾角 '

太阳能小屋的设计

太阳能小屋的设计 摘 要 近年来，光伏技术受到人们的青睐，同时材料成本费在产品应用过程中起着举足轻重的作用。本文研究如何使光伏电池板在满足一定的约束条件下合理、有效的布置电池板，从而提高电池板材料的利用率。我们的主思路就是：如何布置光伏电池板使得总发电量在尽可能大的情况下，单位发电量效益尽可能小。根据太阳能电池外形以及房屋的外形，我们决定用填充算法与遗产算法相结合的矩形优化排样模型。 针对问题一，我们采用对太阳能电池板采用贴附式的方法进行铺设的模式。一方面，我们在确保每个电池组件都贴附着房屋的情况下来排布尽可能多的电池板，使排放区域的板材废料尽可能少，以提高板材的利用率。另一方面，我们考虑光伏电池组件的分组及逆变器选择的要求，运用遗传算法模型进行编程求解，最终求得35年的总发电量为367951kwh ，经过28年后成本收回，开始盈利，35年总的收益为24180元。 针对问题二，我们是采用架空式安装电池板的模式。基于问题一的模型基础上，由于铺的最多板的数目已确定，我们的目的：建立模型尽可能的使已铺的电池板吸收更多的太阳能。一方面，为了保证太阳能电池板能够最大的将照射在上面的太阳光吸收，我根据倾斜面上的所接受到的各种光照建立了最佳倾角模型，最终得出山西省大同市的最佳倾角为37.7度。另一方面，为了消除由于太阳能电池板之间产生的阴影，我们建立了最优电池阵列间距模型。在最佳倾角模型的基础上，我们得出一年中冬至日的高度角 最小，通过数学几何知识，进一步得出电池阵列间距?2.27cos l ，最终得到总发电量为436470kwh ，经过17年收回成本，总收益为42600元。 针对问题三，我们对房屋进行重新设计。该题要求自己设计房屋，我们根据以下方面：（1）采光度最好，确定方向为坐北朝南。（2）太阳辐射强度最大，所以应使屋顶的面积尽可能大。经过问题二的计算，确定房顶的倾斜度为?3.37，根据以上条件，画出小屋的外观模型。根据问题二的排板模型，我们得到了太阳能电池板的排列方法，如图。求得总发电量为535710kwh ，经过15年成本收回，收益为53160元。 关键字：光伏电池 矩形优化排样模型 采光度 最佳倾角

太阳能小屋的设计最终优选稿

太阳能小屋的设计最终 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】

2016重庆邮电大学大学生数学建模竞赛 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。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： 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）：重庆邮电大学 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：2015年8月24日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

2016重庆邮电大学大学生数学建模竞赛 编号专用页 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）：

摘要 本文用EXCEL软件对给出的山西大同典型气象年逐时参数进行全面性分析，进而计算出各个类型的光伏太阳能电池板的各项参数，采用模糊综合评价的模型在光电池的功率，转换效率，工作时长以及价格进行比较，选择出最佳的光电池 问题一：以各光伏太阳能电池板的额定功率为阀值，筛选出以额定功率工作的时长和低于额定功率状态时所做的功，通过模糊综合评价的模型对各电池板的性能进行综合性评价，再计算出各光电池一年内所获得利润大小，最后选出合适的电池板为B2和A3。根据小屋各个面的面积确定出电池板的数量，进而选出合适的逆变器。在35年使用寿命内，经济效益约为元，投资回收年限为28年。 问题二：在第一问的基础上，考虑到地理纬度，电池板倾斜角度等因素的影响，我们对太阳方位角、太阳高度角、太阳赤纬角、太阳时角进行了量化处理，通过月总辐射量在全年范围内求和，利用matlab工具采取计算机循环寻优 算法，计算出电池板的最佳倾角为44，沿用解决问题一的思路对逆变器进行 了选择。在35年使用寿命内，经济效益约为万元，投资回收年限为年问题三：基于之前的计算结果和结论，并对小屋的建筑要求进行了线性规划，用LINGO软件进行处理，找到了小屋面积，朝向及其屋顶倾角的最合理的设计方法，选出了相应的逆变器。在35年使用寿命内，经济效益约为万元，投资回收年限为年。 关键词：太阳能光伏电池板；模糊综合评价；投资回收年限；最佳倾角；计算机循环寻优；

