太阳能小屋的命题与解题.ppt

每种光伏电池的最小辐射强度，单位： 型号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 门限 3.4589 3.4795 2.8784 3.4397 3.4505 3.4772 型号 B1 B2 B3 B4 B5 B6 门限 3.0108 3.0418 2.6866 2.9820 2.7141 3.0039 型号 B7 C1 C2 C3 C4 C5 门限 2.9913 1.5675 1.5711 1.5664 1.5748 1.5676 型号 C6 C7 C8 C9 C10 C11 门限 1.5688 1.5596 1.5686 1.5729 1.5677 1.5664 小屋各面的平均辐射强度，（单位：瓦/天.米2） 门限 顶面 东面 南面 西面 北面 80 4.1294 1.4271 2.7268 2.1810 0.3617 30 4.1876 1.5903 2.8656 2.3795 0.6651 顶面可以安装任意型号电池，南面安装B3、B5和C型电池，东面和西面安装C型电池，北面不装。 3）逆变器的选择 安装成本应为所选用的光伏电池板成本和与之相配套的逆变器的成本之和，在附件5中可以查到逆变器的成本是与其参数密切相关。在优化铺设光伏电池板的过程中，要参照逆变器的参数，合理地串、并联光伏电池板，选配逆变器，才能有效的降低成本。我们可以将逆变器的价格以每Kw功率计算、进行排序。由附件5易得到以下排序（标号为逆变器的序号，排序是性价比由高到低）：15 14 6 8 10 17 13 12 16 18 7 9 5 4 11 3 2 1 4）数学模型的建立 根据题目要求，要使小屋全年发电量尽可能大，而单位发电量的成本尽可能的小，显然这是一个多目标规划问题。 考虑以下模型： 其中I为指定面的光照强度(瓦/天.米2)，Si 每种光伏电池的面积(米2), 每种光伏电池的效率, 逆变器效率，C每度电的价格，D是365天 ，Y是年数，Ci光伏电池价格（元/Wp), Wi光伏电池的峰值数（Wp),S某墙面面积，xi 某种光伏电池的数量。 求解问题：由于发电量的成本中包含了光伏电池的成本及逆变器的成本，并且逆变器必需是在选定光伏电池板后才能配备的。因此要建立一个极大极小模型直接求解是很困难的在模型求解中的另一个困难是求解光伏电池板的数量应为整数解，在同一面上所铺的光伏电池板可能不止一种，而不同种类的光伏电池板的尺寸及发电效率也不相同。综上所述，我们只能采用启发式算法，逐步求解。 逐步求解过程（对顶面及各朝向面分别进行讨论): 考虑光伏电池的最优选择即发电量最大，花费最小； 在有限面积上的合理搭配使铺设面积达到最大. 考虑串并联，配备逆变器，使单位发电量的成本达到最小。 上式中S表示该墙面面积，r表示全年有效辐射强度总和，这是一个变量，与不同电池的阀值有关，光强只有大于阀值才属于有效辐射。 、 分别表示第i组逆变器的电压上限与额定功率， 、 、 、 、分别表示墙上第i组第 j 个电池的转化效率、面积、电池电压、电池功率， 表示第i组的成本。 太阳能小屋的命题与解题 一、命题背景 太阳能十项全能竞赛：简称SDE（Solar Decathlon）由美国能源部（DOE）于2002年创办，并于2005、2007、和2009年在美国举办了第二、三、四届。2010年在西班牙马德里举办第五届。该竞赛是全球大学的实验创作展示，借助世界顶尖设计团队的创意，将太阳能、节能与建筑设计一体化，建造一个将太阳能作为惟一能源的全功能、舒适、环保且可持续的居住空间，并将这一利用可再生能源的“未来小屋”推向市场。 构造一套74平方米、一室一厅的小屋，集合建筑设计、建筑结构、太阳能光热、光电技术研究、太阳能的高效综合利用、太阳能建筑一体化、分布式能源系统、微电网技术等先进科技成果以实现太阳能的高效利用并最大限度地节约能源。实现“低造价、超低能耗”的目标。 小屋的设计者采用了“光伏发电技术”，通过PV板（光伏电池板）产生直流电，储存在蓄电池中备用，或通过逆变器转变为交流电用于小屋电力供给，剩余电量则送入电网，从而满足了小屋的全部供电需求。 2010年6月7日至7月2日，天大参赛团队将把小屋运往西班牙马德里，用一周左右的时间在马德里市中心选定的竞赛地点----“太阳村”中将其重新组装建造完成。专家经过10天的连续测试和评审，将评出10个单项的排名和总分名次。此间，“太阳村”向