论文总字数：38276字

摘 要

随着社会的不断发展，人们的生活水平不断提高，人们对清洁能源的重视程度越来越高，利用光伏电池供电的小屋也营运而生。本文研究如何在满足一定的约束条件下，合理、有效的在小屋表面铺设电池板，从而最有效的利用光伏电池，以获得最大收益。通过合理假设与分析，本文主要完成了以下三方面的内容：

首先，在贴附安装的情况下，通过建立光伏电池利润模型进行各面墙电池型号的选择。通过合理设置光伏阵列分组选配合适的逆变器，最终完成各面墙的铺设，计算此情况下的投资回收年限为26年。

其次，选择架空方式安装光伏电池时主要研究了电池板倾角与接收辐射量之间的关系，使用Matlab建立斜面辐射量计算模型。以1年为周期，通过倾角模型计算得到最佳倾角为42.9°，从而得到全年总的最佳斜面辐射量，在35年的使用寿命中采用同一倾角。本文还以日、月为周期进行研究，计算得到以日、月为周期的年总辐射量分别为1879623 W/ m²和1866603 W/ m²，与1年为周期的总辐射量1876121 W/m²基本没有区别，说明让光伏电池板旋转以获得最佳倾角价值不高。

最后，在小屋的优化设计中以屋顶面积最大为目标函数，通过已有尺寸约束建立了非线性规划模型，利用Lingo计算得到结果。合理考虑小屋外形及门窗设计，最终完成了优化后的小屋设计。

关键词：光伏电池；太阳能小屋；优化模型；逆变器

ABSTRACT

With the development of society and the improvement of people's living standards, people pay more and more attention to clean energy, and small houses powered by photovoltaic cells also come into being. This paper studies how to make the most effective use of photovoltaic cells under certain constraints in order to achieve maximum benefits. Through reasonable hypothesis and analysis, this paper mainly completes the following three questions:

Firstly, in the case of attachment and installation, the profit model of photovoltaic cells is established to select the types of photovoltaic cells. By reasonably setting the photovoltaic array grouping and choosing the appropriate inverters, the laying of each wall is finally completed, and the investment recovery period under this condition is calculated to be 26 years.

Secondly, when installing photovoltaic cells in overhead mode, the relationship between the tilt angle of the panel and the received radiation is mainly studied, and the calculation model of the radiation is established by Matlab.

Finally, in the optimization design of the cabin, the maximum roof area is taken as the objective function. A non-linear programming model is established through the existing size constraints, and the results are obtained by Lingo calculation. Considering the shape of the cabin and the design of doors and windows reasonably, the optimized cabin design was finally completed.

KEY WORDS: Photovoltaic Cells; Solar Cabin; Optimal Model; Inverter

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 太阳能小屋相关原理 1

1.3 国内外太阳能利用现状 2

1.4 文献综述 3

1.5 论文研究问题及思路 4

1.5.1 问题描述 4

1.5.2 问题思路 5

1.6 研究假设 5

第二章 小屋贴附铺设光伏电池 6

2.1 太阳光辐射强度处理 6

2.1.1 屋顶倾斜面的辐射强度模型 6

2.1.2 小屋各面辐射强度计算 8

2.2 光伏电池的选择 9

2.2.1 构建光伏电池利润模型 9

2.2.2 各面墙光伏电池的选择 11

2.3 光伏电池的铺设 14

2.3.1 基于矩阵模型的铺设方法 14

2.3.2 光伏电池初次铺设 15

2.3.3 光伏阵列分组及选配逆变器 18

2.3.4 计算投资回收年限 23

2.4 本章小结 23

第三章 架空铺设太阳能光伏电池 25

3.1 方位角的选择 25

3.2 倾角的计算 25

3.3 光伏电池的架空铺设 26

3.3.1 架空铺设方式选取 26

3.3.2 光伏阵列分组及选配逆变器 29

3.3.3 计算投资回收年限 30

3.4 可变倾角光伏电池的研究 30

3.5 本章小结 33

第四章 太阳能小屋的改进设计 34

4.1 小屋尺寸设计 34

4.2 光伏电池铺设 36

4.3 计算投资回收年限 39

4.4 本章小结 40

第五章 总结与展望 41

5.1 太阳能小屋设计规律 41

5.2 研究展望 41

参考文献 42

致 谢 44

附 录 45

绪论

研究背景和意义

当代社会人们的生活水平在不断提高，对能源的需求也日益增大，同时使用化石能源带来的污染问题也日益突出，因此人们对绿色能源的需求日渐增大。太阳能小屋是一种可以广泛使用的清洁能源利用形式，居民可以通过这种方式提高绿色能源在建筑能耗的占比，同时光伏电池产生的电能还可以为居民带来收益。

建筑能耗在能源消费中占相当大的比重，如果能够在我国的建筑领域广泛推广并应用太阳能等新能源，我们就可以代替或大幅度减少传统能源的消耗，减轻对环境的污染，构建更为绿色的能源体系。

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