太阳能小屋光伏优化设计与收益分析

"2012数模全国赛B题论文——太阳能小屋的设计" 这篇论文主要探讨了太阳能小屋的设计，特别关注了如何通过优化光伏电池的铺设和配套设备的选择来最大化太阳能的利用效率和经济效益。作者针对三个问题分别建立了不同的优化模型。 首先，论文提出一个双目标优化模型，旨在最大化全年太阳能光伏发电总量并最小化单位发电量的费用。通过MATLAB 2009中的回溯搜索算法和贪心算法，他们确定了小屋外表面光伏电池的最优铺设方式以及最合适的逆变器配置。在这个过程中，论文详细分析了24种不同光伏电池的参数，计算出每种电池的回本所需最小太阳辐射强度，并基于小屋各面的辐射强度数据筛选出适合的电池类型。结果表明，小屋前顶面可铺设任意类型的电池，而南面和西面则推荐使用C型电池。 接着，论文深入到问题二，引入光伏电池板的倾角和朝向作为变量。通过离散搜索算法，找到了顶面架空铺设的最佳倾角（26°）和最佳朝向（南偏西44°）。这一调整使得发电总量提升至624484 kWh，净效益增加到83852.26元，投资回收年限缩短至20.6年。 最后，论文处理了问题三，考虑了小屋的倾角、朝向以及尺寸对其各面接收到的总光照辐射量的影响。采用分布优化策略，确定了小屋的最佳倾角为24°，最佳朝向为12°，同时对小屋的结构尺寸进行了优化设计，以进一步提高净发电收益，满足建筑需求。 这篇论文通过数学建模和计算方法，为太阳能小屋的设计提供了科学依据，强调了优化光伏系统布局、选择最佳组件以及考虑环境因素对能源效率和经济效益的重要性。这些研究结果不仅适用于竞赛，也为实际的太阳能建筑设计提供了参考。