太阳能小屋设计

太阳能小屋的设计 摘要： 太阳能小屋是利用太阳能发电的新热点，具有节约占用地，减少由于输电的线路投资和损失等优点。在设计太阳能小屋时，铺设在建筑外表面的光伏电池发电量受诸多因素的影响。因此，研究光伏电池在小屋外表面的优化铺设是光伏电池产业发展的一个实际课题。 问题1：根据要求，小屋的全年太阳能光伏电池发电量尽可能大，单位发电量的费用尽可能小。我们通过35年经济效益最大化来实现上述两个量的选择，在实现最优化的过程中我们引进两个原则： （1）逆变器的选择方式通过单位功率价格来优先选择，计算结果显示，功率大的逆变器较为划算，同时当逆变器选定后，电池的增加不会增加电池的相应单 位发电量的成本，为了使逆变器对应的单位发电量费用降低，应尽可能让逆 变器满载。 （2）电池的选择通过单位面积效益来选定。通过电池的单位面积效益我们选出较优的电池。 同时考虑并联的光伏组件端电压相差不应超过10%的正常工作条件约束、选配的逆变器的容量应大于等于光伏电池组件分组安装的容量的安全约束，建立多目标规划模型。通过软件求解，最后只有南顶面要铺电池， 35年的发电量为.6度，经济效益为4422.3元，回报年限为33年 问题2：题目要求考虑电池板的朝向和倾角均会影响光伏电池的工作效率，选择架空的方式进行铺设，该问可视为第一问的模型优化。非水平面上晴天实际日射强度的计算公式，根据实际情况，公式化简为： n ' , (1cos) cos sin 2 A D Q s s αα αα+ =++ ┻,s 通过使坡面一年的辐射能量最大，利用C语言进行求解，求出当架空面的倾角为α=41时，坡顶面接收到的辐射总能量是最大。 关键词：光伏电池、逆变器、辐射强度、多目标规划、excel

太阳能小屋的设计

太阳能小屋设计 摘要：太阳能利用的重点是建筑，其应用方式包括利用太阳能为建筑物供热（生活热水、采暖）和供电，因此太阳能与建筑一体化是 未来太阳能技术的发展方向。我国已于2009 年正式启动了“太阳能屋顶计划”，但是目前已实施的太阳能屋顶上的电池板均为固定 安装，从而限制了太阳辐射量的吸收，减少了发电产量，降低了太阳能屋顶的工作效率。本文的智能太阳能屋顶模型将太阳跟踪技 术应用于屋顶太阳能电池板上，使其能够根据太阳方位的变化自动调节角度，大大提高了太阳辐射量的吸收。 关键词：太阳能屋顶；太阳跟踪技术；计算机辅助 太阳能作为迄今人类所认识的最清洁的可再生能源，其与建筑一体化将在建筑节能中起到十分重要的作用。屋顶在建筑外围结构中所接受的日照时间最长，接受的太阳辐射量也最大，具有利用太阳辐射的优越条件，同时，屋顶较开阔，便于大面积连续布置太阳能设备，因此，在城市中，建筑屋顶是太阳能利用的最佳场所。目前，许多国家已纷纷实施和推广“太阳能屋顶计划”，如有德国 十万屋顶计划、美国百万屋顶计划以及日本的新阳光计划等[2]。我国属于太阳能利用条件较好的地区，尤其是青藏高原地区太阳能资源最为丰富[3]。2009 年5 月21 日，财政部与住房和城乡建设部联合出台的《关于加快推进太阳能光伏建筑应用的实施意见》正式

启动了我国的“太阳能屋顶计划”。如今，我国已有许多太阳能光伏建筑一体化的应用实例，如国家体育馆太阳能发电系统、首都博物馆太阳能光伏系统、上海虹桥铁路客运站光伏发电项目等[4]，但是，这些建筑上的太阳能电池板都是固定安装的，很大程度上限制了太阳辐射量的吸收，从而影响了发电产量。本文将太阳跟踪技术应用于太阳能屋顶上，使用计算机进行模拟实验，并与固定式太阳能电池板各时刻的太阳辐射吸收量进行了数据对比，从而量化的显示出了这种智能太阳能屋顶的优势。 1 太阳能光伏建筑一体化 1.1 太阳能屋顶 目前，我国及国际上的屋顶太阳能光热和光电利用技术已经比较成熟。利用太阳能光热系统可以给建筑提供生活热水或是冬季的暖源；利用太阳能光电系统可以提供建筑的日常用电[5]。太阳能光伏建筑一体化指的是太阳能发电，即每座建筑就是一座发电站，发出的电首先能够满足建筑自身的需求，多余的进入电网传输出去[6]。 所谓太阳能屋顶，是将太阳能电池板安装在建筑物的屋顶，引出端经过控制器、逆变器与公共电网相连接，由太阳能电池板、电网并联向用户供电，组成户用并网光伏系统。 1.2 太阳能光伏与建筑的结合方式 根据2009 年财政部、住房和城乡建设部光电建筑应用示范项目的申报和实施情况，将太阳能光伏与建筑的结合方式分为光伏

