太阳能小屋设计模型研究

论文总字数：7878字

摘 要

本文建立数学模型研究太阳能小屋设计。在给定小屋建筑要求的条件下, 根据电池安装优化模型要求确定了小屋的具体形状和尺寸，并给出了太阳能小屋各表面的电池安装方案。依据安装太阳能组件的设计参数与价格，计算了小屋光伏电池35年寿命期内的发电总量、经济效益及投资的回收年限。

关键词：太阳能小屋,光伏电池,逆变器

Abstract: In this thesis, we established mathematical model to investigate the design of the solar cabin. Under the condition of a given cabin construction requirements, we determined the specific shape and size of the hut, according to the requirements of the battery installation scheme optimization model, and gave the installing design of photovoltaic batteries on the surface of each scheme of the solar house. According to the design parameters and the prices of the installed solar photovoltaic cells, we calculated the 35 years" total electricity, economic benefits and investment recovery period of the cabin.

Keywords: solar cabin, photovoltaic battery, inverter.

目 录

1 引言 …………………………………………………………………4

2基本模型………………………………………………………4

2.1模型假设与符号说明 ……………………………………………………4

2.2发电量模型… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …6

2.3太阳辐射计算模型… … … … … … … … … … … … … … … … … …7

2.4电池组连接模型… … … … … … … … … … … … … … … … …8

2.5电池安装方案模型… … … … … … … … … … … … … … … … … …9

3 模型求解…………………………………………………………9

3.1 小屋的设计… … … … … … … … … ……… … … … … … … … … …9

3.2 安装方案的设计… … … … …… … … … … … … … … … …11

参考文献………………………………………………………………14

致谢……………………………………………………………………15

1引言

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由光伏电池组件、控制器和逆变器三大部分组成。光伏电池组件系统产生的直流电需要经过逆变器转换为220V交流电才能提供给家庭使用，剩余的电量则输入电网。不同种类的光伏电池每峰瓦价格差别很大，且每峰瓦的实际发电效率或发电量还受许多因素的影响，比如太阳辐射强度、光线入射角、环境、建筑物所处的地理纬度、不同地区的气候与气象条件、安装部位及方式（贴附或架空）等。因此设计专门的太阳能小屋、研究光伏电池在小屋外表面的优化铺设，以提高太阳能利用效率是光伏发电发展中十分重要的问题。

在本文中，我们的研究对象是设计专门的太阳能小屋，以在给定的气候条件下提高太阳能发电的效率。本文中限定小屋使用空间高度为：建筑屋顶最高点距地面高度≤5.4m, 室内使用空间最低净空高度距地面高度为≥2.8m；建筑总投影面积（包括挑檐、挑雨棚的投影面积）为≤74m2；建筑平面体型长边应≤15m，最短边应≥3m；建筑采光要求至少应满足窗地比（开窗面积与房间地板面积的比值，可不分朝向）≥0.2的要求；建筑节能要求应满足窗墙比（开窗面积与所在朝向墙面积的比值）南墙≤0.50、东西墙≤0.35、北墙≤0.30。建筑设计朝向可以根据需要设计，允许偏离正南朝向。在本文中，我们根据倾斜面上太阳辐射量的计算模型，给出了太阳能小屋的设计方案，并计算其经济效益。

在第2节中，我们给出了基本假设和计算模型。首先列出了发电量的计算方法、倾斜面上太阳辐射量的计算模型，然后根据逆变器安装要求给出了逆变器安装方案的线性规划模型和电池的平面安装设计模型。

在第3节中，我们根据模型设计了太阳能小屋，给出了太阳能电池的安装方案，并计算了其经济效益。

2 基本模型

2.1 模型假设与符号说明

2.1.1对于将要建立的模型作如下模型假设:

(1)太阳辐射强度低于30的太阳辐射强度可忽略不计。

(2)光伏电池和电网在35年寿命期内不考虑损耗与破坏。

(3)35年内居民用电价格均按0.5计。

(4)铺设的电池选择转换效率较高的单晶硅电池A1。

表一：单晶硅光伏电池组件设计参数和市场价格参数和市场价格

PV电池类型	产品型号	组件功率（w)	组件尺寸（mm×mm）	开路电压（Voc）	短路电流（Isc/A）	转换效率η（%）	太阳光辐照阀值	价格（元/Wp）
A单晶硅电池	A1	215	1580×808×40	46.1	5.79	16.84%	辐照强度低于200W/㎡时 电池转换效率＜转换效率的5%	14.9元/Wp
	A2	325	1956×991×45	46.91	8.93	16.64%
	A3	200	1580×808×35	46.1	5.5	15.70%
	A4	270	1651×992×40	38.1	8.9	16.50%
	A5	245	1650×991×40	37.73	8.58	14.98%
	A6	295	1956×991×45	45.92	8.64	15.11%

额定功率：辐射度为1000W/㎡,光谱为AM1.5，温度为25℃标准下测试结果。在实际发电量计算时可以不考虑AM值的影响，根据电池表面接收到的太阳总辐射量参数进行计算即可。

(5)依据山西省大同市的一年的太阳辐射数据作为模型数据。

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