太阳能小屋的设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流太阳能小屋的设计.精品文档.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）： J3311 所属学校（请填写完整的全名）： 西安培华学院 参赛队员 (打印并签名) ：1. 胡斌斌 2. 罗丹 3. 白桂兴 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 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）：赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人评分备注全国统一编号（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 要本文根据太阳能小屋设计的要求，建立多目标优化模型，计算并设计最优的房屋表面铺设光伏电池板方案，并针对三种方案的优劣进行分析和比较。问题一：只考虑贴附方式，针对小屋的全年太阳能光伏电池发电总量尽可能大，而单位发电量的费用尽可能小的优化目标，确立相关约束条件，对房屋各外表面建立优化方程，结合相关参考数据，采用分布优化方式，逐步增加约束条件，求解得到最优光伏电池板的型号及数量。并据此选取最优逆变器及光伏电池串并联方式。再根据最终光伏电池的组件方案，计算整体房屋光伏电池的经济指标。问题二：因为电池板的倾角会影响光伏电池的工作效率，为提高电池板的年发电量，利用山西大同地区年气象数据，将年分为夏半年和冬半年分别对倾角取段分析，由此分别计算房屋顶部向南面和向北面的最佳倾角，综合得到光伏电池板的最佳倾角。然后对房屋各面建立优化方程，得到最优电池板及逆变器的数量和型号，计算相关经济指标后，再与前问的方案进行比较并分析原因。问题三：需对小屋重新进行设计，先考虑在建筑设计要求的条件下，优化出小屋的相关参数。再对小屋表面开窗情况给予优化，给出各面开窗权重比例。对设计的小屋给出“光照利用率最大”和“选择最佳倾角”的两种方案进行铺设，针对两种方案进行铺设分析，取出小屋的最优铺设方案。最后，对3个问题的模型进行未来35年的经济指标分析比较，结果如下表：经济指标问题一问题二问题三35年发电总量(kwh)94500010258001214916经济效益(元)47250512900607458投资的回收年限（年）272217基于该经济指标的分析比较，再对模型做出进一步完善。关键词：多目标优化 光伏电池组 最佳倾角 经济指标 最优铺设方案一、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。根据附件中提供的相关信息及数据，分别给出小屋外表面光伏电池的铺设方案，要求：（1）使小屋的全年太阳能光伏发电总量尽可能大，且单位发电量的费用尽可能最小，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。（2）在求解每个问题时，都需配有图示，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，以及电池组件分组阵列容量及选配逆变器规格列表。（3）注意分组连接方式及逆变器的选配，即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。需要解决的问题：问题一：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，选择架空方式安装光伏电池，重新考虑问题一。问题三：根据附件7给出的小屋建筑要求，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、问题分析2.1 问题一太阳能小屋表面的光伏电池的铺设仅考虑贴附安装方式：首先，考虑到此问题需要满足全年太阳能发电量最大，以及单位发电量费用最小，将这两个目标结合，建立一个多目标优化模型。然后，根据附件1及附件4，在A、B、C电池考虑其光照强度的利用价值的情况下，计算出小屋各面单位时间可获得的光照强度。并依据所铺设的光伏电池铺设面积约束，进行发电量、费用的目标优化。在具体铺设中，由于小屋的东、西、南、北面分别只受到一个方向的辐射，而小屋顶部需要考虑总太阳辐射、直接辐射、散射辐射，因此，对具体铺设分为两部分考虑：小屋东、南、西、北面的铺设和小屋顶部（分别对顶部向南面和向北面考虑）的铺设。