太阳能小屋的优化设计

太阳能小屋的优化设计模型 摘 要 本文首先对所给数据进行初始筛选，计算出电池板的价格，然后将适合每种电池版的有效辐射强度进行年度求和，最后判别出各个墙面的铺设方案。 问题一，根据约束条件建立了双目标规划模型，即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，并使用Lingo 软件进行求解。考虑到逆变器的价格，额定电流以及输入电压范围，选择合适的电池组，得到35年的投入产出比为 2.00743394091.99 188883.3 =，回收年限为P K N /==8.67年。 问题二，参考附录4山西大同典型气象年逐时参数及各方向辐射强度计算出太阳高度角，将顶棚的电池板竖起一个角度，是电池板在辐射强度最大的时候与太阳光垂直，屋顶南面倾角为10.6度，电池板需与水平面的角度为37.5度，则在屋顶上的角度为26.9度，此时顶棚收益为 96.871942*1530034.66*5012.3478*33=-+=z 回收年限为8.23年。 问题三，设计小屋仍然为长方形小屋，根据第二问的答案，设计屋顶的角度为37.5度，空间最低净空高度距地面高度为2.8m ，则屋顶最高处与房檐高度为2.6m ，以采光加权面积最大没目标函数，求取最大值，因为不是线性规划采用c++程序进行求解，解得小屋的长为12.872m ，宽为5.7489m ，此时根据线性规划对铺设方案进行求解，得由此35年的投入产出比为2.1223，回收年限为7.98年。 关键词： 多目标规划 加权平均 投入产出比

一、问题重述 21世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。由于传统能源(如煤、石油、天然气等)的供给已出现严重短缺局面，人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源，以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构已成为人们关注的焦点。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比利用最大，是最理想的可再生能源。因此需要设计太阳能小屋，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。因此，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。 在设计过程中需要解决以下问题： 问题1：请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（见附件2）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。 问题2：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，请选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题1。 问题3：根据附件7给出的小屋建筑要求，请为大同市重新设计一个小屋，要求画出小屋的外形图，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，给出铺设及分组连接方式，选配逆变器，计算相应结果。 这三个问题，分别给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，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，并计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益（当前民用电价按0.5元/kWh计算）及投资的回收年限。

太阳能小屋的设计(最终)

2016重庆邮电大学大学生数学建模竞赛 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。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： 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）：重庆邮电大学 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：2015年8月24日

赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 2016重庆邮电大学大学生数学建模竞赛 编号专用页 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）：

摘要 本文用EXCEL软件对给出的山西大同典型气象年逐时参数进行全面性分析，进而计算出各个类型的光伏太阳能电池板的各项参数，采用模糊综合评价的模型在光电池的功率，转换效率，工作时长以及价格进行比较，选择出最佳的光电池问题一：以各光伏太阳能电池板的额定功率为阀值，筛选出以额定功率工作的时长和低于额定功率状态时所做的功，通过模糊综合评价的模型对各电池板的性能进行综合性评价，再计算出各光电池一年内所获得利润大小，最后选出合适的电池板为B2和A3。根据小屋各个面的面积确定出电池板的数量，进而选出合适的逆变器。在35年使用寿命内，经济效益约为元，投资回收年限为28年。 问题二：在第一问的基础上，考虑到地理纬度，电池板倾斜角度等因素的影响，我们对太阳方位角、太阳高度角、太阳赤纬角、太阳时角进行了量化处理，通过月总辐射量在全年范围内求和，利用matlab工具采取计算机循环寻优算法，计算出电池板的最佳倾角为44，沿用解决问题一的思路对逆变器进行了选择。在35年使用寿命内，经济效益约为万元，投资回收年限为年 问题三：基于之前的计算结果和结论，并对小屋的建筑要求进行了线性规划，用LINGO软件进行处理，找到了小屋面积，朝向及其屋顶倾角的最合理的设计方法，选出了相应的逆变器。在35年使用寿命内，经济效益约为万元，投资回收年限为年。

