建筑物表面光伏组件最佳铺设方案的研究.pdf

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1、第31卷第3期西安航空学院学报VoI．31NO．32013年5月JournalofXi’anAeronauticalUniversityMay．20l3建筑物表面光伏组件最佳铺设方案的研究杨若涵，文艺，范镭耀，周羚君(1．同济大学电子与信息工程学院，上海201804；2．同济大学数学系，上海200092)摘要：对不同情况下建筑物屋顶及外墙表面铺设光伏电池进行研究。采用启发式算法进行电池性能的优劣评价，采用模糊规划，作出铺设电池的初步判断。以光伏电池每平方米利润最大为目标采用贪心算法选择需要铺设的电池，并配合矩形排样中最低轮廓线法对光伏电池的安放进行优化，从而得到利润最大的组合。利用

2、多维线性规划对逆变器进行选择，通过成本一收入一利润模型对选配逆变器之后的最终利润进行进一步优化。关键词：太阳能；光伏电池；启发式算法；最低轮廓线法中图分类号：G257．36文献标识码：A文章编号：1008—9233(2013)03—0060—041引言2不同方向阳光辐射强度与最佳倾角随着人类社会的飞速发展，能源问题俨然成为2．1阳光辐射强度时下最热门的问题之一，科学家们对各种能源进行阳光辐射分为斜面阳光辐射和立面阳光辐射。研究探索，太阳能以其安全、节能、环保、经济的优点因为在立面上的辐射可以直接进行测量，数据方便脱颖而出，博得研究者的青睐。近几年，我国光伏产得到，因此不做过多的讨论

3、。下面，我们重点讨论斜业经历了爆发式增长，已基本形成了涵盖多晶硅材面的阳光辐射。料、铸锭、拉单晶、电池片、封装、平衡部件、系统集斜面上受到的太阳辐射包括直射辐射、散射辐成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业射和地面反射辐射。因为一般地面反射辐射影响很链E。虽然，有许多学者致力于研究太阳能，但是对小，可以忽略不计，则某一时刻斜面太阳辐射强度为于光伏电池实际应用于建筑物表面的研究并不多，I一l+I∞而且并未给出具体铺设电池的算法。其中为斜面直射辐射强度；为斜面散射太阳能建筑利用光伏电池发电，从而满足用户辐射强度。使用。为了使其能够得到推广，在现有材料的基础当阳光直射辐射在斜面上时，

4、设斜面与水平面上，我们应当首先考虑使光伏电池产生利润最大化，的夹角为。太阳光入射角0的计算公式为以满足生产生活的需求。众所周知，光伏电池的工cos0==(singcosp——cosgsinflcosy)sin~作效率并不高，因此如何使其利润达到最大化，如何+(cosgco+sinsinos)，)cocoS(cJ进行电池的选择和铺设便成为了一个至关重要的问+sinflsinTcos3sina,(1)题。文中，对于评价光伏电池优劣给出了具体的算式中为当地地理纬度；)，为倾斜面方位角；∞法，采用贪心算法配合最低轮廓线法得到最大利润为时角；为赤纬角。其中时角为：∞一15(￡一12)。，的铺

5、设算法，并对山西省大同市的单层建筑进行计赤纬角为：：==23．45sin(2丌×284+n)，式中72为一算和分析。～收稿日期：2013—02-24作者简介：杨若涵(1992一)，女．陕西西安人，同济大学电子与信息工程学院自动化专业，从事过程控制研究。第3期杨若涵，等：建筑物表面光伏组件最佳铺设方案的研究61年中的第几天。对于太阳光伏系统来说，方位角以正35年内一块电池板的利润为一N～M。将南为0。，正北为一180。。所以斜面直射辐射强度为35年内的利润N净除以每块电池板的面积S，则可一。·co,sO(2)r得出每平方米电池的利润为N一，据此可以其中，为某时刻法向直射辐射强度。一般

6、来说，与地面成倾角的表面所接收的散判断出电池的优劣性。射辐射强度，可以表示为水平面散射辐射与倾4电池的选择与放置角卢的函数。：—厂(卢)，根据各向同性模型得，(卢)一．1-6cosfl根据上述方法可以对市场上所有太阳能电池进。，故散射辐射强度为行评价，但由于所铺设墙面不同，我们不能简单地认I姻一I一1+cos~n为评价最优的电池最适合铺设，需要考虑墙面大小、逆变器选择等许多问题。2．2最佳倾角首先，采用初步规划，对铺设面进行初步判断。在太阳能应用中，通常将采光面倾斜放置，为了接着，运用采用贪心算法选择需要铺设的电池，并配使电池受到阳光辐射最大化，需要考虑架设电池板合矩形排样中最低轮

7、廓线法对电池的安放进行优的最佳倾角。设倾角为卢时一年中的总辐射量为化，从而得到利润最大的组合。最后根据逆变器情况H(，由式(1)～(2)整理得进行分组，进行进一步优化。H(f1)==4．1初步规划∑EsinSsin(~-f1)+cosQo～p)cos&os~]假设不考虑铺设方式，只考虑总体面积的情况·+∑『·．1"62cos~](3)下，以最大收益为目标，以铺设面积为约束，构建初根据函数极值定理可知OH—O步规划模型为，则一年中的up目标函数为：max=∑N净·Xi总