通过逐步优化，做出小屋各面的铺设光伏电池型号和数量，并给出电池组件阵列及逆变器的配置型号。最后，计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。2.2 问题二太阳能小屋表面的光伏电池的铺设考虑架空安装方式：架空方式有两种类型，对小屋顶面的铺设电池的架空、对小屋东、南、西、北面的架空。在实际铺设中，侧面电池架空，往往要受到电池重量、其他面光照遮盖影响及支点选择问题，所以在模型的建立中仅考虑顶部架空方式。首先,考虑到小屋顶面分为向南倾斜面和向北倾斜面，故分别求其最佳倾角，求倾角中运用分段取角的方式，逐步取得最佳倾角。然后，以该倾角值作为顶部电池架空角度的，再通过逐步优化，做出小屋各面的铺设光伏电池型号和数量，并给出电池组件阵列及逆变器的配置型号。最后，计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。2.3 问题三小屋要重新设计，而小屋的设计要满足建筑物设计:小屋自身参数的限定和小屋各面开窗约束，故进行逐步优化。首先：在小屋建筑要求下，不考虑开窗情况下优化出小屋的相关参数。其次：考虑小屋开窗情况，由于小屋各面的光辐射强度有一定差别，为达到光辐射强度利用率最优，应对小屋各面的开窗大小给予权重。再次：对未开窗的小屋留有开窗面积的情况下，尽可能的铺设电池，在电池的铺设中给出两种方案：方案一：光照利用率最大。方案二：顶面取最佳倾角。分别对以上两种方案进行实际铺设，对比铺设结果，选取最优铺设方案。最后：计算出小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。三、模型假设1 不考虑温度因素，日照时间长短。2 不考虑逆变器尺寸大小占小屋外墙铺设面积。3 假设散射和反射各向同性。4 运用架空方式安装光伏电池时，仅考虑在屋顶。5 采光方向都为正南方向。四、符号说明：小屋的全年太阳能光伏发电总量：单位发电量费用：电池产品编号：逆变器产品编号：电池类型编号：小屋顶、东、南、西、北5面编号：单位时间可用光辐射强度：电池转换效率：逆变器的逆变效率：电池面积：选用该种电池的数量：选用该种逆变器的数量：电池的价格：逆变器的价格：电池的开路电压：逆变器的输入电压：逆变器的额定功率：电池的功率五、问题一：固定倾角贴附式铺设5.1 模型建立对小屋的部分外表面(屋顶及外墙)仅考虑贴附安装方式铺设光伏电池，分析铺设的条件限定，以及需要寻求的目标。目标：太阳能光伏发电总量尽可能大，并且单位发电量的费用尽可能小。条件限定：1、光伏电池的铺设面积应在小屋各面的面积之内。2、所选用的逆变器规格需要满足其允许直流输入电压范围。3、逆变器的选配容量应大于等于光伏电池组件分组安装的容量。4、电池分组阵列的端电压相差不应超过10%。针对以上分析，建立一个多目标优化模型。求全年太阳能光伏发电总量最大的目标函数： （1）求单位发电费用最小的目标函数； （2）由分析可知，全年太阳能光伏发电总量与单位时间光辐射强度，所需电池个数、转换效率、电池的面积以及逆变器的逆变效率呈线性相关。而单位发电量的费用与发电总量和总发电费用呈反比关系。因此，可分别写出全年太阳能发电总量和单位发电量费用的多目标优化函数。但对于多目标优化问题，不能同时兼顾求出最大或最小，因此只能将此处的双目标优化问题转化为单目标的优化问题。建立的总目标函数： （3）根据附件中要求，所选用的电池总面积要小于等于各面外墙的面积；选用的电池的额定电压要在逆电器的额定电压范围内；选用电池的总功率要小于等于逆电器的额定功率；选用电池的电压最大值和最小值之差与最小电压之比应小于等于10%。建立的约束条件如下。约束条件： （4）5.2 模型求解5.2.1 求解思路本文所设定的目标函数涉及到多个约束条件，为便于求解，先对模型进行层次分析，再进行分部优化求解。1、层次分析思路：图5.1 层次分析思路2、分部优化求解方案：图5.2 分布优化方案结构首先仅考虑墙面面积约束的条件下，发电功率总量与发电总量最大和发电费用尽量小的优化条件；然后用该优化得到的需要选用的电池，尽可能的铺设墙面，在铺设过程中，可通过选用同一类型的电池串联，或者是先通过同类型串联后再并联，再根据逆变器的3个约束条件来选择最合适的逆变器，从而确定发电功率总量与单位发电费用的最优。各类型光伏电池组件启动发电时给出相应的条件限定：l 单晶硅光照辐射强度低于200W/m2时，电池转换效率<5%l 多晶硅电池启动发电的表面总辐射量80W/m2l 薄膜电池表面总辐射量30W/m2对于单晶硅电池考虑其实际运用情况，应选择光照强度>200W/m2，此时的单晶硅才有其利用价值，对于多晶硅电池、薄膜电池均考虑其最低辐射量限制条件。