太阳能小屋的设计数学建模竞赛B题

太阳能小屋的设计数学建模竞赛B题

太阳能小屋的设计 摘要 本文讨论在经济效益最优情况下太阳能电池的铺设设计。经济效益为发电收益与发电成本的差值，当发电量越大，发电成本越小时，经济收益越可观。 问题一中，本文先选出各个墙面经济效益最好的几种电池板，使用效益最好的电池板结合光伏电池组件的分组及逆变器选择的要求进行调整，得出最优铺设方案。但北面墙各种电池均呈亏损状况，因此在北面不进行铺设。经过计算得：小屋在35年内的总发电量为：560453.969 kWh，总经济效益为：75955.765元，回收年限为：23.80年。 问题二中，由于太阳能电池板的倾斜角与方位角会影响到其接受总辐射量的大小，进而影响到其盈利状况。本文使用Matlab编程求出电池板的最佳倾斜角与最佳方位角分别为：34.56°与22.63°。重新计算出各个墙面将接受到的总辐射量，利用问题一中的方法对各面墙重新铺设，优化之后的小屋在35年内的总发电量为：609242.125 kWh，总经济效益为：98886.199元，回收年限为：21.80年。 问题三中，自行设计的小屋朝向调整为最佳方位角，并将小屋的受光面积作为目标函数，小屋的建筑条件最为约束条件使用Lingo软件进行优化得到小屋的各建筑条件。之后使用问题一中的方法对小屋进行铺设，求得小屋在35年内的总发电量为：968749.058 ，总经济效益为：152901.657，回收年限为：22.14年。 [关键词]：Matlab软件光伏电池线性约束优化Lingo软件

一、问题的重述 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。因此，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。 在同一表面采用两种或两种以上类型的光伏电池组件时，同一型号的电池板可串联，而不同型号的电池板不可串联。在不同表面上，即使是相同型号的电池也不能进行串、并联连接。应注意分组连接方式及逆变器的选配。 问题一：请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（见附件2）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。 问题二：电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，请选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题1。 问题三：根据附件7给出的小屋建筑要求，请为大同市重新设计一个小屋，要求画出小屋的外形图，并对所设计小屋的外表面优化铺设光伏电池，给出铺设及分组连接方式，选配逆变器，计算相应结果。 二、问题的分析 对于问题一，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的问题，首先合理的铺设取决于选择最理想的光伏电池，也就是说利用该种电池铺设使得该表面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，因此为了权衡这两个影响选择铺设电池的因素，我们利用经济效益作为综合指标来确定光伏电池选择的优先排序，然后再进行每个墙面的优化铺设从而选择出经济效益良好的墙面，来完成太阳能小屋的光伏电池铺设，最后再进行太阳能小屋相关效益的计算。 对于问题二，在架空方式下安装光伏电池，电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率，因此在该方式下铺设小屋使其达到最优化我们首要考虑的就是使电池板的朝向（也就是电池板的方位角）和倾角均达到最优的角度来使铺设的小屋达到经济效益最大化，然后再对小屋进行最优化的铺设从而来计算架空方式下太阳能小屋相关效益的计算。 对于问题三，在满足小屋建筑要求的基础上，使铺设的光伏电池阵列的经济效益尽可能大的约束设计太阳能小屋，根据建立的数学模型求得小屋各个建筑指标的数值来设计新的太阳能小屋，然后再对铺设光伏电池的墙面进行电池的优先选择排序从而进行每个墙面的最优化铺来满足小屋35年内经济效益最大化的条件，进而再计算新的太阳能小屋相关效益的计算。 三、问题的假设 1、光伏电池的发电量只受太阳辐射强度的影响，不受温度湿度等自然条件的影响。 2、本文所使用的一年的数据具有普遍性，可以代表35年间太阳辐射的总情况。