对附件4中的光辐射强度做处理，利用Excel筛选出A电池在光照辐射强度>200W/m2、B电池在光照辐射强度80W/m2、C电池在光照辐射强度30W/m2时小屋各面的单位时间可用光辐射强度，见表5.1。表5.1 各类型电池单位时间可获得光伏射强度单晶硅电池A单位时间可用光辐射强度(选取>200W/m2数据）水平面总辐射强度（W/m2）水平面散射辐射强度（W/m2）法向直射辐射强度（W/m2）东向总辐射强度（W/m2）南向总辐射强度（W/m2）西向总辐射强度（W/m2）北向总辐射强度（W/m2）479.64340.02268.36345.41409.71637.29472.34多晶硅电池B单位时间可用光辐射强度(选取80W/m2数据）水平面总辐射强度（W/m2）水平面散射辐射强度（W/m2）法向直射辐射强度（W/m2）东向总辐射强度（W/m2）南向总辐射强度（W/m2）西向总辐射强度（W/m2）北向总辐射强度（W/m2）403.77176.48146.83244.91320.72355.77146.83薄膜电池C单位时间可用光辐射强度(选取30W/m2数据）水平面总辐射强度（W/m2）水平面散射辐射强度（W/m2）法向直射辐射强度（W/m2）东向总辐射强度（W/m2）南向总辐射强度（W/m2）西向总辐射强度（W/m2）北向总辐射强度（W/m2）366.94138.50579.60178.5274.6235.0778.755.2.2对小屋东、南、西、北面安装光伏电池设计由附件4可知，小屋的东、西、南、北面均只接受来自同方向的太阳辐射，而小屋顶部总的辐射量分别由水平面总辐射强度、水平面散射辐射强度和法向直射辐射强度组成，考虑的因素相对于东、西、南、北面较多，因此把顶部和其他各方向分开求解。1、小屋东、南、西、北面光伏电池贴附铺设方案以小屋北面铺设为例进行分析，根据分部优化求解，给出具体求解步骤： （5） （6）运用LINGO优化结果： A3有22块 C7有2块 。（附录1）根据所求结果可知，最多可选择A3电池22块、C7电池2块，来铺设小屋北面 ，考虑的仅是可铺设面的总面积，而在实际铺设中，由于某些客观因素，可能会造成部分电池无法安装，故对该铺设方案进行实际铺设中的逐步优化。逐步优化思路：在全局优化中逐步分区进行局部优化。在最大铺设电池数量的目标下，对小屋北面进行实际操作铺设，考虑到墙面由于门窗等因素占墙面面积，使实际可铺设面积不是一个整体，故实际面积应该分块考虑，综合考虑以上因素给出小屋北面实际铺设图，见图5.3。图5.3 北立面贴附安装图给出小屋其他各面的实际铺设图。（见附录2）基于以上多目标优化模型及分析，分别得出小屋东、西、南、北各面的实际电池铺设方式，见表5.2：表5.2 小屋4个面的实际电池铺设方式名称型号东立面南立面西立面北立面光伏电池型号铺设数量A31381713C71414106C101314826电池分组阵列容量2812182435362936逆变器型号配置数量SN11111SN41SN51112、光伏电池组件及相应逆变器的配置方案现对各面已确定安装电池的型号及数量，选出电池组件并配置相应逆变器：组件电池原则：电池组件同型号可串联、并联；不同型号的电池板不可串联；并联的光伏组件端电压相差不应超过10%。逆变器配置原则：光伏分组阵列的端电压应满足逆变器直流输入电压范围；光伏阵列的最大功率不能超过逆变器的额定容量；为考虑经济效益，应尽可能选择价格低的逆变器。根据以上原则，给出小屋各外表面电池组件铺设分组阵列及相应变压器的配置图：图5.4 东立面电池分组阵列及逆变器配置图图5.5 南立面电池分组阵列及逆变器配置图图5.6 西立面电池分组阵列及逆变器配置图图5.7 北立面电池分组阵列及逆变器配置图5.2.3 对小屋顶部安装光伏电池设计1、小屋顶部光伏电池贴附铺设方案考虑到小屋顶面有两部分组成：向南倾斜面和向北倾斜面，并且附件4给出的顶面光辐射强度包括：水平面总辐射强度、水平面散射辐射强度、法向直射辐射强度。故需要确定顶部倾角的问题。首先，引入地表斜面上辐射量的计算公式：设小屋顶面在一天所能获得的总太阳辐射量为为1： （7）其中、分别为水平面上一天所能得到的总太阳辐射、直接辐射和散射辐射量，为地表反射率，一般情况下，、和分别为倾斜面上的直接辐射、散射辐射和地表反射辐射与水平面上的辐射量之比。的计算公式如下（附录3）： （8）式中为地理纬度，为集热器的倾角，为当时的太阳赤纬角，和分别为水平面和倾斜面上的日落时角。对于北半球（），太阳电池的放置一般要照顾冬半年（一般为9月21日至次年3月22日，<0）,故。 （9）其次，运用表斜面上辐射量的换算关系：对于斜面上的辐射来说，除了直射外，还有天空中的散射以及地面反射部分。故在各向同性的假定下，对于反射辐射，则有： （10）其中,对于散射辐射，则有： （11）如果能够查出当地的气象站直射和散射的数据，就可以直接代入上式进行计算，若有总辐射和散射数据，则可以将（）作为水平面的直射量。即，斜面上的总辐射就可以写成（附录4）： （12）最后，对小屋顶部分向南倾斜面和向北倾斜面两部分分别铺设。具体铺设方式见表5.3。 表5.3 小屋顶部的实际电池铺设方式名称型号顶面向南倾斜面顶面向北倾斜面光伏电池型号铺设数量A3416C71420C10612电池分组阵列容量83281424逆变器型号配置数量SN121SN44SN1512、光伏电池组件及相应逆变器的配置方案同样，根据组件电池原则和逆变器配置原则，给出小屋顶部电池组件铺设分组阵列及相应变压器的配置图：图5.8 顶面向南倾斜面电池分组阵列及逆变器配置图图5.9 顶面向北倾斜面电池分组阵列及逆变器配置5.3 对未来35年的小屋经济分析年发电总量： （13）35年的发电总量：成本： 35年的经济利益： 预计回收年限：27年六、问题二：最佳倾角与架空式铺设太阳光线与采光面之间夹角的大小，将影响温室采光面所能接受的太阳辐射能的多少，从而影响温室内内热状态及热平衡，因此分析出每月的光线与采光面的最佳倾角，得到最佳辐射能已成为人们讨论的热点。由公式（10）整理可得，斜面上的总辐射为： （14）其中，为太阳常数。通过上式很难直接求出对应的最大太阳辐射角的数学表达式。讨论即东西走向正南采光面的最佳倾角。6.1 东西走向正南采光面的最佳倾斜角在整个冬半年，太阳赤纬为负值。如当地的纬度为，通常总有，此时倾斜面上日落时角和水平面日落时角相等，故直接可推导出最佳倾角的数学表达式。则（13）式可进一步表示为： （15）由附件6可知，大同地区的纬度为=40.1°，根据公式（14）及附件4，从（°）开始，每隔5°，一直到（°）共取六种倾角进行计算，得到结果见表6.1。（附录5）表6.1 不同倾斜面上的辐射量份月度角0°30.1°35.1°40.1°45.1°50.1°10°30.1°35.1°40.1°45.1°50.1°22298.52774.42800.22809.92803.42780.833077.13660.63691.83703.13694.43665.844243.75081.85125.45140.15125.95082.854856.75714.75757.857715754.25707.465452.76423.86470.86483.46461.56405.275855.86942.36993.77006.36980691585588.46494.86538.16549.16527.96474.494971.65835.45878.35890.95873.15825.1104192.94936.64974.84987.44974.14935.2113443.64141.14178.14191.24180.34145.71222652701.82725.32734.127282707.1冬半年1841.42176.721952201.92197.42181.7夏半年5153.0176057.9336102.256114.6836095.1336043.717全年2861.553422.7333452.6333463.3833454.93427.317通过表4可知，夏半年和冬半年的平均辐射量，均随着倾角的增大逐渐到达一个最大值然后减小，且冬半年的平均辐射量均大于夏半年的平均辐射量，并且全年最大辐射量即最佳倾角在40.1°周围。根据上述，再次将角度细分，从（°）开始，每隔1°，一直到共取六种倾角进行计算，得到结果见表6.2。表6.2 不同倾斜面的辐射量角度月份35.136.137.138.139.140.112800.22803.428062807.92809.22809.923691.83695.63698.73700.93702.43703.135125.45130.75134.85137.75139.55140.145757.85762.85766.75769.35770.8577156470.864766479.96482.56483.66483.466993.76999.37003.47005.97006.97006.376538.16542.96546.46548.66549.56549.185878.35883.258875889.55890.85890.994974.84979.44982