太阳能小屋的设计

太阳能小屋设计模型 摘要：太阳能利用的重点是建筑，其应用方式包括利用太阳能为建筑物供热（生活热水、采暖）和供电，因此太阳能与建筑一体化是 未来太阳能技术的发展方向。我国已于2009 年正式启动了“太阳能屋顶计划”，但是目前已实施的太阳能屋顶上的电池板均为固定 安装，从而限制了太阳辐射量的吸收，减少了发电产量，降低了太阳能屋顶的工作效率。本文的智能太阳能屋顶模型将太阳跟踪技 术应用于屋顶太阳能电池板上，使其能够根据太阳方位的变化自动调节角度，大大提高了太阳辐射量的吸收。 关键词：太阳能屋顶；太阳跟踪技术；计算机辅助 太阳能作为迄今人类所认识的最清洁的可再生能源，其与建筑一体化将在建筑节能中起到十分重要的作用。屋顶在建筑外围 结构中所接受的日照时间最长，接受的太阳辐射量也最大，具有利用太阳辐射的优越条件，同时，屋顶较开阔，便于大面积连续布置 太阳能设备，因此，在城市中，建筑屋顶是太阳能利用的最佳场所。目前，许多国家已纷纷实施和推广“太阳能屋顶计划”，如有德国 十万屋顶计划、美国百万屋顶计划以及日本的新阳光计划等[2]。我国属于太阳能利用条件较好的地区，尤其是青藏高原地区太阳能 资源最为丰富[3]。2009 年5 月21 日，财政部与住房和城乡建设部联合出台的《关于加快推进太阳能光伏建筑应用的实施意见》正式 启动了我国的“太阳能屋顶计划”。如今，我国已有许多太阳能光伏建筑一体化的应用实例，如国家体育馆太阳能发电系统、首都博 物馆太阳能光伏系统、上海虹桥铁路客运站光伏发电项目等[4]，但是，这些建筑上的太阳能电池板都是固定安装的，很大程度上限制 了太阳辐射量的吸收，从而影响了发电产量。本文将太阳跟踪技术应用于太阳能屋顶上，使用计算机进行模拟实验，并与固定式太 阳能电池板各时刻的太阳辐射吸收量进行了数据对比，从而量化的显示出了这种智能太阳能屋顶的优势。 1 太阳能光伏建筑一体化 1.1 太阳能屋顶 目前，我国及国际上的屋顶太阳能光热和光电利用技术已经比较成熟。利用太阳能光热系统可以给建筑提供生活热水或是冬 季的暖源；利用太阳能光电系统可以提供建筑的日常用电[5]。太阳能光伏建筑一体化指的是太阳能发电，即每座建筑就是一座发电 站，发出的电首先能够满足建筑自身的需求，多余的进入电网传输出去[6]。

太阳能小屋的设计毕业设计论文

太阳能小屋的设计 摘要 本文主要研究太阳能小屋的设计和外表面合理铺设光伏电池的问题，不仅要使小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，而且要考虑到效益问题，即安装了太阳能电池后，在给定的年限中盈利而不能亏损。在考虑大同气象数据的基础上，对所提供的电池型号和逆变器型号进行选择和安排铺设。 针对问题一，首先对气象数据按季度进行处理，利用MATLAB求出四季度每一时段各面光照的平均值，可将一年的光照强度模型简化为四组数据。电池有三种类型，各类之间的差别比较大，由于光照强度以一年为循环周期，对于不同的光照强度类型，可以根据产电量将三类电池进行优先选择顺序排序。同类型的不同型号电池中，太阳能转换效率略有差别，考虑到最大发电量，同类型的电池中优先选择转换效率大的型号，由此建立选择电池型号的模型。然后根据尺寸限制对各面进行初步铺设并选择最佳的逆变器。由于要考虑到经济效益问题，需要对以上建立的模型修正，对各个面中各型号的电池进行收益计算，去掉那些在给定年限中无法收回成本的电池型号，由此建立发电量尽量大且收益又大的模型。由所建模型可知仅对前顶面铺设A3型号，南面铺设C2型号电池，其他面不铺设，成本回收年限为26.98年，在35年的净收益为45925.71元。 针对问题二，在考虑电池板的朝向与倾角均会影响到光伏电池的工作效率的情况下，选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题一。解决此问题的关键是找出大同市的最佳电池板朝向角和倾角。对最佳朝向角和倾斜角建立适当模型后得出最佳朝向角为12度，最佳倾角为40度。用架空的方式铺设屋顶的电池板使其朝向角和倾角满足最佳角度，同时考虑到前屋顶加上倾角后面积增加进而可以增加电池板的数量，利用经验公式得出此时的辐射强度并重新计算，得到成本回年限为17.75年，35年的净收益为247500.69元。 对于问题三，由前两问的结论可知，对于小屋电池板的铺设，只需铺设南面和前顶面，同时小屋的屋顶朝向满足电池板的最优朝向。由于前顶面发电量最大，在建立小屋尺寸模型时，应在满足小屋的设计要求的前提下，使前顶面面积最大。其次是，合理安排门和窗户的位置，使南面可以安装电池板的面积最大，同时考虑电池板的最优倾角，建立适当小屋模型，可以使该小屋在满足舒适性的要求下，可以获得的效益也最大。在所建的小屋模型中，成本回年限为15.84年，35年的净收益为306127.06元。 关键字：太阳能小屋光伏电池最佳朝向角和倾角光照强度