.94985.54986.94987.4104178.14182.64186.24188.84190.54191.2112725.32728.32730.62732.42733.52734.11221952197.22199.12200.52201.42201.9冬半年6102.256107.2676111.056113.556114.756114.683夏半年3452.6333456.33459.2333461.3673462.753463.383全年4777.4424781.7834785.1424787.4584788.754789.033由表5可知，夏半年和冬半年所获得平均辐射量最大在39.1°，即所求得的最佳倾角为39.1°。6.2 以光伏电池架空倾角为39.1°设计铺设方案考虑在顶面上添加光伏电池架，且每一个电池架与水平面之间的夹角均为，分别添加光伏电池架，总体可看为使斜面加厚了一层，可根据东立面算出加厚以后，新倾斜面的长度。根据分析可得出 （16）其中为未添加光伏电池架时倾斜面的长度， 为顶部长度，为顶部小方块的面积。调用公式（15），可得出每天平均辐射量，以及根据问题一中的约束条件可得出顶部实际需要铺设的电池型号及数量见下表6.3。表6.3 顶面所需各元件顶面光伏电池型号铺设数量A354C712C109电池分组阵列容量10956逆变器型号配置数量SN11SN626.3 架空方式实际铺设分组阵列图图6.1 顶面选最佳倾角架空式阵列图6.4 对未来35年的小屋经济分析年发电总量 （17）35年的发电总量：成本：35年的经济利益：预计回收年限：22年6.5 小屋光伏电池贴附式与最佳角架空式铺设分析对于问题一、问题二的光伏电池贴附式及架空式未来35年的对比分析，见表6.4：表6.4 未来35年的对比分析光伏电池及逆变器成本35年的经济效益相对经济效率比率光伏电池贴附式铺设3331504725000.4182最佳角架空式铺设2945705129000.7412由表6.4可以分析出光伏电池及逆变器成本降低了，而经济效益却增高了、相对经济效率比率有了大的提升，故最佳角架空铺设优于光伏电池贴附式铺设。七、 问题三：太阳小屋的最优设计7.1 小屋的设计方案由于太阳能小屋的设计中受到多重因素的影响，为了达到太阳能对光照强度的利用率，在小屋的设计中应尽可能的考虑小屋顶层的面积，使其尽可能的接收到最大的光照，从而求得小屋的设计实际利用价值。故建立小屋设计的优化模型： （18）运用LINGO求解（附录6）： 其中分别为设计小屋的长、宽、室内高度、最大高度分别为小屋顶部向南、向北方向的宽度。针对小屋开窗问题，首先考虑到建筑采光要求至少应满足窗地比0.2，由于考虑到太阳能小屋的表面将铺设光伏电池，故应在达到建筑采光的要求的条件下，使开窗面积尽可能的小，因此考虑窗地比0.2时的开窗面积；又考虑到小屋各面的实际光照强度的不同，而小屋顶部的光照强度远远优于其他各面，所以，考虑小屋顶部不开窗，仅给小屋其他面开窗，又由于小屋其他各面的光照强度也有较大的差别，故应对小屋其他各面的开窗分别给予权重考虑。查阅相关资料给出小屋其他各面的开窗权重值，并给出各面开窗面积，见表7.1。表7.1 小屋各面的开窗面积表东面南面西面北面小屋窗地比0.2时的开窗总面积（m2）15开窗权重30%30%30%10%开窗面积（m2）4.54.54.51.57.2 小屋顶面的光伏电池的铺设方式分析在小屋顶面的光伏电池的实际铺设中，给出两种铺设方案，再对两种方案选出最优方案。方案一：考虑顶面能接收到的光辐射利用率最大。方案二：考虑顶面与水平面取得最佳倾角，尽可能的取顶面最大面积。分别给出两种方案的光伏电池组件及相应逆变器的配置图：图7.1 方案一图7.2 方案二针对以上两种分析方案优越性进行分析，见表7.2。表7.2 小屋顶面的两种铺设方案对比分析表发总量小屋表面积单位面积的发电量方案一4546.777747041.758.5161方案二4788.853665631.489.2434（计算过程与问题二相同。）分析表，发现单位面积的发电量，方案二优于方案一，故对小屋顶面的光伏电池铺设方式选择方案二的铺设方式。7.3 小屋侧面的光伏电池的铺设方式分析根据问题一的分析方法，可以得出光伏电池组件及相应逆变器的配置图：图7.3 北立面图7.5 东立面图7.6 南立面图7.7 西立面根据上述数据得出小屋侧面能铺设电池的面积的大小。（计算方法与问题一相同）表7.3 方案二的铺设方式名称型号顶面东立面南立面西立面北立面光伏电池型号铺设数量A348823852C72463627C101411171124C112电池分组阵列容量996416364816163610796逆变器型号配置数量SN11212SN31SN411SN612SN152根据上表画出各类型小屋设计图。（附录7）图7.8 立体图7.4 小屋设计的使用价值分析太阳能是一种无污染、安全、高效的可再生能源，也是目前人类广泛认识的最清洁的能源之一，而且其与建筑一体化在建筑结构中占有重大比重。屋顶是建筑表面最开阔的地方，接受光照时间也最长，因此其具有利用太阳辐射的有利条件，故屋顶成为太阳能利用的最广泛场所。7.5 太阳能光伏建筑一体化2目前，国际上的屋顶太阳能光热和光电利用技术已比较成熟。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，太阳能光电系统可以提供家庭住户的日常用电。太阳能屋顶，指将太阳能电池板直接安装在建筑物的房顶，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，组成户用并网光伏发电系统。太阳能光伏建筑一体化，指的是太阳能发电，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。7.6 太阳能光伏发电的前景太阳能光伏发电具有无噪声、无污染、高效、安全可靠等优点。在当今社会，尤其作为国家可持续发展战略的一项重要内容。世界上最大、地势较高的区域，当属我国西部地区，而且该地区具有世界上丰富的太阳能资源，特别是西藏地区，空气稀薄，透明度高，每年日照时间长达1600-3400小时，并且每天日照6小时以上的年平均天数在275-330天之间，太阳辐射强度大，年均辐射总量为7000，地域总体走势呈东向西递增分布，资源优势得天独厚，因此其应用前景十分广阔。而且在我国发展大型光伏并网发电，是提高和优化电力系统的最佳选择，同时也是可持续电力提供的最佳理想模式。故智能电网的建设和发展，将有效地促进可再生能源发电的发展，为太阳能光伏发电并网带来关阔的前景。因此，我国应该从现在开始大力普及太阳能光伏发电。随着现代技术的飞速发展，伴随着太阳能光伏发电的太阳能跟踪技术也迅速发展起来，即屋顶安装的太阳能电路板能够随时的正对着太阳，大大提高了太阳辐射量的吸收。很好的减少了太阳能的利用率。八、模型评价模型优点： 1、问题一：将多目标函数转为单目标函数，对多个约束条件下的目标函数采用了分部优化方法最终求得整体最优化，从而简化了模型的求解。 2、问题二：将小屋顶部分为向南倾斜面和向北倾斜面分别考虑其最佳倾角，对倾角的选择采用分段取最优，使得结果更加精确。 3、问题三：在小屋的开窗情况分析中，考虑了各面收到光照强度有所不同，故对于各面都给予了开窗面积权重，更加贴合实际。 4、对上述三问的方案，分别给出了未来35年的发电总量、经济效益、成本回收年限，做出了对比分析。模型缺点：在小屋电池架空式铺设中，由于考虑到小屋侧面架空会受到电池重量、对其他面的遮盖等情况，所以模型建立中仅考虑了小屋顶部架空方式。九、参考文献1 胥良，地表斜面上辐射量的计算J，云南民族学院学报（自然科学版），第10卷第4期：492,2001.10。2 扈晓静，智能太阳能屋顶模型的设计与实现J,第7卷第3期：627,2011.1。3 姜启源，谢金星，叶俊，数学模型M,北京：高等教育出版社 ，2006。4 申政，吕健，杨洪兴，太阳辐射接受面最佳倾角的计算与分析J，2009。5 贾友见，聂林如，黄仕华，计算水平地面散射辐射量的模型J，2000。6 杨金焕，固定式光伏方阵最佳倾角的分析J，太阳能学报，第13卷第1期：86-92,1992。7 李蔚，太阳能光伏技术与建筑应用J,电气时代，第七卷：85,2008。8 王东翔，董俊，固定式光伏方阵最佳倾角的选择J，1994。9 林文贤，太阳能集热器最佳倾角的计算J,云南能源，第2卷：40,1988。附件附录1：max=(268.36*0.1684*x1*1276640+268.36*0.1664*x2*1938396+268.36*0.187*x3*1276640+268.36*0.165*x4*1637792+268.36*0.1498*x5*1635150+268.36*0.1511*x6*1938396+146.83*0.1621*y1*1635150+146.83*0.1639*y2*1938396+146.83*0.1598*y3*1470144+146.83*0.148*y4*1626880+146.83*0.1598*y5*1950352+146.83*0.152*y6*1940352+146.83*0.1499*y7*1668000+78.75*0.0699*z1*1